大斷面隧道下穿既有客運專線施工安全監控

楊亞芳

（中鐵十二局集團第一工程有限公司，陜西西安030024）

大斷面隧道下穿既有客運專線施工安全監控

楊亞芳

（中鐵十二局集團第一工程有限公司，陜西西安030024）

依托北京至石家莊客運專線石家莊隧道下穿既有石（家莊）太（原）直通線暗挖工程，從客運專線運營的安全和舒適性出發，制定了中洞法+CRD法的暗挖施工方案，并進行了現場監測與安全分析。結果表明:采用中洞法+CRD法進行大斷面隧道施工時，地表沉降最大值為9.1mm；初期支護與二次襯砌之間的接觸壓力增加緩慢，隧道二次襯砌左洞和右洞所承受的圍巖壓力較小，而中墻部位所承受的圍巖壓力較大，施工時應加大襯砌厚度；隧道開挖引起的既有線路基沉降最大值為8.6mm，鐵路軌道沉降最大值為5.3mm，均在可控范圍內。

大斷面隧道；下穿既有線；中洞法；安全監控

現代化的施工管理中，安全監控量測是確保施工安全和保證施工質量的一種重要手段［1-2］。隧道工程施工不可避免將對周圍環境產生影響，引起周圍既有結構物的變形［3-4］。尤其是在隧道下穿既有鐵路時還可能引起上方既有線變形超限，從而影響列車正常運營［5-6］。大斷面隧道存在結構復雜、開挖斷面大、自身穩定性差等特征，開挖過程中將造成更大擾動［7］。而關于大斷面隧道穿越既有高速鐵路的案例相對較少，仍存在許多關鍵性問題需要解決。

本文依托（北）京石（家莊）客運專線石家莊隧道下穿既有石（家莊）太（原）直通線暗挖工程，結合大斷面隧道斷面尺寸及圍巖的地質、水文條件，采用中洞法+CRD法對暗挖段進行施工。同時監控分析了隧道施工中的地表沉降、初期支護和二次襯砌接觸壓力、既有線路基和鐵路軌道的沉降，并根據規程［8］確定的監控量測管理基準值，評價隧道施工方案的可靠性與安全性。

1　工程概況

石家莊隧道工程位于石家莊市區，全長4.98km。隧道為四線雙洞隧道，標準結構斷面高度約13m，開挖寬度約40m。隧道大部分采用明挖法施工，在DK278+300—DK278+380段下穿既有石太直通線，下穿部分采用暗挖法施工。

場地地下水主要為第四系孔隙潛水，水位線為45～50m，位于隧道工程底板以下，頂板覆土深度9.47～11.92m，新建隧道與既有石太直通線的位置關系見圖1。

圖1　新建隧道下穿既有石太直通線平面（單位：m）

隧址處地層從上至下依次為雜填土、新黃土、砂類土以及粉質黏土。隧道進出口部分在人工填土層中，土壤成分比較復雜，屬Ⅳ級圍巖。隧道洞身主體在砂質地層中，其圍巖穩定性差，在開挖過程容易造成隧道坍塌和過大沉降。暗挖段主體結構及地質縱斷面見圖2。

暗挖隧道采用中洞法+CRD法施工，開挖斷面橫向上分為3個洞，2個側洞加1個中洞，每1個洞室均采用CRD法進行施工。按照“小分塊、短臺階、早成環、環套環”的原則，施工順序為先中洞后側洞，左右側洞自上而下對稱開挖，及時成環和支護。先施工中洞，中洞施工時嚴格控制進尺，分塊開挖，及時成環，盡快施作初期支護；再自下向上施作中隔墻，中洞成環，構成完整的穩定受力體系；然后左右對稱施工側洞，分部掘進，及時成環，施作初期支護。側洞完成開挖后，沿隧道縱向分段施作二次襯砌，形成完整的支護體系。具體施工步驟見圖3。

圖2　暗挖段主體結構及地質縱斷面（單位：m）

圖3　中洞法+CRD法開挖步驟

2　安全監控量測標準及實施

京石客運專線石家莊隧道下穿既有石太直通線工程，涉及到正在運營的石太直通線以及周圍的京廣線，為了確保兩線的安全運營，施工過程中必須進行全面系統的監測。

為了保證上層既有線的正常運營及施工安全，工程綜合考慮了隧道斷面尺寸及圍巖的地質、水文條件，經比選后暗挖隧道結構采用雙跨連拱斷面形式，洞內襯砌采用復合式襯砌，并采用中洞法+CRD法完成暗挖段施工。

結合施工特點，分析施工過程的風險源，提出了對重點控制部位的監測方案，并確定了位移管理等級，建立了完善的監測反饋機制，見表1和圖4。

表1　位移管理等級

圖4　監測反饋程序

隧道施工時，主要對隧道、既有線進行監測。監測內容主要包括拱頂下沉、洞內收斂、地表沉降、路堤內部位移、初支鋼架應力、既有線路基與軌道沉降、地層位移、圍巖壓力、初期支護與二次襯砌間接觸壓力等，見圖5。

圖5　監測斷面測點布置示意（單位：m）

監控量測管理基準值依據《鐵路隧道監控量測技術規程》（TB10121—2007）確定［9］，見表2。將監控量測管理基準值的80%作為控制的警戒值，當監測數據達到警戒值時，應加強監測頻率；當現場量測數據接近或超過規定的管理基準值時，須立即停止施工，采取相應的加固補救措施，并對相應的支護參數進行修正后，才能進行正常施工。

