复杂条件下浅埋暗挖隧道变形监测与控制

龚洪祥，陈 成

(南京地铁建设有限责任公司，江苏 南京 210037)

0 引言

随着社会经济的发展和长三角一体化的建设需要，轨道交通施工进入了高质量发展的时期，而城市地铁作为轨道交通建设的重要一环，其出入口过街通道的建设面临越来越复杂的外部环境。浅埋暗挖法施工因其对交通影响小、占地少、环境影响小成为常用的出入口过街通道施工方法，但又因其埋深浅、交通动荷载大和周边管线复杂，施工过程中的隧道和管线变形控制尤为关键，因此必须根据现场监测的数据动态反映地面沉降和洞内拱顶、收敛变形，以此来修正设计参数和施工工序，才能保证暗挖通道施工的安全顺利实施[1]。

本文以南京地铁1号线北延工程二桥公园站2号出入口暗挖通道为例，详细分析了较大交通荷载下浅埋CRD法施工对周边管线的影响[2]，并通过地表沉降、管线沉降、拱顶位移等监测分析，为今后类似工况下的地铁暗挖通道施工提供了借鉴和参考。

1 工程概况

南京地铁1号线北延工程二桥公园站位于栖霞区规划庐山东路与规划华山路之间，太新路东侧地块内，沿太新路南北向布置(见图1)。2号出入口自主体车站-1层(21轴～23轴)横跨太新路西侧平地处出地面，主通道位于太新路下方，出地面段位于笆斗山北侧空地，跨太新路段(约38.5 m)采用暗挖法施工，出地面爬升段(约30.7 m)采用明挖法施工。

2号出入口暗挖通道标准段宽6.2 m(人防段宽为7.7 m)，高为5.45 m，单层矩形框架结构，覆土深度为3.75 m～6.33 m，结构主要穿越土层为①-2b2-3素填土、②-1b2粉质黏土、③-2b2粉质黏土、③-3b1-2粉质黏土。拱顶主要位于素填土中，底板主要位于③-2b2粉质黏土层上，底板埋深9.75 m～12.3 m。暗挖通道穿越给水管、燃气管、污水管、通信管线，且管线距离结构较近,太新路重载车辆通行较多，动荷载较大；临近笆斗山坡度为28%，坡脚距隧道洞门水平距离为6.5 m。2号出入口暗挖通道周边管线参数见表1，2号入口暗挖段地质剖面图见图2，结构与管线平面位置图见图3。

表1 2号出入口暗挖通道周边管线参数

2 CRD施工控制及监测方案

2.1 CRD施工工艺简述

2号出入口暗挖通道先采用大管棚进行加固，再采用CRD法施工，分4个洞室进行施工，各洞室均采用预留核心土法开挖，台阶长度3 m～5 m，每个洞室掌子面错开至少12 m。①,③洞室分别开挖至19 m及27 m位置，分两次对前方进行帷幕注浆施工，加固范围为初期支护上半断面外轮廓边线2 m范围内，注浆结束后，在注浆强度达到设计值后再继续进行开挖(见图4)。

初期支护施工完成后，先分段施工底板衬砌结构，再根据监测情况分段拆除临时仰拱，再破除中隔墙顶部混凝土、割除顶部工字钢，施工侧墙及拱部二次衬砌，二次衬砌全部施工完成后再进行剩余中隔壁工字钢支撑拆除，如图4，图5所示。

2号出入口暗挖通道结构上方有载重货车通行及给水管线、燃气管线、通信管线，结构下方有污水管线，结构侧穿污水管线工作井。施工过程中保证暗挖结构稳定，控制地层变形，确保地下管线安全是施工重点[3]。

2.2 工程风险控制重点

1)在初期支护施工过程中应遵循浅埋暗挖法“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的基本原则，施工组织计划和施工工序，必须严格遵守“先排管，后注浆，再开挖，注浆一段，开挖一段，支护一段，封闭一段”的工艺进行，保证初期支护的结构安全。

2)详细调查地下管线材质、接头类型、埋深、基础形式等，事先进行评估、备案。必要时请专门机构主持，制定变形控制管理标准；立足于信息化施工，监测地层变形及管线变化，建立地层变形与分步开挖的相应关系，采取针对性措施加以控制。

3)进行工况分析，研究施工顺序、分块划分、施工步距对地层变形的影响，全过程进行信息化管理，加强过程监测，实施动态化施工。

4)建立以“防坍、限沉”为核心的技术控制原则。“防坍”一方面杜绝坍方事故发生，另一方面务必把可能存在的坍方隐患降至最低；“限沉”一方面控制地面沉降、把工程施工引起的地表沉降控制在规定范围之内；另一方面针对不同的环境特征建立不同的沉降控制标准，并在施工中严格执行。

