变形监测在城市浅埋暗挖隧道施工中的应用

余志奇，杨林松，付小明，王建强

(1.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉　430015；2.长江空间信息技术工程有限公司(武汉)测绘信息工程院，湖北 武汉　430010；3.东华理工大学测绘工程学院，江西 南昌　330013)



变形监测在城市浅埋暗挖隧道施工中的应用

余志奇1*，杨林松2，付小明1，王建强3

(1.武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉430015；2.长江空间信息技术工程有限公司(武汉)测绘信息工程院，湖北 武汉430010；3.东华理工大学测绘工程学院，江西 南昌330013)

摘要：基于研究城市浅埋暗挖型隧道的发展以及隧道变形监测在施工中的重要意义，通过对武汉市东湖团山隧道的变形监测在施工中的应用研究为例，采用多种监测方法对暗挖隧道施工进行变形监测，说明变形监测在城市浅埋暗挖隧道安全施工中起到的重要作用。

关键词：变形监测；隧道；衬砌；围岩

1引言

近几年来，随着武汉市经济实力增强和城市规划规模的扩大，武汉市进入了城市建设快速发展的时期，为缓解城区日益增长的交通压力，武汉市对主骨架路网进行了规划调整，在某些不适合修建立交桥的地方多采用隧道的形式解决城市节点交通。东湖通道为武汉市武昌大东湖地区的重点道路交通工程，对完善区域路网结构与缓解交通拥堵等方面具有重大作用。同时，通道兼有环境、景观、文化功能，对加强东湖景区环境保护，促进东湖景区利用与开发，凸显地域文化与彰显城市魅力有重大意义。

城市暗挖隧道工程的风险性大于明挖工程，作为整个东湖通道工程中唯一的暗挖隧道，对团山隧道施工进行监控量测的重要性不言而喻。隧道监测作为施工工序中不可缺少的内容，它不仅监测各施工阶段围岩和支护动态，确保施工安全，而且可为调整初期支护设计参数，确定二衬和仰拱的施作时间，了解施工对附近建筑物的影响，加强监测频率，及时反馈信息，以指导分步施工，优化施工步长。因此，为全面提高东湖隧道工程质量，加强隧道施工期间监测极为必要。

2东湖团山隧道的项目概况

(1)工程概况

东湖通道工程规划北起二环线红庙立交与二环线水东段对接，南止于喻家湖路喻家山北路道口，全长约 9.86 km，除两端局部段采取高架和地面方式外，全线基本采取隧道建设方式，其中穿东湖隧道段全长约 6.88 km，团山隧道段长约 1.22 km，地面段长约 0.70 km，高架段长约 1.06 km。

本次施工监测的团山隧道作为东湖通道的重要组成部分，双向6车道，采用暗挖法施工，最新方案是直接与对接路面平齐，直接穿过山体，另在团山中间的垭口段有长约 100 m的外露通道，形成了新的城市景观。此外，团山隧道两端接线处的团山路和喻家湖下方将各建一条下穿通道，与隧道车流立体交叉通行。本工程区位图如图1中粗线所示。

(2)工程地质条件

本工程场地属长江右岸Ⅲ级阶地，现场地地面标高变化在 21.36 m～ 32.02 m(以孔口标高计)。沿线还分布有少量孤立的水塘、鱼塘、洼地等。团山隧道段场地属剥蚀残山地貌及长江右岸Ⅲ级阶地。整个线路地势起伏较大，地面标高变化在 19.00 m～ 65.96 m，线路沿线水系较发育。暗挖段自北向南依次穿越地层如下：中风化砂岩10c-2、中风化石英砂岩9a-2、强风化泥岩9b-1、中风化泥岩9b-2、中风化石灰岩8a-2、强风化碳质泥岩7b-1、强风化煤层7d、强风化硅质页岩7c-1、中风化硅质岩7e-2、中风化碳质泥岩7b-2、中风化泥质粉砂岩7a-2、中风化钙质泥岩6a-2、中风化泥质粉砂岩7a-2、中风化钙质泥岩6a-2、强风化钙质泥岩6a-1、红黏土4-7 4-6。

3东湖团山隧道变形监测的实施

3.1监测意义和目的

(1)鉴于团山隧道作为东湖通道工程中暗挖型隧道的复杂性，土建施工可能会对周边环境产生一定的影响甚至破坏，如产生裂缝、错位、沉陷、倾斜和坍塌等，因此在工程施工期间不仅要考虑到工程自身的安全，同时也要考虑到周边环境的安全和稳定。

