洛陽地鐵暗挖隧道變形監測與分析

許 帥

(中鐵第六勘察設計院集團有限公司,天津 300308)

1 概述

在城市地鐵隧道的建設中，目前采用的主要施工方法是盾構法。盾構法施工具有速度快、安全性高等優勢。但是，由于受到周邊環境因素的制約，地鐵隧道施工往往也需要采用淺埋暗挖法。這一施工方法最早在北京地鐵施工中使用，因為其良好的經濟效益，最終將其命名為“淺埋暗挖法”。并正式提出來“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”十八字方針[1]。隧道監控量測是判斷隧道自身及周邊圍巖安全性的最重要手段，也是隧道施工的重要組成部分。本文通過對洛陽地鐵某暗挖隧道的監測數據分析，得出暗挖隧道自身結構及周邊環境隨施工進度的變化趨勢，為今后類似的暗挖隧道施工監測提供一些參考依據。

2 工程概況

本次監測的隧道為洛陽地鐵某出入口過街暗挖工程的馬蹄形斷面隧道。隧道全長13.4 m，高5.7 m，跨度為8 m，隧道埋置深度為4.3 m，屬于典型的淺埋隧道。本工程采用CD法施工，先進行左側導洞施工，后進行右側導洞施工。土方開挖及初期支護結構完成之后拆除中隔壁，然后進行防水施工及二次襯砌施工。

2.1 工程地質條件

隧道所在地層為第四系全新統人工填土為主的填土層和小部分黃土狀粉質粘土層，主要為人工雜填土和素填土，自穩性相對較差。地下水類型為潛水。水位埋深為21.10 m～23.40 m，由于暗挖隧道開挖深度較淺，因此，本工程在開挖過程中不涉及降水及水位監測等內容。

2.2 風險源

地鐵施工風險包含自身風險和周邊環境風險，任何一類風險不注意都有可能造成工程事故。

本工程自身風險為：

隧道埋深較淺，且覆土層為人工雜填土、素填土及黃土狀粉質粘土，自穩性較差，存在塌陷的風險。

本工程周邊環境風險為：

1)施工區域位于城市人口密集區，隧道上方道路為城市主干道，車流量較大，造成暗挖隧道施工過程中頂部覆土動載大，存在塌陷的風險；

2)暗挖隧道上方土層中有一根污水管橫穿，埋深1.7 m，管徑800 mm，施工過程中不均勻沉降容易破壞管線，導致管線漏水，影響隧道安全。

3 隧道變形監測

3.1 隧道監測內容

隧道自身結構：拱頂沉降監測，凈空收斂監測。

隧道周邊環境：地表豎向位移監測、地下管線豎向位移監測。

3.2 監測點位布設

由于隧道變形監控量測項目較多，每個監測項目的點位布設方法有所不同，現分別介紹如下：

1)拱頂沉降監測。

在初期支護結構施工完成后的暗挖隧道頂部沿中軸線方向布設拱頂沉降監測點，拱頂沉降監測點與地表豎向位移監測點在同一橫向監測斷面上，橫斷面間距為5 m。拱頂監測點采用預制件在初期支護結構施工結束后緊隨開挖面(離開挖工作面2 m以內)布設，并及時讀取初始值。拱頂沉降監測點略低于表面，以防止施工過程中施工設備及施工人員對監測點造成破壞。

2)凈空收斂監測。

凈空收斂監測點與拱頂沉降監測點布設在同一監測斷面上，布設于暗挖隧道拱腰部，左右兩側均布設一個監測點。由于本工程暗挖隧道采用CD法施工，先進行左側導洞施工，后進行右側導洞施工。因此，左右兩側導洞均布設凈空收斂監測點。

3)地下管線豎向位移監測。

對隧道主要影響區及次要影響區范圍內的地下管線進行監測，監測點布置在管線節點、轉角點或變形曲率較大的部位，監測點平面間距宜為10 m～15 m，本工程由于受管線埋設方法的制約，無法埋設直接監測點，故采用埋設間接監測點的方法進行地下管線豎向位移的監測。

4)地表豎向位移監測。

垂直于暗挖隧道中軸線方向布設監測橫斷面，每排橫斷面間距為5 m；隧道中軸線上的測點為每個橫斷面中間的測點，沿中軸線向兩側的測點間距分別為2.5 m,3.5 m,5 m,5 m,5 m,5 m，每排斷面共計13個地表豎向位移監測點，如圖1所示。

