既有隧道扩建工程优化CD法施工监控量测分析

■邵顺安（1.福建省建筑科学研究院；2.福建省绿色建筑技术重点实验室，福州350025）



既有隧道扩建工程优化CD法施工监控量测分析

■邵顺安1，2
（1.福建省建筑科学研究院；2.福建省绿色建筑技术重点实验室，福州350025）

针对福州市金鸡山隧道初期支护背后围岩出现不同程度松散，在竖向荷载作用下沉变形大，不利于中隔壁稳定等特点，提出了金鸡山隧道扩建工程采用优化CD工法进行施工，即优化后将临时中隔壁支撑置于既有隧道衬砌混凝土上，同时将原设计弧形中隔壁调整为垂直中隔壁的优化CD法。本文针对该施工方案，进行相应的现场监控量测，并对施工过程中围岩变形演化特点进行深入分析研究。结果验证了该优化CD施工方法的可行性，为施工方法进一步优化提供了参考。

既有隧道扩建优化CD法监控量测

1引言

近年来，由于城市经济发展和汽车普及，导致市区内车流量日益升高，每逢高峰时间，上班的、旅游的、购物的车流从四面八方涌入市中心，导致现有道路无法负荷，从而造成城市道路堵塞的情形。而早期建设的城市隧道已无法满足城市交通的需求，极易形成交通瓶颈。为了满足城市发展的需要，提高城市交通运力，城市隧道急需通过拓宽，与洞外道路交通相匹配。

城市隧道的改建、扩建，通常采用原位扩建方式。隧道原位扩建需要将原有结构拆除后再进行隧道扩挖，形成大断面甚至特大断面隧道，其中围岩将经过多次扰动，围岩的变形也将发生错综复杂的变化。因此，既有隧道的扩建与新建隧道的施工方法也存在一定的不同。

本文结合金鸡山隧道的现场监控量测工作，对既有隧道原位扩建成大断面隧道在施工过程中围岩变形演化特点进行分析研究，不仅为隧道施工方案的优化调整提供依据，也可为今后类似工程的实施和深入的理论研究提供参考和借鉴。

2金鸡山隧道扩建工程实例

2.1工程概况

原有金鸡山隧道位于福州市二环路东北段，由两座机动车隧道和一座行人和非机动车隧道组成。其中机动车隧道建成于1995年，为双洞分离式隧道，单洞2车道、双向4车道，长约577m。该隧道自建成至扩建时已有18年之久，存在较多病害，主要体现在：衬砌变形开裂、厚度不足、顶部脱空等情况。

本次隧道扩建改造主要是对机动车隧道进行原位拓宽，把原单洞2车道分别拓宽为单洞4车道，断面由双向4车道扩宽为双向8车道，行人及非机动车隧道保持现状不动，拓宽后隧道左右洞长均为576m，金鸡山隧道扩建改造示意图见图1。

图1　金鸡山隧道扩建改造示意图（cm）

2.2施工方法优化

金鸡山隧道扩建施工采用新奥法进行施工，原施工方法为中隔壁（CD）法，中隔壁及临时仰拱均采用I14工字钢+18cm厚C25喷射混凝土。原施工方法是先开挖既有隧道侧，上台阶临时中隔壁I14工字钢拱脚落于既有隧道初期支护背后（见图2），由于初期支护背后围岩出现不同程度松散，在竖向荷载作用下下沉变形大，不利于中隔壁稳定，为此施工单位优化后将临时中隔壁支撑置于既有隧道衬砌混凝土上；同时若按照设计弧度设置中隔壁，对既有衬砌产生水平向围岩推力，由于背后有松散空洞区，容易将衬砌混凝土推裂造成中隔壁失稳，为此将原设计弧形中隔壁调整为垂直中隔壁（见图3）。施工方法优化前后对比详见表1。 2.3优化CD法开挖步序

图2　优化前施工方法示意图

图3　优化后施工方法示意图

表1　施工方法优化前后对比

针对以上所涉及的改进，最终的优化后开挖步序是：①开挖右导坑上台阶（A区域），包括拆除原洞二衬，并回填原隧道至拱腰，并施工右导坑上台阶初期支护及临时竖撑；②滞后右导上台阶10m左右开挖左导坑上台阶（B区域），并完成初期支护；③滞后右导坑上台阶30m开挖右导坑下台阶（C区域），并完成初期支护；④滞后右导下台阶5m开挖左导坑下台阶（D区域），并完成支护；⑤滞后左侧台阶5m后开挖竖撑下部（E区域），施工隧底支护并将竖撑接长至隧底，使初期支护封闭成环；⑥施工仰拱；⑦拆除已完成仰拱临时支撑，且至已完成的二衬混凝土距离不超过20m；⑧铺设环向盲沟及防水板，整体浇注二次衬砌。

