□文/李亞飛 黃艷萍

大直徑連續(xù)變斷面渡線隧道開挖變形分析

□文/李亞飛 黃艷萍

埋設(shè)相對較淺的大直徑渡線隧道施工對工法及工法的連續(xù)性要求較高，為驗證工法的合理性，需要在開挖過程實時監(jiān)測拱頂、拱腰、收斂變形以及地表建（構(gòu)）筑物和道路的沉降情況，根據(jù)監(jiān)測值來調(diào)整施工工序。文章以某地鐵渡線隧道為例，在E斷面到C2斷面連續(xù)變化過程，工法從臺階法到CRD法，為保證施工安全進(jìn)行，以監(jiān)測過程中的最大沉降點位為例，分析了監(jiān)測點在施工過程的動態(tài)沉降情況，結(jié)合實時監(jiān)測信息調(diào)整施工技術(shù)，順利完成渡線隧道的掘進(jìn)工作。

大直徑；連續(xù)變斷面；渡線隧道；工法；開挖；沉降；變形

隧道的監(jiān)測主要是隧道地表沉降監(jiān)測和隧道拱頂沉降、收斂監(jiān)測，隧道拱頂沉降變形、收斂監(jiān)測的目的主要是監(jiān)測在基坑開挖和隧道施工的過程中隧道內(nèi)部的變形情況，由此可以及時了解隧道內(nèi)部的變形情況，防止隧道塌方等事故的發(fā)生，增加施工的安全性。隧道地表沉降監(jiān)測的目的主要是監(jiān)測基坑開挖以及隧道結(jié)構(gòu)施工過程中周邊地表道路的垂直位移（沉降）及水平位移的變化，即隧道外部的變形情況，由此可以掌握在隧道開挖過程中對地表道路或建筑物的影響，以便及時采取有效措施，避免房屋傾斜、道路塌陷等危險的發(fā)生。

城市地鐵網(wǎng)的快速建設(shè)，淺埋暗挖、大跨、變斷面渡線隧道的施工案例逐漸增多，施工地質(zhì)條件的復(fù)雜使得工法亦進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，如采用CD工法、CRD工法、雙側(cè)壁導(dǎo)洞工法、中導(dǎo)洞工法等施工技術(shù)，均成功地完成了淺埋、大跨、變斷面渡線隧道的施工[1～2]。但是，從區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)斷面快速、順利進(jìn)入變斷面和大跨渡線地段施工，如何在實現(xiàn)施工工序連續(xù)的同時減少對圍巖的擾動、地表建（構(gòu)）筑物的影響[3～4]，是決定和評價一個工法是否適用的重要指標(biāo)，因此需要在施工過程實時監(jiān)測拱頂和地表的動態(tài)沉降情況，以便及時調(diào)整工法[5～6]，達(dá)到安全施工的目的。

1 工程概況

某渡線隧道位于路面交通繁忙的地帶，場地地勢平坦，為南亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季較長冬季短，降雨較多，氣候濕潤，災(zāi)害性天氣較多，其中以臺風(fēng)為主。開挖區(qū)域為河谷沖洪積平原，現(xiàn)經(jīng)過人工回填，場地地勢平坦，標(biāo)高為4.3～6.1 m。下伏基巖除場地西側(cè)為花崗巖外，其余場地為侏羅系變質(zhì)砂巖，上部發(fā)育沖洪積層。地面被建筑物、道路覆蓋，原始地貌不復(fù)存在或變得極為模糊。隧道的土質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖，隧道頂部存在粉細(xì)砂層透水層，距隧道頂2～6 m（強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖：顏色為褐黃色，組織構(gòu)造已部分分離，遇水易崩解），隧道東端頭距某河最近距離只有2 m，據(jù)目前開挖水量判斷，極有可能與河水存在水力聯(lián)系。

渡線隧道左線長度為58.2 m（不含豎井內(nèi)部分），而右線略長為120 m。隧道埋深16.7～19.2 m，均使用礦山法開挖，一共分為A、B、C、D、E五種暗挖斷面。A斷面尺寸6.4 m×6.837 m，E斷面14.85 m×11.75 m。本次渡線隧道開挖施工起點為豎井，從左線的E斷面，右線的A和E斷面三個方向進(jìn)行開挖。為監(jiān)測隧道的穩(wěn)定性，分別對立交橋、拱頂、拱肩、隧道地表、塔、隧道收斂、應(yīng)力及水文情況進(jìn)行監(jiān)測。

本文采用全站儀和精密水準(zhǔn)儀對渡線隧道拱頂、拱腰的位移和地表、建（構(gòu)）筑物監(jiān)測點沉降進(jìn)行觀測，基準(zhǔn)點埋設(shè)于距施工影響區(qū)約100 m左右，點位易于保存且觀測方便之處。按規(guī)范布設(shè)3個永久性標(biāo)志點，觀測周期一般情況每3個月觀測1次。工作基點根據(jù)工程現(xiàn)場情況在入口周邊埋設(shè)3個并進(jìn)行了編號和注記，作為每次觀測的工作點。觀測周期一般情況每天一次，特殊情況下加密觀測。觀測采用五固定并隨時檢查和計算，發(fā)現(xiàn)異常情況及時匯報，分析和發(fā)現(xiàn)問題，掌握工程的安全性，通過動態(tài)信息管理，對監(jiān)測數(shù)據(jù)及時處理并反饋以指導(dǎo)施工。