3.3 監測控制值

監測控制值的確定應滿足設計和GB 50911—2013城市軌道交通工程監測技術規范[2]等相關規范的要求。結合本工程的實際情況，監測項目的監測控制值及警戒值見表1。

表1 各監測項目控制值及警戒值

3.4 監測頻率

監測頻率滿足GB 50911—2013城市軌道交通工程監測技術規范等相關規范的要求，具體監測頻率見表2。

表2 暗挖隧道監測頻率

3.5 監測數據統計

通過對現場各測項進行不間斷的監測，并將部分現場監測數據進行整理繪制成各監測點的累計變化量隨時間變化的圖形，可以更加直觀的看出各監測點的變化情況。

1)拱頂沉降監測累計變化量最大點為GDC-02-01，變化量為-14.05 mm，已超過警戒值，達到預警狀態。變化趨勢如圖2所示。

2)凈空收斂監測累計變化量最大點為JKJ1-01-02，變化量為-9.54 mm，已超過警戒值，達到預警狀態。變化趨勢如圖3所示。

3)地表豎向位移監測累計變化量最大點為DBC-12-07，變化量為-29.92 mm，已超過警戒值，達到預警狀態。變化趨勢如圖4所示。

4)地下管線豎向位移監測累計變化量最大點為GXC-WS-05，變化量為-3.83 mm，各監測點均處于正常狀態。變化趨勢如圖5所示。

3.6 監測數據分析

通過上面各監測項目累計變化量的變化趨勢圖可以看出，12月26日地表豎向位移、拱頂沉降、凈空收斂等監測項目部分監測點位的監測數據變化較大。其中地表豎向位移監測點DBC-12-07，DBC-12-08，拱頂沉降監測點位GDC-02-01，凈空收斂監測點位JKJ1-01-02的累計變化量均已超出相應的警戒值，達到預警狀態。

該工程于12月1日開始施工，先進行左側導洞開挖。12月17日左側導洞土方開挖完成，初支完成。緊接著開挖右側導洞，12月28日右側導洞土方開挖完成，噴錨完成，初支閉合。

由監測布點圖可知地表豎向位移預警點位位于暗挖隧道左側導洞正上方，且所有測項的預警點位都在同一監測斷面上。左側導洞開挖至初支完成，各項監測數據變化速率及累計變化量較小，監測點無明顯下沉趨勢，可以判斷結構相對穩定。從右側導洞開挖開始，各監測項目的監測點變化速率有增大趨勢，并于12月26日累計變化量超出各測項相應的警戒值，達到預警狀態，且拱頂出現滲漏水現象。

監測預警發生之后，施工單位立即采取措施進行處理。在地面采取限制重型車輛的方式進行處理，在洞內采取WSS雙液法全斷面注漿的方法進行處理，并且及時進行初支封閉。注漿之后，地表豎向位移監測數據出現短暫性隆起后趨于穩定，滲漏水現象逐漸消失。凈空收斂監測數據相對穩定，變化速率也相對較小。

4 結語

1)本工程為淺埋暗挖隧道，由于隧道埋深較淺，拱頂覆土為自穩性較差的雜填土和素填土，且處于城市人口密集區的城市主干道下方，車流量相對較大，因此，地表動載對地表豎向位移及拱頂沉降等監測數據的影響較為明顯，即對暗挖隧道結構豎直方向上的凈空影響較大；

2)開挖左側導洞期間隧道整體開挖面較小，對周邊巖土體擾動較小，監測數據變化較小，隧道結構相對穩定。后開挖右側導洞期間，隧道整體開挖面突然增大，對周邊巖土體擾動較大，拱頂覆土存在整體性下沉趨勢，導致地表豎向位移和拱頂沉降監測數據均出現預警情況；

3)左側導洞初支施工完成之后，隨著右側導洞的開挖，相應位置的凈空收斂數據變化較大，主要原因是右側導洞施工導致中隔壁發生了水平位移；

4)WSS雙液法全斷面注漿止水效果明顯，對于水平方向上凈空收斂的控制效果較為明顯[3]。且能有效加固周邊土體，控制地表豎向位移處于相對穩定狀態，從而保證暗挖隧道的施工安全。