(2)在土建施工过程中对周边环境、工程自身关键部位及围岩实施独立、公正的监测，基本掌握周边环境、围护结构体系和围岩的动态，验证施工方的监测数据，为建设单位、监理、设计、施工单位提供参考依据，也为整个隧道工程的安全保驾护航。

(3)为建设管理单位对东湖通道重点工程建设风险管理提供支持，通过安全监测、安全巡视和安全风险咨询管理服务工作，较全面地掌握各工点的施工安全控制程度，为信息管理平台提供基础数据，对施工过程实施全面监控和有效控制管理。

(4)作为独立的监测方，其监测数据和相关分析资料可成为处理风险事务和工程安全事故的重要参考依据。

3.2监测项目及预警方法

根据位移控制基准，位移管理按表2分为三个等级：

注：U——实测位移值。

①当量测位移U小于U0/3，表明围岩稳定，可以正常施工；

②当量测位移U大于U0/3并小于2U0/3时，表明围岩变形较大，应密切围岩动向，可采取一定的加强措施，如加密、加长锚杆等；

③当量测位移U大于2U0/3时，表明围岩变形很大，应立即停止掘进，并采取特殊的加固措施，如超前支护、注浆加固等。

④当实测最大位移值或预测最大位移值不大于2U0/3时，可以认为初期支护达到基本稳定。

3.3监测断面布置

4东湖团山隧道变形监测对施工的指导

4.1团山隧道边坡地表位移沉降监测

如图4中，团山隧道地表下沉测点断面布设在左右洞的洞口段、在施工中可能产生塌陷之处(尤其是进出洞的浅埋地段)，对隧道施工有影响的偏压段或洞身浅埋段。洞口和浅埋段每个断面至少12个测点，断面间距 5 m～ 10 m。

以位于桩号K8+010处的团山隧道地表沉降监测NS断面为例，从2014年4月4日～2015年3月3日，最大累计沉降量为位于隧道右洞中线附近的NS09号点的 101.1 mm，从下图中可以看出，随着隧道开挖面的推进，支护的跟进及时，地表监测点的沉降速度和累计变化呈现由快到慢的趋势，远离开挖面的地表沉降曲线趋于收敛。并且，随着含水量的增加，地质围岩情况会有所变化，应在开挖隧道中注意加强施工质量，及时控制围岩变形，减小围岩扰动，特别在武汉这样的雨季频发的城市，应该更加注意地表水的入渗。

NS断面最大沉降测点为右洞中线的NS09号测点，最大累计沉降量为 101.1 mm，左洞顶部边坡沉降量较上月增长变缓，但左洞洞顶附近的NS02点累计沉降量 74.9 mm，触及允许值范围(40 mm)，NS01点累计沉降量 60.0 mm，触及允许值范围(40 mm)，NS12点累计沉降量 52.9mm，触及允许值范围(40 mm)，需引起各方高度重视。

4.2团山隧道拱顶下沉及水平收敛监测

(1)截止最近90天的数据，团山隧道左线1#、2#、3#和4#导洞共埋设44个拱顶下监测点。至3月12日拱顶下沉监测结果显示，最大拱顶沉降量发生在团山隧道垭口左线南侧1#和2#导洞，里程为K8+277，累计沉降量为 55.0 mm，是否继续变化有待进一步监测。

(2)团山隧道垭口左线收敛测线目前埋设有26条。最大累计收敛量位于K7+966断面，A-A′累计收敛量为 -52.6 mm。左线1#、2#和3#、4#导洞内K8+200、K8+210、K8+223、K8+232、K8+248、K8+255、K8+262、K8+272、K8+277、K8+282、K8+287、K7+983、K7+966、K7+958、K7+952、K7+946、K7+931、K7+915、K7+878、K7+870和K7+838处的断面收敛变形量较大，速率超过预警值，望施工方加强重视，及时处理加固。

(3)团山隧道垭口左线南侧1#和2#导洞内拱顶下沉最大为K8+277断面，累计沉降量为 55.0 mm，按照U0取 40 mm的情况属于Ⅰ级位移管理等级，水平收敛最大值为K7+966断面A-A′，累计收敛量为 -52.6 mm，按照U0取 20 mm的情况属于Ⅰ级位移管理等级，应采取加强措施。

