地表沉降监测指导浅埋大跨度隧道施工案例分析

武 保 华

(宜兴市交通运输局，江苏 宜兴 214200 )

地表沉降监测指导浅埋大跨度隧道施工案例分析

武 保 华

(宜兴市交通运输局，江苏 宜兴 214200 )

针对大跨度浅埋隧道施工面临的难题，以阳灵隧道出洞口浅埋段信息化施工为例，对施工监控量测方案作了介绍，并阐述了地表沉降变形特征，通过必测项目监测分析发现，监控量测能较好的指导大跨度浅埋隧道施工，可为类似工程施工提供参考。

监控量测，大跨度，浅埋隧道，隧道施工

隧道洞口受选线等因素制约常位于围岩条件复杂、埋深浅及载荷不均匀的地层中，是隧道设计和施工的控制工程，因而广受专家学者关注。监控量测是隧道信息化施工与安全施工的基础，是新奥法的关键环节。因此，监控量测技术广泛地被应用于隧道施工中。路戈等[1]介绍了监控量测技术在地铁车站浅埋暗挖法施工中的应用。黄正家[2]介绍了监控量测在地铁隧道软弱富水地层浅埋暗挖法施工中的应用。王新征等[3]详细地介绍了沉降监控量测在浅埋隧道施工中的应用。雷坚强等[4]详细介绍了监控量测技术现状及其施工过程中存在的问题，并提出了改进建议与措施。本文以阳灵隧道出洞口浅埋段施工为例，详细地介绍监控量测对大跨度浅埋公路隧道施工的指导作用。

1 工程概况

1.1 阳灵隧道出洞口地质概况

阳灵隧道是宜兴市双湖路新建工程线路上的控制性工程，全长1 080 m，设计净宽14.0 m，设计净高7.8 m。阳灵隧道出洞口原为山坡，后被开发为杨岭山采石场(现已废弃)，在出洞口附近沟谷处堆积了厚5 m左右的弃土、弃石，地势平坦，隧道埋深5 m～10 m。由于出洞口为中风化泥晶灰岩，节理裂隙发育，受到构造运动的影响强烈，顶部为杨岭山采石场弃碎石土，综合评定围岩为Ⅴ级。由于阳灵隧道出洞口埋深较浅，洞顶上覆土层为松散的采石场弃碎石土，极易受施工扰动。因此，对其出洞口地表沉降变形等项目展开适时监测对施工具有重要的意义。

1.2 阳灵隧道出洞口支护结构设计

根据公路功能和发展的要求，以“安全、经济、环保、美观”为基本设计原则，结合隧道所处地区的地形、地质、施工、运营、管理等条件进行综合设计。隧道洞口超前支护结构采用30 m长φ108 mm管棚，环向间距为400 mm；初次支护结构采用间距600 mm的22a工字钢+双层Φ8 mm(200 mm×200 mm)钢筋网+长4 m的φ25 mm(纵×环：600 mm×1 000 mm)系统锚杆+280 mm的早强C25喷射混凝土；二次衬砌结构及仰拱为600 mm厚的钢筋混凝土。

2 监控量测方案

阳灵隧道出洞口埋深较浅，上覆土层为松散的碎石土，隧道进洞施工扰动延伸至地表，地表沉降变形是隧道施工力学的宏观表现。施工方法、进尺等参数的选取关系到隧道上覆岩土体稳定，是施工的控制重点。监测隧道围岩和支护结构稳定性随施工的发展，以便检验施工工艺与设计的实际效果。根据阳灵隧道结构设计、施工工艺及工程地质情况，选取具有代表性的K4+050断面进行监测。根据施工规范和阳灵隧道进洞施工要求进行监测，展开了掌子面地质编录、地表沉降、拱顶下沉、周边收敛、围岩内部位移、围岩压力、锚杆轴力、钢架受力等10项。鉴于篇幅与推广应用，本文仅讨论地表沉降成果在大跨度浅埋隧道施工中的应用。

3 地表沉降变形特征

3.1 测点布设

地表沉降变形量测在隧道中轴线3倍～5倍洞径外埋设2个基点，根据现场条件测点均匀分布于隧道中轴线两侧，两两间距为3 m～5 m，5号测点位于隧道中心线上，左、右两侧分别有4个侧点，共9个测点。地表沉降变形量测采用精密水准仪和塔尺进行量测，因现场观测条件较佳，量测精度可控制在±0.1 mm级别。

3.2 地表沉降变形特征

阳灵隧道出洞口K4+045断面地表沉降变形监测自测点埋设来，按规范要求的量测频率及施工要求实时连续测量近3个月，其结果详见图1，图2。其沉降变形有如下特征。

1)隧道进洞施工扰动区域基本上关于其中轴线分布，其扰动范围约为距中轴线1.5倍跨径，且明显存在分区。由图1可知，距隧道中轴线0.5倍跨径范围内发生显著沉降变形，其值在45.0 mm～90.0 mm区间变化，其最值为88.5 mm位于④测点附近，属于显著变形区；距隧道中轴线距离大于1.5倍跨径变形微小，其值小于4.5 mm，与最大值相比在工程上可以忽略，属于非沉降变形区；以及两者之间的过渡区，其值在4.5 mm～30.0 mm之间。显著变形区沉降变形相对其他两个区较为不均为，呈“V”字形。