表2　監控量測管理基準值［9］

3　隧道安全監控結果分析

本文主要對地表沉降、初期支護與二次襯砌接觸壓力以及既有線路基與鐵路軌道的沉降監控量測結果進行分析。

1）地表沉降

圖6為隧道開挖完成后地表沉降曲線。由圖6可知，沉降曲線出現了明顯的Peck沉降槽，邊洞初期支護完成后地表沉降值為9.1mm，滿足地面沉降基準值（＜15mm）要求。

圖6　地表沉降曲線

2）初期支護與二次襯砌接觸壓力

對初期支護與二次襯砌之間的接觸壓力進行了監控量測，測點分布見圖7。

圖7　初期支護與二次襯砌接觸壓力測點分布

接觸壓力監測采用鋼弦式雙膜壓力盒，為便于壓力盒的安裝，待開挖面初噴混凝土強度到達設計要求后，再將壓力盒埋置在初期支護與二次襯砌之間。每個監測斷面布置5個測點，用以確定初期支護與二次襯砌之間的作用力，進而分析圍巖壓力的分布特點。監測斷面初期支護與二次襯砌接觸壓力變化曲線見圖8。

圖8　監測斷面初期支護與二次襯砌接觸壓力變化曲線

分析圖8可知：隧道邊墻A測點、左洞拱頂B測點和右洞拱頂D測點、邊墻E測點的壓力都較小，但隧道中墻C測點處的接觸壓力較大，該位置在開挖過程中可能產生較大的應變；但隨著開挖的進行，各個位置的接觸壓力變化漸趨變緩。

A測點的接觸壓力最大值為1.08MPa，B測點的最大值為0.91MPa，C測點的最大值為1.69MPa，D測點的最大值為0.93MPa，E測點的最大值為1.16MPa。由此可以看出，隧道二次襯砌左洞和右洞所承受的圍巖壓力較小，而中墻測點C處所承受的圍巖壓力較大，因此施工時應加大襯砌厚度。

3）既有線路基與鐵路軌道的沉降

新建隧道與既有線平面位置關系及測點布置見圖9，既有線路基、鐵路軌道的沉降隨時間變化曲線見圖10。

圖9　新建隧道與既有線平面位置關系及測點布置

圖10　既有線路基和鐵路軌道的沉降隨時間變化曲線

由圖10可以看出，既有線鐵路路基不均勻沉降最大值為8.6mm，沒有超過規范［9］規定的沉降允許值（20mm）；鐵路軌道沉降最大值為5.3mm，小于規范［9］規定的沉降允許值（15mm）。說明該隧道的施工對既有線的運營并沒有造成威脅，證明了該工程的施工方案可行。

4　結論

1）經安全監控量測得到地表沉降最大值為9.1mm，滿足地表沉降要求。

2）新建隧道初期支護與二次襯砌之間的接觸壓力增加緩慢；隧道二次襯砌左洞和右洞部位所承受的圍巖壓力較小，而中墻部位所承受的圍巖壓力較大，因此施工時應加大襯砌厚度。

3）既有線路基不均勻沉降最大值為8.6mm，鐵路軌道沉降最大值為5.3mm，均小于規范規定的監控量測管理基準值，新建隧道施工未對其安全造成威脅，施工方案可行。

［1］張國華，陳禮彪，錢師雄，等.大斷面小凈距大帽山隧道現場監控量測及分析［J］.巖土力學，2010，31（2）：489-496.

［2］孫明磊，朱正國，劉志春.客運專線超大斷面隧道現場監測分析研究［J］.鐵道建筑，2009（10）：57-59.

［3］午向陽，蔣宗全，李鵬飛，等.大斷面隧道下穿高速公路施工方案優化研究［J］.鐵道建筑，2010（11）：40-42.

［4］沈宇鵬，王輝煌，黃樂藝，等.盾構下穿高速公路扶壁式擋土墻的變形分析［J］.鐵道工程學報，2015，32（1）：27-31.

［5］張成平，張頂立，王夢恕.大斷面隧道施工引起的上覆地鐵隧道結構變形分析［J］.巖土工程學報，2009，31（5）：805-810.

［6］馬可栓，丁烈云.大型泥水盾構隧道下穿武九鐵路沉降控制技術［J］.鐵道建筑，2008（5）：54-56.

［7］祁洪.大跨度隧道圍巖穩定性分析［D］.北京：中國地質大學，2007.

［8］中華人民共和國鐵道部.TB10121—2007鐵路隧道監控量測技術規程［S］.北京：中國鐵道出版社，2007.

AbstractBased on the subsurface excavation engineering of Shijiazhuang tunnel of Beijing-Shijiazhuang passenger dedicated railway passing under existing Shijiazhuang-T aiyuan railway straight line，the subsurface excavation scheme of center drift method+CRD method was made considering the safety and comfort of passenger dedicated railway.Field monitoring and safety analysis results showed that the maximum surface subsidence was 9.1 mm by using center drift method+CRD method for the large profile tunnel construction，the contact pressure between the primary support and secondary lining increases slowly，the surrounding rock pressure born by the left and right hole of tunnel secondary lining was less and the surrounding rock pressure in the middle wall was larger，which means the lining thickness should be increased during construction，the maximum existing railway subgrade settlement caused by tunnel excavation was 8.6 mm and the maximum railway track settlement was 5.3 mm，which were all in the controllable range.

Safety Monitoring on Construction of Large Profile Tunnel Passing Under Existing Passenger Dedicated Railway

YANG Yafang
（The First Engineering Co.，Ltd.，the 12th Bureau Group of China Railway，Xi’an Shaanxi 030024，China）

Large profile tunnel；Passing under existing railway；Center drift method；Safety monitoring

U456.3

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.04.19

1003-1995（2016）04-0072-04

（責任審編葛全紅）

2015-12-10；

2016-01-20

楊亞芳（1975—），女，工程師。