地铁双线连拱隧道施工监测分析及评估

冯兴仁 黄 宁 何华刚

(1.中国水利水电第七工程局有限公司,四川 成都 610081； 2.中国地质大学(武汉)工程学院,湖北 武汉 430074)



地铁双线连拱隧道施工监测分析及评估

冯兴仁1黄 宁2*何华刚2

(1.中国水利水电第七工程局有限公司,四川 成都 610081； 2.中国地质大学(武汉)工程学院,湖北 武汉 430074)

结合深圳地铁7号线深安区间双线连拱隧道工程，详细介绍了该工程所采用的施工方法及相应的技术措施，并充分分析了施工过程中监测数据所反映的内涵，找出了对应的规律，结果表明：采用对不同阶段的监测数据进行分析指导施工过程的动态调整是可行的。

地铁工程，矿山法，连拱隧道，大断面隧道

0 引言

随着城市基础设施建设的快速发展，城市地铁工程也越来越多，各种富水、浅埋和软弱围岩等复杂地质条件下的地铁隧道工程更是屡见不鲜，这就需要根据不同的隧道类型和施工条件来选择合适的施工方法，以及在施工过程中根据现场条件变化不断的调整或改进施工内容。监控量测是一个很好的手段，可以不断监测隧道施工支护变形数据，为施工提供支护衬砌的反馈信息。

本文依托深圳地铁7号线深安区间隧道工程，对连拱隧道施工进行监控量测，分析连拱隧道变形随时间变化规律及不同开挖顺序引起的支护体系变形特征，为类似条件下连拱隧道施工监测提供借鉴。

1 工程概述

1.1 工程概况

深圳地铁7号线某区间隧道工程右线设计里程为DK8+209.424～DK9+836.052，全长1 627.18m，左线设计里程为DK8+209.424～DK9+836.052，全长1 709.63m，隧道单线长3 336.81m。隧道矿山法施工断面变化多，其中单线单洞断面19种(面积：16.4m2～162.5m2，长度2 125延长米)，双线单洞断面12种(面积：91.2m2～171.9m2，长度1 505延长米)，三线单洞断面5种(面积：173.6m2～324.3m2，长度374延长米)，四线单洞断面7种(面积：96.3m2～436.6m2，长度184延长米)，组织复杂，大断面施工安全风险大。断面施工顺序为：洞顶大管棚施工→中导洞开挖→中导洞初期支护→浇筑中墙→右线隧道分步开挖→右线隧道支护施工→左线隧道分步开挖→左线隧道支护施工。

1.2 工程地质与水文地质

该段位于丘陵山地，按岩体的时代成因及其工程特征，本段的地层分为2层，即残积层(Qel)和燕山期花岗岩(γ53)。本场地地下水按赋存条件主要为孔隙水及基岩裂隙水，孔隙水主要赋存在冲洪积砂类土、残积粉质粘土、全风化花岗岩中，基岩裂隙水赋存于强风化及中等风化花岗岩中。围岩及支护物理参数见表1。

2 监控量测

连拱隧道由于跨度大，施工难度大，经常需要边开挖边支护，而当前可供借鉴的工程经验较少，设计和施工方法都还不成熟。因此，加强监控量测，是保证隧道安全施工必不可少的手段。根据地下工程测量等规范的基本要求，针对该隧道的实际情况，监测的主要内容包括地表沉降、拱顶沉降、净空收敛。

表1 围岩及支护物理参数

地表沉降监测：其中顶部地表沉降点共设置5个断面，每个断面埋设7个监测点，共布设35个沉降点。其断面布设图如图1所示。根据实际情况，按一定间隔布设测点，布点范围为2.5倍～3.0倍的隧道直径(即一侧点宽度)，测点间距2.0m～5.0m。

拱顶沉降监测：断面开挖后，在结构拱顶上部离开断面2m以内布设监测点，测点间距根据现场实际地质概况大致取5m～100m。

洞内水平净空周边收敛：由于浅埋暗挖隧道的拱腰、拱脚和墙中部位是受力和应变的最敏感部位，在这些敏感部位紧挨着开挖面(离开挖面距离2m以内)布设监测点。

3 监控量测结果分析

本文以DK8+480断面的结构支撑体系作为考察对象，对连拱隧道施工过程中的现场监测结果进行分析和汇总。

3.1 地表沉降监测分析

隧道断面上覆土沉降监测点D1-1～D1-7于2012年11月开始监测数据。各测点的变形如图2所示。

由图2可以看出，隧道中心线附近的沉降最大，并且往两边逐渐减小，呈现漏斗状。随着时间的推移，各点的沉降量逐渐增大。并且刚开始时(如从2012年12月28号～2013年5月28号)，增长的幅度并不是很大，但是从2013年5月28日～2013年12月25日，沉降增长的幅度明显加快。从2013年12月25日～2014年2月27日起沉降增长幅度明显的又放缓。

考虑到施工过程，刚开始进行的是大管棚施工以及中导洞的施工，所以有沉降并且在隧道中线附近沉降较大，但由于此过程扰动较小，所以沉降增长的幅度不大；然后进行的是右线和左线，此时较多的采用爆破施工，开挖量也较大，因此沉降变形的幅度也较大。

