城市山岭隧道浅埋偏压段沉降监测与治理

摘 要：本文以深圳市龙澜大道北延段工程山岭隧道段为背景，该隧道施工中局部受浅埋、偏压以及软弱围岩等不利影响，如果处理不当，就容易引起隧道塌方冒顶、结构变形等病害，对施工人员及机械的安全造成威胁。本文通过隧道沉降、收敛监测，采用超前支护、地表注浆以及合理优化施工工序等辅助施工措施以增强安全性。研究表明，在大断面浅埋偏压隧道中，双侧壁导坑法更优越，同时通过采取地表注浆、合理安排施工步序等辅助措施，可严格控制隧道拱顶沉降与净空收敛，以消除浅埋、偏压造成的不利影响，为类似工程地质条件下的隧道进洞施工提供借鉴。

关键词：浅埋偏压；双侧壁导坑；监控量测；偏压处理

中图分类号：U 416 " " " " " " " 文献标志码：A

在城市山岭隧道开挖施工中，特别是在深圳沿海复杂地质的条件下，强风化砂岩地区浅埋偏压会对隧道结构的稳定性造成不利影响。围岩开凿时的应力释放、拱顶垂直位移、隧道净空收敛等都会表现出显著的非对称性变化。如果监控量测工作不细致，偏压处理方法不当，偏压隧道的围岩变形幅度比一般隧道大，就会影响隧道的初期支护及二次衬砌的质量和安全。结合广东深圳市龙澜大道北延段一段双幅四车道分离式隧道，通过对该工程施工监控量测资料分析，研究浅埋、偏压对隧道的影响及主要处置措施。通过选取其隧道左线出口端洞口处作为典型断面，进行拱顶沉降及净空收敛监控，历时6个月，提出适合该隧道施工的施工方法与安全措施，得出的结论对于类似的项目可以起到参考作用。

1 现场监控量测

1.1 工程背景

章阁隧道为明挖下沉式+暗挖，隧道全长890m（双线平均），隧道左线含山岭暗挖段369m，右线含山岭暗挖段329m。暗挖段最大埋深37m，最小埋深2m，地层为强风化泥质粉砂岩，该隧道工程特点为Ⅴ级围岩、浅埋、偏压以及小净距。拱形暗挖隧道开挖断面尺寸：四车道开挖断面面积284.6㎡，宽度23.43m，采用双侧壁导坑法开挖，分9个导洞。隧道暗洞衬砌全部采用新奥法原理施工，支护体系结构全部采用复合式衬砌[1]，即锚杆、钢拱架、喷射混凝土作为初期支护，采用模筑混凝土或钢筋混凝土进行二次衬砌，土工布和防水板敷设于二次衬砌之间；此外，采取超前支护等辅助施工措施，对洞口段和浅埋、偏压、围岩较破碎的断层破碎带等进行加固，保障其安全。

1.2 监控断面的布设

1.2.1 测点布置原则

沿隧道纵向每5m一个断面。

1.2.2 测点的制作

测点由基座和反射膜片组成，基座由5cm钢板及ø22mm长30cm的钢筋焊接而成。

1.2.3 监测仪器

徕卡TZ08全站仪，反射片。

1.2.4 监测实施

1.2.4.1 测点埋设

根据设计图纸要求，当初支拱顶测点埋设时，应在掌子面开挖出碴完毕后，当拱架架立时，将预埋件焊接至拱顶，待该环砼喷射完毕牢固后，将预埋件上砼清除干净后，即可进行量测。初期支护结构拱顶沉降点与地表沉降点应互相对应，以便进行对比。埋设示意图如图1所示。

1.2.4.2 量测方法

初期支护结构拱顶沉降采用全站仪三角高程法测量其绝对高程，净空收敛监测通过全站仪测量每对测线2个测点间的距离，均与初始值对比，计算隧道初支结构变形情况。

1.2.4.3 数据处理与分析

量测后应绘制位移—历时曲线，当变化速率发生突变时，应立即对各种量测信息进行综合分析，判断施工中出现的问题，并及时采取保障施工安全的对策。

1.3 量测数据分析

1.3.1 拱顶沉降数据分析

2023年2月25日监测工作开始，此时，洞口只进行1号导洞上台阶开挖。2023年9月3日，实测监测断面拱顶沉降随时间变化关系如图2所示，反映了隧道拱顶围岩在隧道初期支护施工前后发生变形的特点。图2显示，各区段各测点均出现了连续、稳定的沉降发展态势。观测期间，测点差异沉降累计量最大值约-19.60mm，各断面拱顶最大沉降速率及其对应日期见表1。

1.3.2 净空收敛数据分析

图3是各断面的周边收敛曲线。各断面内各测点总体呈现收敛持续稳定发展的趋势。观测期内，测点的差异收敛最大值为+18.02mm[1]；其中，5号导洞各净空收敛监测点累计变化量均在控制值范围内。各断面最大净空收敛变化及其对应日期见表2。

