復(fù)雜條件下淺埋暗挖隧道變形監(jiān)測(cè)與控制

龔洪祥，陳 成

(南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210037)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和長(zhǎng)三角一體化的建設(shè)需要，軌道交通施工進(jìn)入了高質(zhì)量發(fā)展的時(shí)期，而城市地鐵作為軌道交通建設(shè)的重要一環(huán)，其出入口過街通道的建設(shè)面臨越來越復(fù)雜的外部環(huán)境。淺埋暗挖法施工因其對(duì)交通影響小、占地少、環(huán)境影響小成為常用的出入口過街通道施工方法，但又因其埋深淺、交通動(dòng)荷載大和周邊管線復(fù)雜，施工過程中的隧道和管線變形控制尤為關(guān)鍵，因此必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)反映地面沉降和洞內(nèi)拱頂、收斂變形，以此來修正設(shè)計(jì)參數(shù)和施工工序，才能保證暗挖通道施工的安全順利實(shí)施[1]。

本文以南京地鐵1號(hào)線北延工程二橋公園站2號(hào)出入口暗挖通道為例，詳細(xì)分析了較大交通荷載下淺埋CRD法施工對(duì)周邊管線的影響[2]，并通過地表沉降、管線沉降、拱頂位移等監(jiān)測(cè)分析，為今后類似工況下的地鐵暗挖通道施工提供了借鑒和參考。

1 工程概況

南京地鐵1號(hào)線北延工程二橋公園站位于棲霞區(qū)規(guī)劃廬山東路與規(guī)劃華山路之間，太新路東側(cè)地塊內(nèi)，沿太新路南北向布置(見圖1)。2號(hào)出入口自主體車站-1層(21軸～23軸)橫跨太新路西側(cè)平地處出地面，主通道位于太新路下方，出地面段位于笆斗山北側(cè)空地，跨太新路段(約38.5 m)采用暗挖法施工，出地面爬升段(約30.7 m)采用明挖法施工。

2號(hào)出入口暗挖通道標(biāo)準(zhǔn)段寬6.2 m(人防段寬為7.7 m)，高為5.45 m，單層矩形框架結(jié)構(gòu)，覆土深度為3.75 m～6.33 m，結(jié)構(gòu)主要穿越土層為①-2b2-3素填土、②-1b2粉質(zhì)黏土、③-2b2粉質(zhì)黏土、③-3b1-2粉質(zhì)黏土。拱頂主要位于素填土中，底板主要位于③-2b2粉質(zhì)黏土層上，底板埋深9.75 m～12.3 m。暗挖通道穿越給水管、燃?xì)夤堋⑽鬯堋⑼ㄐ殴芫€，且管線距離結(jié)構(gòu)較近,太新路重載車輛通行較多，動(dòng)荷載較大；臨近笆斗山坡度為28%，坡腳距隧道洞門水平距離為6.5 m。2號(hào)出入口暗挖通道周邊管線參數(shù)見表1，2號(hào)入口暗挖段地質(zhì)剖面圖見圖2，結(jié)構(gòu)與管線平面位置圖見圖3。

表1 2號(hào)出入口暗挖通道周邊管線參數(shù)

2 CRD施工控制及監(jiān)測(cè)方案

2.1 CRD施工工藝簡(jiǎn)述

2號(hào)出入口暗挖通道先采用大管棚進(jìn)行加固，再采用CRD法施工，分4個(gè)洞室進(jìn)行施工，各洞室均采用預(yù)留核心土法開挖，臺(tái)階長(zhǎng)度3 m～5 m，每個(gè)洞室掌子面錯(cuò)開至少12 m。①,③洞室分別開挖至19 m及27 m位置，分兩次對(duì)前方進(jìn)行帷幕注漿施工，加固范圍為初期支護(hù)上半斷面外輪廓邊線2 m范圍內(nèi)，注漿結(jié)束后，在注漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后再繼續(xù)進(jìn)行開挖(見圖4)。

初期支護(hù)施工完成后，先分段施工底板襯砌結(jié)構(gòu)，再根據(jù)監(jiān)測(cè)情況分段拆除臨時(shí)仰拱，再破除中隔墻頂部混凝土、割除頂部工字鋼，施工側(cè)墻及拱部二次襯砌，二次襯砌全部施工完成后再進(jìn)行剩余中隔壁工字鋼支撐拆除，如圖4，圖5所示。