2 點位布設(shè)

監(jiān)測點埋設(shè)按照相應(yīng)的規(guī)范和要求進(jìn)行，主要的監(jiān)測內(nèi)容有拱頂沉降（GD1、GD2、GD3、GD4、GD5、GZD1、GZD2、GZD3、GYZD1、GYZD2、GYZD3、GYZDD1、GDD1、GDD2、GAYD1、GAYD2、GAYD3、GYZDD1、GYZD2、GYZD3、GZED1、GZED1、GZCD1、GZCLD1、GZCLD2、GZCLD3、GZCLD4），隧道地表（QJ1、QJ2、QJ3、QJ4、QJ5、QJ6、QJ7、EL1、SE4、EL3、EL4、SE5、EL6、CZ8、CZ9、CZ10、CZ11、CZ12、Q6、Q7、Q8），立交橋（Q1、Q2、Q3、Q4），塔沉降（G1、G2、G3、G4），部分點位的分布見圖1。

圖1 渡線隧道斷面及監(jiān)測點位布置

3 數(shù)據(jù)分析

本文選擇了隧道拱頂和隧道地表的沉降累計值作為建模的原始數(shù)據(jù)，此兩處地點分別代表了地鐵隧道內(nèi)、外的兩種不同監(jiān)測數(shù)據(jù)（拱頂沉降點為洞口位置沉降最大的位置，地表沉降點位于地表沉降最大的斷面上），具有一定的代表性并且分別選取了觀測數(shù)據(jù)較完整的兩組數(shù)據(jù)（隧道拱頂GZD1、GD2；隧道地表SE4、EL3）。觀測數(shù)據(jù)總共有67期，見表1和圖2-圖3。

表1 地鐵變形監(jiān)測累計沉降值（部分?jǐn)?shù)據(jù)） mm

續(xù)表1 mm

圖2 拱頂最大沉降點動態(tài)變形曲線

圖3 地表最大沉降點動態(tài)變形曲線

由表1和圖2可知，最大沉降拱頂點位于E斷面，對于拱頂點，隨著E斷面的施工，拱頂點GDZ1和GD2 (均位于洞門口位置)呈加速下沉的趨勢，由于E斷面直徑較大，施工時間較長，使得點位沉降時間增長，累計沉降量增大，當(dāng)E斷面施工完成后（20期），進(jìn)入D斷面施工，拱頂點沉降速度降低，沉降量繼續(xù)增加，后續(xù)的C1和C2施工（49～67期），點位沉降速度幾乎不再增加，勻速沉降，直至分別穩(wěn)定為67.82、50.43 mm，未超過設(shè)計給定限值（設(shè)計給出的拱頂極限沉降值為80 mm，由于E斷面施工前期將GZD1遮擋，導(dǎo)致前22期數(shù)據(jù)無法獲?。?/p>

由表1和圖3可知，地表沉降最大位置在D與C1兩斷面的交接面附近，在E施工斷面結(jié)束前（15期之前），SE4和EL4沉降速度緩慢，之后，隨著其他各斷面的施工，開始加速沉降，第24（27）期沉降數(shù)據(jù)已超過設(shè)計給定的30 mm控制值標(biāo)準(zhǔn)，直到第54期，SE4和EL4沉降分別達(dá)到78.46、100.51 mm，此后沉降開始減速，累計沉降值繼續(xù)增大，直到第67期穩(wěn)定在93.02、114.11 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了設(shè)計給定的限值。當(dāng)時考慮到路面為臨時輔道，物探結(jié)果證明地層內(nèi)無溶洞等破壞性地層結(jié)構(gòu)，車速、車流量均較小，配合施工過程每2 h監(jiān)測一次地表沉降，保證施工和地表道路安全。

4 結(jié)語

整個施工過程設(shè)計的工序較多，施工轉(zhuǎn)換頻繁，從E斷面到C斷面，工法從臺階法到CRD法，施工過程需要密切監(jiān)測拱頂、拱腰、地表建筑物和道路的沉降情況，尤其對于近12 m高的E斷面，施工的風(fēng)險性更大，更應(yīng)該根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)來掌握圍巖的應(yīng)力變化以及對周邊環(huán)境的影響，及時調(diào)整掘進(jìn)進(jìn)尺和初期支護(hù)技術(shù)參數(shù)，做到信息化施工，尤其在隧道內(nèi)沉降、收斂較小，而地面沉降較大時，應(yīng)及時分析查找原因，防止地表突然塌陷和隧道內(nèi)涌水、砂現(xiàn)象，造成災(zāi)難性后果。

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□黃艷萍/天津市地質(zhì)工程勘察院。

U456

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1008-3197（2015）06-50-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2015.06.017

2015-10-09

李亞飛/男，1981年出生，工程師，天津市地質(zhì)工程勘察院，從事巖土工程相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)服務(wù)及研究工作。