復(fù)雜地層特大斷面車站拱蓋法施工監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用

楊秀才

（貴陽市公共交通投資運(yùn)營集團(tuán)有限公司，貴陽 550081）

1 工程概況

貴陽某地鐵暗挖車站位于黃河路與錦江路交叉口以北，沿黃河路呈南北向布置。為地下2層島式站臺(tái)車站，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.90 m，軌面埋深22.8～24.2 m，車站起始里程ZDK37+101～ZDK37+317，總長216 m，共設(shè)4個(gè)出入口和2組風(fēng)亭組。車站最大開挖斷面寬20.81 m，高17.88 m，開挖面積達(dá)334 m2，屬于特大斷面暗挖隧道。

車站采用雙層初支拱蓋法非爆破開挖方式施工，兩端接礦山法區(qū)間，利用風(fēng)亭組通道作為施工通道。車站拱頂覆土約9.5 m，主要為人工填土、軟土、膨脹性土，泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖等膨脹巖，巖層走向與線路中線近于平行，巖層傾向線路右側(cè)，施工開挖后線路左側(cè)邊墻、基坑西側(cè)邊坡存在順層，施工時(shí)，易產(chǎn)生順層滑動(dòng)、坍塌、掉塊等現(xiàn)象。基巖裂隙水發(fā)育不均，賦存規(guī)律性差，埋深不一，富水性及透水性弱，勘探揭示地下水位較高。

2 工程環(huán)境條件

車站兩側(cè)多為多層或高層房屋，房屋主體結(jié)構(gòu)主要為磚混和混凝土結(jié)構(gòu)高層。車站東側(cè)有低層商鋪及生活小區(qū)，到主體結(jié)構(gòu)最小凈距為3 m；東北側(cè)有醫(yī)院，到主體結(jié)構(gòu)的最小凈距3 m，西側(cè)有貴陽國家經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)大廈，與主體結(jié)構(gòu)的最小凈距3 m，南側(cè)是黃河路與錦江路交叉口上的天橋，貴陽國家經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)廣場下有地下停車場。兩側(cè)的人行道下方，埋深0.2～2.8 m雜填土層中有大量管線，周圍環(huán)境條件敏感復(fù)雜。

3 監(jiān)測項(xiàng)目

拱蓋法施工分步較多，工序轉(zhuǎn)換頻繁，受力體系轉(zhuǎn)換多，安全隱患極大，為確保施工及周邊建構(gòu)筑物安全，做好監(jiān)測工作非常重要[1-2]，故結(jié)合車站監(jiān)測設(shè)計(jì)圖的要求和車站工程施工現(xiàn)狀，周邊建（構(gòu)）筑物現(xiàn)狀、相關(guān)文件以及有關(guān)規(guī)范、規(guī)程，確定本車站工程現(xiàn)場監(jiān)測項(xiàng)目及布點(diǎn)原則，見表1、表2。根據(jù)施工進(jìn)展情況布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，如圖1所示。

表1 監(jiān)測項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)表

表2 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)原則

圖1 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)剖面圖

4 預(yù)警情況統(tǒng)計(jì)

截至車站拱部右側(cè)導(dǎo)坑貫通，左側(cè)導(dǎo)坑正在施工，拱部⑤、⑥步還未開口的工況，監(jiān)測共發(fā)布紅色預(yù)警11次，其中，紅色預(yù)警89點(diǎn)次，橙色預(yù)警32點(diǎn)次，黃色預(yù)警3點(diǎn)次；按監(jiān)測項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)，凈空收斂44點(diǎn)次，拱頂沉降18點(diǎn)次，地表沉降37點(diǎn)次，管線沉降23點(diǎn)次，建筑物沉降3點(diǎn)次。預(yù)警主要表現(xiàn)在以下方面。

4.1 凈空收斂

凈空收斂預(yù)警的44點(diǎn)有38點(diǎn)次發(fā)生在車站左線隧道，預(yù)警位置主要分布在ZDK37+110～ZDK37+135、ZDK37+155～ZDK37+195、ZDK37+225～ZDK37+235三個(gè)區(qū)段；剩余的6點(diǎn)次預(yù)警發(fā)生在車站右線YDK37+108～YDK37+133區(qū)段。