2號(hào)出入口暗挖通道結(jié)構(gòu)上方有載重貨車通行及給水管線、燃?xì)夤芫€、通信管線，結(jié)構(gòu)下方有污水管線，結(jié)構(gòu)側(cè)穿污水管線工作井。施工過程中保證暗挖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，控制地層變形，確保地下管線安全是施工重點(diǎn)[3]。

2.2 工程風(fēng)險(xiǎn)控制重點(diǎn)

1)在初期支護(hù)施工過程中應(yīng)遵循淺埋暗挖法“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的基本原則，施工組織計(jì)劃和施工工序，必須嚴(yán)格遵守“先排管，后注漿，再開挖，注漿一段，開挖一段，支護(hù)一段，封閉一段”的工藝進(jìn)行，保證初期支護(hù)的結(jié)構(gòu)安全。

2)詳細(xì)調(diào)查地下管線材質(zhì)、接頭類型、埋深、基礎(chǔ)形式等，事先進(jìn)行評(píng)估、備案。必要時(shí)請(qǐng)專門機(jī)構(gòu)主持，制定變形控制管理標(biāo)準(zhǔn)；立足于信息化施工，監(jiān)測(cè)地層變形及管線變化，建立地層變形與分步開挖的相應(yīng)關(guān)系，采取針對(duì)性措施加以控制。

3)進(jìn)行工況分析，研究施工順序、分塊劃分、施工步距對(duì)地層變形的影響，全過程進(jìn)行信息化管理，加強(qiáng)過程監(jiān)測(cè)，實(shí)施動(dòng)態(tài)化施工。

4)建立以“防坍、限沉”為核心的技術(shù)控制原則。“防坍”一方面杜絕坍方事故發(fā)生，另一方面務(wù)必把可能存在的坍方隱患降至最低；“限沉”一方面控制地面沉降、把工程施工引起的地表沉降控制在規(guī)定范圍之內(nèi)；另一方面針對(duì)不同的環(huán)境特征建立不同的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，并在施工中嚴(yán)格執(zhí)行。

5)除采用正常暗挖施工程序中列明的技術(shù)措施外，還要根據(jù)具體信息反映情況，做好針對(duì)性預(yù)備措施：針對(duì)上方的重要管線，主要采用密排小導(dǎo)管超前支護(hù)并注漿加固地層；加強(qiáng)對(duì)地下管線監(jiān)測(cè)，跟蹤補(bǔ)償注漿補(bǔ)償土層失水固結(jié)以及洞內(nèi)環(huán)向注漿補(bǔ)償土體變位等措施。

6)將回填、填充注漿作為暗挖施工必需工序，加以控制，施工過程及時(shí)采用水泥砂漿進(jìn)行初支背后回填注漿，襯砌背后回填砂漿做到及時(shí)、飽滿充填。

2.3 監(jiān)測(cè)方案

暗挖過街通道穿越的太新路為連接燕子磯新城和南京經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的主干道，具有車流量大，重載貨車多等特點(diǎn)。暗挖過街通道施工過程中需要做好兩類主要風(fēng)險(xiǎn)的控制：1)在重載貨車通行的條件下，控制好開挖過程中地面的沉降；2)控制好暗挖通道下導(dǎo)洞開挖過程中，土體卸載對(duì)既有污水管的變形影響。因此，根據(jù)工程的地質(zhì)條件、CRD法施工工序和周邊環(huán)境的特點(diǎn)，分別對(duì)洞內(nèi)施工和洞外環(huán)境進(jìn)行了變形監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見圖6。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 地表沉降監(jiān)測(cè)分析

地表沉降監(jiān)測(cè)自3月16日開始，歷時(shí)6個(gè)月，一共監(jiān)測(cè)38個(gè)點(diǎn)位，各點(diǎn)位均未超過最大變形限值(±30 mm)，其中停測(cè)時(shí)累計(jì)最大變形點(diǎn)位為DB4-4，最大沉降量為7.4 mm。根據(jù)車輛行駛上下行及暗挖通道與道路位置關(guān)系，選取暗挖通道中線4個(gè)、邊線8個(gè)地表沉降點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)分析[4]。