(4)截至目前团山隧道垭口左侧开挖接近出口，施工逐步开展，沉降量较上周有所增加，K8+022、K7+983、K7+966、K7+958、K7+952、K7+946、K7+931、K7+915、K7+878、K7+870和K7+838桩号的拱顶下沉或累计水平收敛均超过预警值，建议施工方加强临时仰拱的布设和注意开挖进度，采取加强锁脚锚杆的施工和相关区域防护等措施，并需引起各方高度重视，如表3所示。

以位于桩号K8+022处的团山隧道垭口左线北侧断面为例，进行数据拟合分析，得到如图5所示。

5东湖团山隧道变形监测建议

根据目前团山隧道监测结果及现场巡视观察，结合整个施工情况，从安全角度给出如下建议：

(1)地表沉降：由于隧道属于超浅埋，且围岩较弱，洞室开挖对地表沉降影响较大，左线隧道东侧出洞口围岩风化较为严重，导致沉降量较大。洞口地表沉降年分析曲线显示受开挖影响，随着开挖推进大部已趋于稳定，说明在洞口 10 m范围内是洞口稳定主要考虑区域，应注意适当控制施工开挖对洞口的影响。

(2)拱顶下沉：洞口部分拱顶下沉较小，随着施工推进，下沉不断增大，说明进洞采用大管棚的方案是合理的。当拱顶下沉增大到 30 mm左右后，基本保持不变。监测结果显示，左线隧道下行线进口段拱顶下沉随着进尺的增加不断增大，是由于洞口埋深较浅，随着开挖前进埋深不断增大，作用在拱顶的荷载不断增加，从而导致拱顶下沉量不断增加。

6结论

通过这一年以来对东湖通道团山隧道暗挖段的监控量测及数据分析，及时获取了围岩及支护结构的状态，为合理确定二次衬砌施工时机提供了可靠的依据，积累资料和经验，为今后的同类工程设计提供类比依据。

(1)将每次采集的监测数据计算后进行拟合分析，估算围岩最终变形量，并结合监测所得总的收敛值与周边允许变形值相比较作辅助判断，从而可以检验隧道支护结构的工作状态及围岩的稳定性。

(2)经实测与研究表明，通过对拱顶下沉和周边收敛的监控量测可实现对隧道内空变形的有效监控，监测数据反映的规律能较合理地代表围岩变形过程及发展趋势。

(3)团山隧道最佳二次衬砌时机应在围岩产生适量变形并在发生松动破坏之前，即将围岩变形过程中的微小变形通过量测的结果及时反馈，对变形较大的地段发出预警，才能保证施工安全，起到指导施工和优化设计的目的。

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Study on Deformation Monitoring In Shallow-buried and Depth and Subsurface Excavation Tunnels of City

Yu Zhiqi1，Yang Linsong2，Fu Xiaomin1，Wang Jianqiang3

(1.Wuhan Municipal Engineering Design & Research Institute Co.，Ltd. Wuhan 430015，China；2.Changjiang Spatial Information Technology Engineering Co.，Ltd，Wuhan 430010，China；3.Faculty of Geomatic，East China Institute of Technology，Nanchang 330013，China)

Key words：tunnel；deformation monitoring；liner；wall rock

Abstract：This paper primarily studies the issue of deformation monitoring in the construction process of shallow-buried and depth and subsurface excavation Tunnels. It introduces the prospect of the tunnel development，the important role that the tunnel deformation monitoring has played in the construction process as well as the study actuality of the tunnel monitoring technology. Taking the deformation monitoring Tuanshan of east lake tunnel as an example，It demonstrates the important role of the deformation monitoring in ensuring the safe construction of the tunnel.

文章编号：1672-8262(2016)03-130-04

中图分类号：P258，TU196.1

文献标识码：B

*收稿日期：2016—02—18

作者简介：余志奇(1982—)，男，高级工程师，主要从事市政工程测量及变形监测方面的工作。

基金项目：江西省教育厅青年基金项目(GJJ12394)；东华理工大学博士科研启动基金项目(DHBK201114)；地球空间环境与大地测量教育部重点实验室开放基金资助项目(11-01-01)；国家自然科学基金项目(41304020)；企事业单位委托科技项目(ZR201300060)