3监测量测验证

3.1监控方案

西方人民在长期改造自然的过程中衍生出了“物我分离”的思想，注重客观事物对人产生的作用和影响，严格区分主客体，习惯了以物本为主体的客体思维方式，语言表达上力求客观、公正、严谨。相反，中国古代哲学家所倡导的是“天人合一”的思想，强调人与自然的和谐统一，因此形成了汉民族以人为中心的主体性思维方式。换句话来说就是，英语倾向于客体性描述，汉语注重本体性叙述。这两种不同的思维方式在语言上的反映就是，英语大多以物或抽象概念为主语，且不存在无主句；而汉语则习惯以人为主语，有时甚至会隐含或省略人称，产生无主句。以下句为例：

为了研究隧道施工期间围岩的稳定性，验证优化后的施工方案是否可行，支护结构是否具有足够的强度。根据隧道上方的地形地貌和埋设条件，在隧道进口段布设监控断面进行现场监测，本文选择最有代表性的右洞进口YK0+376里程断面进行分析研究。

隧道围岩变形是隧道稳定性的直接表现。因此，根据金鸡山隧道的空间布局和隧道施工方法，在围岩变形方面开展的监测项目有：地表沉降、拱顶沉降和周边位移监测。具体测点布设如图4所示。3.2监测结果与分析

图4　监控量测测点布置示意图

（1）地表沉降监测结果与分析

从洞口管棚施工完毕后，开始对地表沉降进行正常监测，每天监测1～2次，最终得到地表累计沉降量曲线如图5所示。

图5　地表累计沉降曲线图（mm）

由图5可以看出，地表累计沉降量并不大，最大的沉降量也没有超过8mm。其沉降的基本规律是：①上下导洞及中隔壁的开挖都将导致其上方地表沉降量显著增大，导洞开挖通过后，地表沉降量仍缓慢发展，最终隧道正上方的累计沉降量最大，随着远离隧道及二衬施工时间临近，地表沉降量逐渐减小并趋于稳定。②隧道轴线位置附近地表沉降明显，两侧逐渐减小，大致呈漏斗状，并且由于隧道右导洞先开挖，开挖面积较左导洞大，所以靠近右导洞范围洞顶下沉量大于后开挖的左导洞。

右导坑上台阶开挖支护后，进行拱顶沉降监测点G1的安装及初值测量，左导坑上台价开挖支护后，进行沉降监测点G2的安装及初值测量，正常监测时每天监测1～2次。监测结果的拱顶沉降-监测时间曲线如图6～图7所示。

图6　右导坑拱顶沉降-时间曲线图

图7　左导坑拱顶沉降-时间曲线图

由图6可以看出，右导坑上台阶拱顶沉降监测点G1存在3次明显的沉降速率较大点，即受3次明显的施工影响，分别是右导坑上台阶开挖后（a点）、左导坑上台阶开挖（b点）、竖撑下部开挖（c点）。

监测结果表明，①拱顶沉降在G1测点布置后较大，达到-1.08mm/d，之后沉降速率逐步减小；②当左导坑上台价开挖时，由于爆破振动对竖撑等支护的影响，导致G1测点沉降速率急剧增大，达到-1.29mm/d；③由于竖撑的作用，左右导坑下台阶开挖时，对拱顶沉降影响不大；④竖撑下部开挖时，由于竖撑存在部分悬空，导致拱顶沉降速率存在一定的增大，约为-0.48mm/d，而在竖撑接至仰拱底部且仰拱施工完毕后，拱顶下沉趋于稳定。

由图7可以看出，左导坑上台阶拱顶沉降监测点G2存在2次明显的沉降速率较大点，即受2次明显的施工影响，分别是左导坑上台阶开挖（b点）、竖撑下部开挖（c点）。

监测结果表明，①拱顶沉降在G2测点布置后较大，达到-0.31mm/d，之后沉降速率逐步减小；②左右导坑下台阶开挖时，对拱顶沉降影响不大；④竖撑下部开挖时，由于竖撑存在部分悬空，导致拱顶沉降速率存在一定的增大，约为-0.17mm/d，而在竖撑接至仰拱底部且仰拱施工完毕后，拱顶下沉趋于稳定。

（3）周边收敛监测结果与分析

右导坑上台阶开挖支护后，布设周边收敛测线D-F，并进行初值测量，与拱顶沉降监测同时进行。监测结果的周边收敛速率-时间曲线如图8所示。

由图8可以看出，右导坑上台阶周边收敛测线D-F存在1次明显的收敛速率较大点（b点）。究其原因，是由于此时左导坑上台价进行爆破开挖施工，导致竖向支撑向右侧产生弯曲变形。左导坑通过后，随着时间的推移，周边收敛速率逐步稳定。

图8　右导坑D-F收敛速率-时间曲线图

4结语

本文针对金鸡山隧道优化后的施工方法，进行了相应的现场监控量测工作，并分析了围岩变形演化特点，得出以下结论：尽管该隧道施工工序复杂，但从围岩位移等监控量测结果看，金鸡山隧道优化后施工方法是可行的，围岩变形可控，基本稳定，竖向支撑置于原有二衬之上，有利于隧道初期支护的稳定。

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