從圖7可以得知，隧道中線地表沉降量隨著初期支護(hù)的完成基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，且沉降較大的斷面位于慢車道位置，主要是由于該斷面覆土最淺，且上方有燃?xì)夤芫€。從圖8可以得知隧道邊線沉降較大的主要集中在臨近污水管工作井一側(cè)，同時(shí)集中在下坡段一側(cè)，這與通過車輛的荷載傳遞方向是一致的。

3.2 地下管線監(jiān)測(cè)分析

地下管線地表沉降監(jiān)測(cè)自3月17日開始，歷時(shí)6個(gè)月，一共監(jiān)測(cè)19個(gè)點(diǎn)位，各點(diǎn)位均未超過最大變形限值(±20 mm)，其中停測(cè)時(shí)累計(jì)最大變形點(diǎn)位為GXC1-4，最大沉降量為7.4 mm，此點(diǎn)位與地表沉降點(diǎn)位DB4-4共點(diǎn)。選取燃?xì)夤芫€、污水管臨近暗挖通道開挖斷面及污水管工作井共9個(gè)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)分析，發(fā)現(xiàn)埋深0.5 m的燃?xì)夤芫€、污水工作井周邊沉降敏感度較高，但都在控制值以內(nèi)。由圖9可知淺埋暗挖通道的開挖對(duì)上部燃?xì)夤芎屯鈧?cè)污水工作井有明顯的擾動(dòng)，同時(shí)也充分證明了CRD法有效的控制和減小了管線的變形。

3.3 拱頂豎向位移監(jiān)測(cè)分析

拱頂豎向位移監(jiān)測(cè)自3月24日開始，歷時(shí)5個(gè)月，一共監(jiān)測(cè)8個(gè)點(diǎn)位，各點(diǎn)位均未超過最大變形限值(±30 mm)，其中停測(cè)時(shí)累計(jì)最大變形點(diǎn)位為GD01，隆起6.5 mm，停測(cè)時(shí)累計(jì)最大沉降點(diǎn)位為GD08，累計(jì)沉降量為4.9 mm。由圖10可知洞內(nèi)拱頂沉降數(shù)據(jù)充分說明CRD法初期支護(hù)措施十分到位，有效控制了上覆土的沉降和交通動(dòng)載荷的影響。

3.4 隧道收斂監(jiān)測(cè)分析

地表沉降監(jiān)測(cè)自3月24日開始，歷時(shí)5個(gè)月，一共監(jiān)測(cè)29個(gè)點(diǎn)位，由圖11得知，各點(diǎn)位均未超過最大變形限值(±20 mm)，其中停測(cè)時(shí)累計(jì)最大變形點(diǎn)位為DS01，累計(jì)收斂量為3.9 mm，說明CRD法施工有效的減小了暗挖通道的收斂變形，同時(shí)大管棚和超前小導(dǎo)管措施有效的增強(qiáng)了土體的自穩(wěn)性，格柵鋼架的間距布設(shè)合理、施作及時(shí)。

4 結(jié)論

1)暗挖通道的結(jié)構(gòu)變形與交通動(dòng)荷載有著直接關(guān)系，通過地表沉降數(shù)值的變化，直觀的反映隧道上覆土沉降量隨路面動(dòng)荷載的傳遞方向而逐漸增大，而通過路面鋪設(shè)鋼板和洞內(nèi)加固措施可以有效的減弱[5]。

2)CRD預(yù)留核心土分步開挖法，有效的減少了通道底部淺埋污水管卸載變形的風(fēng)險(xiǎn)，通過大管棚加固和超前小導(dǎo)管注漿減弱了拱頂沉降，保障了暗挖通道的安全開挖[6]。

3)及時(shí)進(jìn)行初支封閉成環(huán)和盡快施作仰拱是控制暗挖通道收斂變形、污水管變形引起滲漏的有效途徑，CRD法分四步開挖有效的降低了污水管洞內(nèi)覆土卸載風(fēng)險(xiǎn)。