城市轨道浅埋暗挖隧道拱顶沉降监测点布设的优化建议

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正文：

1、城市轨道浅埋暗挖隧道拱顶沉降监测的重要性

通过隧道监测可以做到动态设计、动态施工。拱顶沉降增大，需要分析检查施工质量，水文地质条件变化等。当拱顶沉降不收敛时，需要进一步评估隧道开挖工法及支护结构设计，评估隧道下一步施工可行性，必要时需要对隧道采取加固补强措施。总之，拱顶沉降值直接影响隧道结构设计及隧道施工安全，影响类似地层工法选择及工程造价。

2、浅埋暗挖隧道拱顶沉降与地表沉降关系

地面沉降可以通过地面观测点，进行直接测量，简单且操作性强。而传统的隧道拱顶沉降监测点布设，无法对隧道开挖至初期支护完成这段时间内的沉降值进行监测，导致施工监测隧道洞内沉降普遍比地表沉降小。

经研究，城市浅埋隧道地表沉降与洞内拱顶收敛存在以下关系：位于地下水位以上粉质粘土层的隧道，拱顶沉降大于地表沉降；黏土与砂土互层的土层中，当开挖过程有少量渗水时，地表沉降与拱顶沉降相差较小；透水性较好的砂层，辅以降水措施开挖的隧道拱顶沉降比地表沉降要小。

从以上研究可以看出，现场实际测量揭示的地表沉降与洞内拱顶沉降大小关系，与传统测点布设监测结果是不相符的。所以浅埋暗挖隧道洞内拱顶沉降测点埋深需要改进提高。

3、隧道拱顶沉降传统监测点布设方法及特点

隧道开挖完成后，在隧道中心线拱顶格栅处焊接钢筋吊钩，初期支护喷射混凝凝土完成后，开始对拱顶沉降进行监测。

隧道开挖至初期支护完成这段时间内的沉降值，采用传统的测点布设方法无法测量。从而出现粉质粘土层中浅埋暗挖隧道拱顶沉降较小甚至没有沉降的现象。对于隧道拱顶上方有重要管线的地段，这种误差会大大增加工程风险。施工现场，往往会出现隧道拱顶上方管线在初支形成后（开挖时没有渗漏）出现渗漏水，但此时拱顶沉降几乎为零的情况。实际上就是由于上述未能考虑到的隧道拱顶沉降对管线造成的可能伤害。

4、隧道拱顶沉降优化后监测点布设方法

4.1、监测点布置方案

结合城市浅埋暗挖隧道的埋深小的特点，对传统监测点布设方法进行调整：通过地面引孔方式，在隧道前方未开挖土层中埋设沉降观测点，通过地面高程（G1）及测点埋置深度（H1），计算出测点处高程（G2）,待隧道开挖至测点位置处通过洞内测量得出测点高程（G3），则△G= G2- G3即为隧道开挖至隧道初期支护架设前拱顶沉降值。具体方案如下：

1）、地面引孔前需要地下管线进行排查，确保引孔安全后，采用钻机在地面垂直向隧道拱顶位置进行钻孔。

2）、钢筋计制作：将2m长Φ18mm钢筋一端制作成圆环，另外一端与2mm铁丝相连，再通过铁丝将钢筋悬吊至引孔预定深度，为了确保钢筋垂直度，圆环端距离孔底宜预留50cm空间。

3）、通过地面对钢筋计四周注水泥浆，并对钢筋计高程进行修正，通过地面高程（G1）及测点埋置深度（H1），计算出测点处高程（G2）。

4）、然后向孔内灌砂，灌砂高度控制在2m左右，砂层顶面至地面采用与黏土进行回填，回填须密实，防水雨下渗。

5）、隧道开挖至此处，对本测点进行第一次高程测量（G3），通过△G=G2-G3算出初期支护前隧道拱顶沉降值。△G就是传统在钢筋格栅上预埋测点，无法测出的沉降值。

4.2、测点布置要求及注意事项

通过对调整后测点布设步骤介绍，测点布设时，需注意以下几个问题：

1）、地面引孔时，需要严格控制孔的垂直度。垂直度控制主要通过埋设在地面的导向管调整，并且导向管兼做孔口高程（地面高程G1）测量基点，所以导向管埋设精度需要满足测量精度要求。在引孔未回填前，需对孔做好保护（防止灌水及重型车辆碾压）。

2）、钢筋计端头高程计算需要进行修正。钢筋计制作完成后通过悬吊，测出在自重下的伸长值L1与钢筋计理论长度L0之差，即为钢筋计长度误差（记为△1）。同时，为了减少温度变化对钢筋计长度影响，尽量控制钢筋计制作时与安装时温差。

3）、钢筋及就位后，需要严格控制注浆速度、注浆压力，尽量减少对钢筋计垂度的影响。待浆液凝固后，在地面对连接钢筋计的铁丝拉紧，检查由于注浆原因引起的长度误差（记为△2）。

4）、为了减少回填孔对钢筋计的影响，钢筋计顶面以上2m范围内采用细中砂回填。控制回填速度，确保砂土在自重作用下达到自然填满。

5）、细中砂顶面至地面段引孔内回填粉质粘土，地面下2.5m范围内加大回填土的压实效果，确保无渗水路径。

6）、后期隧道开挖临近测点时及初期支护格栅架设时，须避免对测点碰撞，做好保护。

4.3、测点布置优点及不足

与传统测点相比，可以通过测量隧道开挖后至初支支护形成前（初支形成后监测与传统测点监测相同），这段任意时间内的钢筋计高程G3，计算出沉降值△G。具有较高的科研价值，对同类型地层沉降分析具有参考性，对隧道上方有重要管线（埋深较深的管线）采取提前保护措施提供数据支撑，对地面沉降与拱顶沉降分析及预测提供数据支持。

与传统测点相比，优化后的测点布设相对比较复杂，成本相对较高。由于受地面及隧道开挖的影响，对测点保护需要特别注意。

5、优化测点方案案例分析

通过对哈尔滨地铁3号线岗阜状平原（粉质粘土地层）某浅埋暗挖隧道（位于地下水位以上）拱顶沉降5个试验监测点进行监测，其结果如下：

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由表格可以看出：浅埋暗挖隧道沉降主要集中在初期支护完成前，且其沉降量占总沉降量比值较大。初期支护形成后，隧道拱顶沉降较小，随时间推移，后期初支拱顶趋于稳定，不再产生沉降。拱顶沉降略大于地面沉降值，与理论分析基本吻合。

6、结束语

通过对城市浅埋暗挖隧道拱顶沉降监测点布置的调整，通过现场实施反馈资料，基本上说明了隧道初期支护前洞内沉降占比较大，位于地下水位以上粉质粘土中的隧道其拱顶沉降大于地面沉降，与理论分析相吻合，与传统方法在初期支护格栅上埋设监测点的监测结果相反。对于隧道上方有深埋管线的地层，为了节约成本和降低工程风险，可考虑在管线左右合理位置布置测点，能有效预控管线对隧道安全施工的风险。