2)地表沉降变形所有监测点总体上随时间先快速增长后缓慢增长最后趋于稳定，其变形速率随时间由大到小最后为零，见图2。

3)根据上述划分的三个区，分别选取具有代表性的测点进行详细分析，即④，⑨和②。由位于显著沉降变形区的④测点全过程S—T曲线可知，显著沉降变形区变形发展随左导坑、右导坑、中间部分及临时钢架拆除施工，先后经历了迅速增长、缓慢增长、再迅速增长、再较缓慢增长、最后稳定5个阶段，其变形与施工工艺、工序密切相关。其中左右导坑施工经历了缓慢增长、迅速增长两阶段，其施工耗时约为20 d，其变形量约占最终变形量的20%～40%。中间部分及临时钢架拆除施工经历了再迅速增长阶段，其施工耗时约为10 d，其变形量约占最终变形量的40%～50%。其沉降变形尤为迅速，最大为24.2 mm/d，该时段施工诱发

地表开裂。最后10%变形量为上覆地层在自重荷载作用下发生沉降，时间相对较长，约为40 d～60 d。由位于非沉降变形区的⑨测点全过程S—T曲线可知，非沉降变形区随施工工艺的各个工序的不断推进，沉降变形几乎不增长，该区最大沉降量为4.3 mm，工程上可以忽略。由位于过渡区的②测点全过程S—T曲线可知，过渡区隧道进洞施工后经历了较快增长、缓慢增长及稳定三个阶段，分别占最终沉降量的70%，20%和10%。其中过渡区和显著沉降变形区的各测点第一阶段持续时间相近、变形速率及累计变形量基本一致。

综上，地表沉降量主要取决于地表与隧道的相对位置及施工工艺、工序、施工速度、隧道埋深。

4 指导施工

根据地表沉降监控量测反馈的信息可以实现在如下方面指导施工：

1)施工场区内临时便道、材料堆放、土石方等在条件容许的情况下远离地表沉降影响范围，本工程为距中轴线1.5倍跨径范围内，严禁上述施工活动；在条件限制情况下，必须对围岩及边坡稳定性进行论证，在论证可行的情况下进行科学布置，同时进行监测。2)由于本工程隧道为埋深5 m～10 m，且隧道上覆土层为采石场弃碎石土，其渗透性极强；加上施工扰动较强，尤其是中间部分及临时钢架拆除施工，地表沉降变形尤为迅速，最大为24.2 mm/d，该时段施工诱发地表开裂。因此，施工过程密切注意地表开裂情况，尤其是截水沟的开裂状况，并采取必要的排水措施，同时在条件允许情况下进行地表加固。3)本工程隧道进洞施工中间部分及临时钢架拆除对地表沉降变形影响极为强烈，因此在该施工阶段必须严格控制施工扰动强度、范围、次数及频率；同时支护结构尽早封闭成环。4)鉴于隧道埋深及围岩条件，应合理选取科学施工方法、工艺及工序，严格控制超挖；对超挖区域必须及时回填，必要时进行注浆加固。

5 结语

通过对阳灵隧道在进洞施工中地表沉降变形、拱顶下沉及周边收敛变形监测分析发现，监控量测能较好的指导大跨度浅埋隧道施工，尤其是必测项目发挥了重要作用。而必测项目是每个隧道工程都必须实施的，有益其推广。

[1] 路 戈,惠明军.监控量测技术在北京地铁车站浅埋暗挖法施工中的应用[J].施工技术,2008(12):133-137.

[2] 黄正家.地铁隧道软弱富水地层浅埋暗挖法施工监控量测与分析[J].现代隧道技术,2010,47(3):81-86.

[3] 王新征,张 健.浅埋暗挖隧道施工沉降监控量测[J].人民长江,2012,43(15):20-23.

[4] 雷坚强,丁彰芳.公路隧道施工监控量测与超前地质预报技术现状及思考[J].现代隧道技术,2013,50(6):32-38.

Case analysis of shallow buried large span tunnel construction guided by ground surface settlement monitoring

WU Bao-hua

(YixingCityTransportationBureau，Yixing214200，China)

According to the construction problem of shallow buried and large span tunnel, with the shallow buried unkennel section construction of Yangling tunnel as an example, introduces the monitoring measurement schemes of construction, and illustrates the features of surface subsidence deformation, through the necessary items monitoring and analysis, it’s founded that monitoring and measurement can guide the construction of shallow buried large span tunnel better and can provide reference for similar engineering construction.

monitoring and measurement, large span, shallow buried tunnel, tunnel construction

1009-6825(2014)28-0199-02

2014-07-22

武保华(1972- )，男，硕士，工程师

U455

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