由此可以看出，在隧道开挖时，应注意爆破开挖时对地面沉降的影响，并且隧道中线的沉降值最大，应该重点关注。

3.2 拱顶沉降监测

以隧道某大断面拱顶沉降监测为例进行分析。图3为开挖过程中左右隧道拱顶和中洞顶的沉降变化曲线。

从图3可以发现，中导洞开挖、支护及右隧道的开挖施工对左侧隧道围岩产生多次扰动，使其沉降逐渐增加。而且左右隧道开挖也对中洞产生了显著地影响，使得中洞沉降不断大幅增加，最后达到了4.7mm。左右隧道拱顶的最终沉降值也分别达到5.84mm和5.92mm。

在中洞开挖支护后，应力主要集中在中洞拱顶和底部中墙与中洞支护相接的部位；而左右隧道开挖支护后，应力主要集中在拱顶和仰拱部位；因此在施工中这些地方要予以重视。

3.3 隧道净空收敛监测

以深安区间正线右线YS/Xo8+542、停车场出入线右线TS/Xo0+341、正线左线ZS/Xo8+532三处的监测点为例进行分析，时间从2013年10月8日～2013年10月31日。

由图4(图中正值表示收缩，负值表示扩张)可以看出，曲线大致分为三个阶段，第一阶段从10月8日～10月16日，这一阶段表现为收敛变化幅度较小，较为平坦，其中三条曲线的收敛值分别为0.3mm，0.36mm和0.13mm，分别占总收敛的10.9%，15.6%和4%；第二阶段从10月16日～10月26日，这一阶段表现曲线处于振荡期，三条曲线的收敛值分别为0.37mm，0.44mm和0.29mm，分别占总收敛的35%，19%和8.8%；第三阶段为曲线的剧烈增长区，这一区间，曲线呈现直线增长的方式，三条曲线的收敛值分别为1.48mm，1.51mm和2.87mm，分别占总收敛的54%，65.4%和87.2%。

结合施工过程，三条曲线在第三个阶段的收敛值占整个过程的收敛值都超过了50%，变化幅度较大，这个过程进行了爆破开挖作业，以及封闭衬砌作业，因此这个过程要格外注意剧烈而频繁的扰动对施工的影响。

4 施工控制措施及效果

在右线施工过程中，台阶初支处出现了较明显的环向裂隙，有些部分出现明显的变形，隧洞上地面也出现了轻微的裂缝，周边的围墙出现裂缝和变形的情况。通过现场监测资料的反馈，施工中采取了以下工程措施，达到了控制过大变形的效果：

1)针对不同部位分别采取相应的开挖方法。隧道应尽可能采用机械开挖或人工开挖，确实不能采用机械开挖的部位，采用控制爆破技术、光面和预裂爆破技术，短进尺开挖，减少单响用药量，尽可能减少对围岩的扰动。采取措施后效果较为明显，地表及周边收敛变化趋缓，处于可控的水平。

2)采用传统手段探测与先进仪器探测相结合的方法，通过对不同探测手段取得的结果进行对比分析，提高地质预报的准确性，为开挖方法、支护形式的选择提供可靠的依据。通过综合使用超前地质预报的方法，开挖前可以对掌子面前面的情况充分的了解，提前采取预防措施，由于地质情况而停止开挖的情况大大减少，提高了经济效益。

3)根据隧道开挖断面尺寸及围岩情况，分别采取不同的支护形式。初期支护紧跟开挖进行，围岩破碎洞段开挖完成后，立即喷混凝土封闭掌子面，并按顺序施作锚杆、型钢钢架或格栅钢架及挂网喷混凝土，尽早封闭成环，发挥支护体系的整体作用。加强支护过程控制，保证各工序施工质量。通过采取灵活的支护措施，拱顶沉降以及净空收敛都提早趋向缓和，处于可控的状态，增大了安全的预留量，保障了施工的安全。

5 结语

深圳地铁7号线深安隧道具有开挖断面大、隧道埋深浅、地质条件复杂等难点。实践证明，在施工过程中不断进行隧道监控量测，通过监测数据反馈，实时的调整开挖方法和支护形式，控制关键部位变形，这种方法是可行的，为今后类似工程施工提供了一些可借鉴的经验。

[1]傅金阳.富水复合地层浅埋暗挖地铁施工对邻近建筑物影响分析.长沙：中南大学,2010.

[2]马永峰,张志豪,曹力桥.浅埋大断面大跨度连拱隧道施工变形现场监测试验研究.隧道建设,2010(4):423-429.

[3]周丁恒,曹力桥,马永峰.四车道特大断面大跨度隧道施工中支护体系力学性态研究.岩石力学与工程学报,2010(1):140-148.

Theassessmentandmonitoringoftheconstructionfordouble-linecontinuous-archsubwaytunnel

FengXingren1HuangNing2*HeHuagang2

(1.China Hydropower 7th Engineering Bureau Co., Ltd, Chengdu 610081, China;2.College of Engineering, China University of Geology(Wuhan), Wuhan 430074, China)Abstract:Combiningwithdouble-linecontinuous-archtunnelengineeringofShen’ansectionofShenzhensubwayNo.7line,theconstructmethodandtechnicalmeasureareintroduceddetailedly.Weattemptedtofindtherulesofsubwaytunnelconstructbymonitoringtheconstructionprocess.Theresultshowsthatitisfeasibletoguidethedynamicadjustmentoftheconstructionprocessbyanalyzingmonitoringdataatdifferentstages.

subwayproject,miningmethod,continuous-archtunnel,largesectiontunnel

1009-6825(2015)01-0169-03

2014-10-21

冯兴仁(1976- )，男，工程师; 何华刚(1976- )，男，副教授

黄 宁(1988- )，男，在读硕士

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