2 偏压处理

2.1 处理原则

本隧道跨度大，左右洞净距小，且洞口段有较大偏压，在施工小净距偏压段的过程中，为防止坡脚掏空而导致内侧结构的失稳变形，应将山体外侧（即埋深浅的一侧）隧道作为先行洞，山体内侧隧道（即埋深大的一侧）隧道作为后行洞。受净距较小限制，左右洞明暗交接面设置在同一位置，因此右洞仰坡较高，为保证边仰坡及暗洞洞口段的稳定性，应待地表注浆加固完成后，隧道出口段方可进行洞口明洞及暗洞施工，且应先施工明洞，在明洞结构和洞顶回填施工完成后，再进行暗洞施工。

同时采取如下强化支护措施： 1）对围岩进行注浆加固，尤其是对靠山一侧的岩壁进行注浆加固，通过浆液固结，在偏压作用下形成能够减少侧移的整体受力结构，并通过管棚注浆，当向前掘进时防止地表坍塌。2）严格控制装药量，减少爆破开挖时对围岩造成的扰动。3）对拱脚基础进行加固，防止隧道墙壁因基底下沉而拉裂。4）反压抗力，包括增加二次衬砌厚度和采取回填隧道弃碴反压洞外坡面等。

2.2 地表注浆

地表注浆导管尾部至开挖轮廓线距离为50cm，注装管间距1.5m×1.5m，“梅花”形布置，注浆采用水泥浆体，水灰比1∶1，注浆压力0.5MPa～1.0MPa。

2.3 进洞顺序

2.3.1 四车道初支施工步序

四车道初支施工步序如下：1）施作洞室1（靠山体外侧）超前小导管，注浆加固地层。开挖洞室1土体，施作拱部支护及临时中隔壁、临时仰拱[2]，采用锁脚锚杆加固墙脚。2）1号洞室超前4号洞室2～3m，施作4号洞室超前小导管，注浆加固地层，开挖洞室4土体，施作拱部支护及临时中隔壁、临时仰拱，采用锁脚锚杆加固墙脚。3）1号洞室超前2号洞室3～5m，施作边墙、临时仰拱及临时中隔壁，采用锁脚锚杆加固墙脚。4）4号洞室超前5号洞室3～5m，施作边墙、临时仰拱及临时中隔壁，采用锁脚锚杆加固墙脚。5）2号洞室超前3号洞室3～5m，施作边墙、仰拱支护及临时中隔壁，采用锁脚锚杆加固墙脚。6）5号洞室超前6号洞室3～5m，施作边墙、仰拱支护及临时中隔壁，采用锁脚锚杆加固墙脚。7）6号洞室前进20～30m后，施作洞室7超前小导管，注浆加固地层。弧形导坑开挖7部土体，施作拱部支护、临时仰拱。8）7号洞室超前8号洞室3～5m，开挖8部土体，施作临时仰拱。9）8号洞室超前9号洞室3～5m，开挖9部土体，施做仰拱初支，封闭成环。施工步序如图4所示。

2.3.2 四车道安全步距要求

四车道隧道开挖初期支护应边开挖边支护，二次衬砌应根据监控量测结果综合分析[3]，掌子面与二衬的距离≤70m，适时施做，采用上下台阶开挖本类型时，外侧导洞上台阶长度至掌子面5m内，二衬距离下台阶20m内，后行洞掌子面距离先行洞二衬20m以上。对于存在偏压的隧道洞口段，应将山体外侧的隧道作为先行洞，山体内侧隧道作为后行洞。

2.4 加强监控量测

监控量测是保障施工安全、指导各工序施作时间、合理调整结构支护参数的重要依据，在施工中应予以重视。根据新奥法原理对山岭拱形暗挖隧道组织施工，加强监控量测工作，根据量测信息指导施工，及时反馈信息以修正设计，并采取应急措施。在施工中的必测项目如下：洞内、外观察，周边位移，拱顶下沉，地表下沉。量测数据应及时整理分析，并及时预报变位状况，以便修改设计，或制定加强措施，防止坍塌[4]。另外，应特别加强对中间岩柱状态的监控，采取工程措施，防止两隧道中间岩柱失稳是超小净距平行隧道成功的关键。对中间岩柱采用超前预注浆和加长低预应力中空注浆锚杆的两次加固思路，以控制中壁围岩塑性区发展，保障施工安全。

3 结语

工程实践证明，针对山岭隧道洞身段的浅埋偏压问题，特别是在深圳沿海复杂地质条件下，通过采用地表注浆加固、围岩注浆加固和施工开挖步序优化调整等方法，进一步提高隧道抗偏压能力，减少偏压影响，防止隧道开挖时冒顶、坍塌，对隧道施工安全有较大作用。同时通过加强监控量测可有效监测偏压浅埋对隧道拱顶沉降及净空收敛带来的不利影响。

参考文献

[1]叶施虎.浅埋偏压软弱围岩隧道施工监测分析与处理[J].上海国土资源，2012，33（1）：83-86.

[2]潘润瑞.浅谈砂砾地层下城市地铁浅埋暗挖施工方法[J].中国高新技术企业，2017（6）：108-110.

[3]罗毅.复杂条件下软弱破碎带围岩稳定性控制技术研究[D].贵阳：贵州大学，2023.

[4]曾繁雄，宋颖章.高速公路隧道穿越溶洞处理方案及注意事项[J].云南水力发电，2022，38（7）：3.