對車站施測凈空收斂共計(jì)96點(diǎn)，預(yù)警點(diǎn)位占所有監(jiān)測的46%；車站①步、②步開挖過程中發(fā)生預(yù)警38點(diǎn)次，占總預(yù)警點(diǎn)位的86%；③步、④步開挖過程發(fā)生預(yù)警6點(diǎn)次，占總預(yù)警點(diǎn)位的14%。凈空收斂累計(jì)變化量最大點(diǎn)SDJ37+128-3-1（累計(jì)變化量-90.5 mm），累計(jì)超控制值450%。

4.2 拱頂沉降

拱頂沉降預(yù)警的18點(diǎn)次全部發(fā)生在車站左線隧道，預(yù)警位置主要分布在ZDK37+110～ZDK37+140、ZDK37+180～ZDK37+185、ZDK37+225～ZDK37+235三個(gè)區(qū)段。

對車站施測拱頂沉降共76點(diǎn)，預(yù)警點(diǎn)位占所有監(jiān)測點(diǎn)的15%，累計(jì)變化最大點(diǎn)GDC37+125-1，累計(jì)變化量-22.6 mm。

4.3 地表沉降

地表沉降預(yù)警的36點(diǎn)有11點(diǎn)次發(fā)生在車站左線隧道上方，其余監(jiān)測點(diǎn)發(fā)生在隧道右線上方，預(yù)警位置主要分布在YDK37+126～YDK37+161、ZDK37+191～ZDK37+266兩 個(gè)區(qū)段。

對車站施測地表沉降共計(jì)216點(diǎn)，預(yù)警點(diǎn)位占所有監(jiān)測的16%。地表沉降累計(jì)變化最大點(diǎn)DBC37+141-8，累計(jì)變化量-79.51 mm。

4.4 管線沉降

管線沉降預(yù)警18個(gè)點(diǎn)位計(jì)23點(diǎn)次，有10點(diǎn)次發(fā)生在車站右線隧道上方，其余監(jiān)測點(diǎn)發(fā)生在隧道左線上方，預(yù)警位置主要分布在YDK37+071～ZDK37+136、ZDK37+121～ZDK37+141兩個(gè)區(qū)段。

對車站施測管線沉降監(jiān)測點(diǎn)共計(jì)97點(diǎn)，預(yù)警點(diǎn)位占所有監(jiān)測點(diǎn)的18%。管線沉降累計(jì)變化最大點(diǎn)WGXC-1-4-2，里程YDK37+136；累計(jì)變化量-80.71 mm。

4.5 建筑物沉降

建筑物沉降預(yù)警的3點(diǎn)次均發(fā)生在車站右線隧道上方，預(yù)警位置主要分布在YDK37+100～ZDK37+110區(qū)段。

對車站施測建筑物降監(jiān)測點(diǎn)共計(jì)156點(diǎn)，預(yù)警點(diǎn)位占所有監(jiān)測點(diǎn)的2%。預(yù)警建筑物沉降累計(jì)變化最大點(diǎn)JGC14-3，里程YDK37+105，累計(jì)變化量-39.02 mm。

4.6 邊墻、中隔墻位移

對現(xiàn)場凈空收斂左右監(jiān)測點(diǎn)，測量其相對坐標(biāo)并比對，測量結(jié)果顯示，隧道開挖施工過程中側(cè)墻及中隔壁均存在向隧道內(nèi)（臨空面）偏的情況。

左線側(cè)墻最大內(nèi)偏9.9 mm，左線中隔墻最大外偏46.3 mm；右線側(cè)墻最大內(nèi)偏39.8 mm，右線中隔墻最大外偏26.4 mm。