5)除采用正常暗挖施工程序中列明的技术措施外，还要根据具体信息反映情况，做好针对性预备措施：针对上方的重要管线，主要采用密排小导管超前支护并注浆加固地层；加强对地下管线监测，跟踪补偿注浆补偿土层失水固结以及洞内环向注浆补偿土体变位等措施。

6)将回填、填充注浆作为暗挖施工必需工序，加以控制，施工过程及时采用水泥砂浆进行初支背后回填注浆，衬砌背后回填砂浆做到及时、饱满充填。

2.3 监测方案

暗挖过街通道穿越的太新路为连接燕子矶新城和南京经济开发区的主干道，具有车流量大，重载货车多等特点。暗挖过街通道施工过程中需要做好两类主要风险的控制：1)在重载货车通行的条件下，控制好开挖过程中地面的沉降；2)控制好暗挖通道下导洞开挖过程中，土体卸载对既有污水管的变形影响。因此，根据工程的地质条件、CRD法施工工序和周边环境的特点，分别对洞内施工和洞外环境进行了变形监测。监测点布置见图6。

3 监测结果分析

3.1 地表沉降监测分析

地表沉降监测自3月16日开始，历时6个月，一共监测38个点位，各点位均未超过最大变形限值(±30 mm)，其中停测时累计最大变形点位为DB4-4，最大沉降量为7.4 mm。根据车辆行驶上下行及暗挖通道与道路位置关系，选取暗挖通道中线4个、边线8个地表沉降点进行重点分析[4]。

从图7可以得知，隧道中线地表沉降量随着初期支护的完成基本处于稳定状态，且沉降较大的断面位于慢车道位置，主要是由于该断面覆土最浅，且上方有燃气管线。从图8可以得知隧道边线沉降较大的主要集中在临近污水管工作井一侧，同时集中在下坡段一侧，这与通过车辆的荷载传递方向是一致的。

3.2 地下管线监测分析

地下管线地表沉降监测自3月17日开始，历时6个月，一共监测19个点位，各点位均未超过最大变形限值(±20 mm)，其中停测时累计最大变形点位为GXC1-4，最大沉降量为7.4 mm，此点位与地表沉降点位DB4-4共点。选取燃气管线、污水管临近暗挖通道开挖断面及污水管工作井共9个点进行重点分析，发现埋深0.5 m的燃气管线、污水工作井周边沉降敏感度较高，但都在控制值以内。由图9可知浅埋暗挖通道的开挖对上部燃气管和外侧污水工作井有明显的扰动，同时也充分证明了CRD法有效的控制和减小了管线的变形。

3.3 拱顶竖向位移监测分析

拱顶竖向位移监测自3月24日开始，历时5个月，一共监测8个点位，各点位均未超过最大变形限值(±30 mm)，其中停测时累计最大变形点位为GD01，隆起6.5 mm，停测时累计最大沉降点位为GD08，累计沉降量为4.9 mm。由图10可知洞内拱顶沉降数据充分说明CRD法初期支护措施十分到位，有效控制了上覆土的沉降和交通动载荷的影响。

3.4 隧道收敛监测分析

地表沉降监测自3月24日开始，历时5个月，一共监测29个点位，由图11得知，各点位均未超过最大变形限值(±20 mm)，其中停测时累计最大变形点位为DS01，累计收敛量为3.9 mm，说明CRD法施工有效的减小了暗挖通道的收敛变形，同时大管棚和超前小导管措施有效的增强了土体的自稳性，格栅钢架的间距布设合理、施作及时。

4 结论

1)暗挖通道的结构变形与交通动荷载有着直接关系，通过地表沉降数值的变化，直观的反映隧道上覆土沉降量随路面动荷载的传递方向而逐渐增大，而通过路面铺设钢板和洞内加固措施可以有效的减弱[5]。

2)CRD预留核心土分步开挖法，有效的减少了通道底部浅埋污水管卸载变形的风险，通过大管棚加固和超前小导管注浆减弱了拱顶沉降，保障了暗挖通道的安全开挖[6]。

3)及时进行初支封闭成环和尽快施作仰拱是控制暗挖通道收敛变形、污水管变形引起渗漏的有效途径，CRD法分四步开挖有效的降低了污水管洞内覆土卸载风险。