5 監(jiān)測變形段落及部位分析

凈空收斂預(yù)警位置主要分布在ZDK37+110～ZDK37+135、ZDK37+155～ZDK37+195、ZDK37+225～ZDK37+235三個(gè)區(qū)段；預(yù)警發(fā)生主要存在于車站左右線③步、④步開挖施工過程中，③步、④步開挖完成到臨時(shí)仰拱實(shí)施完成期間洞內(nèi)凈空收斂整體變形情況在-40～-70 mm，個(gè)別監(jiān)測點(diǎn)能到-90 mm，其中，在③步、④步土方開挖、初支鋼拱架架設(shè)期間變形速度最為明顯，變形速率約為-8 mm/d。通過坐標(biāo)計(jì)算，變形位置均為側(cè)墻向隧道內(nèi)偏移；凈空收斂出現(xiàn)預(yù)警后周邊地表、管線及鄰近建筑物均出現(xiàn)不同程度的變形。

拱頂沉降預(yù)警位置主要分布在ZDK37+110～ZDK37+140、ZDK37+180～ZDK37+185、ZDK37+225～ZDK37+235三個(gè)區(qū)段；地表沉降預(yù)警位置主要分布在YDK37+126～YDK37+161、DK37+231～DK37+266兩個(gè)區(qū)段；管線沉降預(yù)警位置主要分布在YDK37+071～ZDK37+136、ZDK37+121～ZDK37+141兩個(gè)區(qū)段；建筑物沉降預(yù)警位置主要分布在YDK37+100～ZDK37+110區(qū)段。

監(jiān)測數(shù)據(jù)整體情況分析，左線隧道小里程ZDK37+101～ZDK37+140區(qū)段，臨時(shí)仰拱施作完成后23 d內(nèi)變形最大點(diǎn)SDJ37+110-1-1，變形量-12.1 mm（平均變形速率-0.5 mm/d），監(jiān)測數(shù)據(jù)整體趨于穩(wěn)定。右線隧道小里程YDK37+101～YDK37+140區(qū)段，臨時(shí)仰拱施作完成后8 d內(nèi)變形最大點(diǎn)SDL37+138-3-2，變形量4 mm（平均變形速率-0.5 mm/d），監(jiān)測數(shù)據(jù)整體趨于穩(wěn)定。

6 監(jiān)測變形主要原因分析

經(jīng)分析，變形原因主要有以下方面：

1）拱部左右導(dǎo)坑開挖下臺(tái)階支護(hù)不及時(shí)，拱架長時(shí)間懸空，未及時(shí)封閉成環(huán)，且未及時(shí)進(jìn)行初支背后注漿時(shí)變形較明顯。

2）車站左線隧道處于巖土順層位置，土方卸載后巖層下滑力加劇。

3）地質(zhì)位于強(qiáng)風(fēng)化泥巖與中風(fēng)化泥巖交接處，受施工擾動(dòng)引起周圍土體發(fā)生位移。

4）節(jié)理裂隙較發(fā)育地段洞內(nèi)土石方挖除后地下水易沿節(jié)理裂隙滲透，軟化初支背后巖體，使其物理力學(xué)指標(biāo)降低從而引發(fā)形變。

5）車站拱頂埋深較淺（9～10 m），拱頂上部巖土體主要為軟質(zhì)巖（強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖）及雜填土，圍巖等級差，上部路面為交通主干道，車流量大，路面荷載大，洞內(nèi)土方卸載后應(yīng)力釋放，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)受壓引發(fā)形變。

7 結(jié)語

通過以上分析，在復(fù)雜工況條件下為了確保施工安全、結(jié)構(gòu)安全和周邊環(huán)境安全，采用現(xiàn)代化的監(jiān)測手段獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)、施工組織措施，制訂有針對性的應(yīng)急處理方案等是十分必要的。同時(shí)，要求參建單位嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求有序開展現(xiàn)場開挖工作，控制車站隧道開挖進(jìn)尺，嚴(yán)控導(dǎo)坑上下臺(tái)階間距并及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)；車站導(dǎo)洞下臺(tái)階開挖支護(hù)完成后，及時(shí)跟進(jìn)臨時(shí)仰拱，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)情況調(diào)整導(dǎo)洞中空錨桿和系統(tǒng)錨桿打設(shè)角度，適當(dāng)增長錨桿長度等支護(hù)措施；還要對拱部埋深較淺的車站上方具備條件的盡量增設(shè)地表預(yù)注漿加固，切實(shí)保證安全。