楊克軍

（溫州設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325000）

0　引言

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)展，市民對(duì)交通的順暢以及安全需求日趨提高。各類城市地鐵出口、地下道路出口、人行通道的建設(shè)如火如荼，而由于上述類型項(xiàng)目為新增需求，普遍規(guī)劃滯后，大多需要在已建道路下實(shí)施，為盡量降低造價(jià)、減少中斷交通時(shí)間，大多采用超淺埋暗挖施工，根據(jù)隧道分類規(guī)定：拱頂覆土厚度（H）與結(jié)構(gòu)跨度（D）之比，即覆跨比不大于0.6時(shí)為超淺埋[1]。而正是由于采用超淺埋暗挖技術(shù)施工而且又是在城市地下工程周圍環(huán)境復(fù)雜的情況下實(shí)施，故對(duì)項(xiàng)目實(shí)施的信息化施工及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

1　工程概況

某沿海地區(qū)地下人行通道橫穿城市道路，道路寬度為30 m，通道呈工字形布置，主通道結(jié)構(gòu)寬度7.5 m，通道頂覆土厚度為3.25 m，覆跨比為0.433。通道上方分布有電力、電信、綜合、路燈、雨水、給水、污水、燃?xì)獾仁姓芫€，其中雨水Φ900（混凝土）、給水 DN600（鑄鐵）、污水 Φ900（混凝土）為該項(xiàng)目的控制管線。

2　信息化施工

由于本工程位于城市中心商區(qū)，暗挖通道穿越城市道路，周邊高樓林立，商業(yè)發(fā)達(dá)，交通繁忙，地下有煤氣、雨水、污水、電力等重要市政主干管路，環(huán)境條件十分復(fù)雜，如何有效控制通道施工對(duì)周邊建筑物、地下管線、既有交通道路的影響是基本要求；同時(shí)作為在濱海相沉積的“四高兩低”的淤泥地層運(yùn)用超淺埋暗挖工法，存在著較大的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)性。信息化施工的技術(shù)控制成為了該項(xiàng)目順利實(shí)施的重中之重。本項(xiàng)目的信息化施工首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步選定設(shè)計(jì)參數(shù)，在施工過(guò)程中通過(guò)監(jiān)測(cè)地下工程結(jié)構(gòu)受力與變形等數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、信息反饋，以判斷地下工程穩(wěn)定性及支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)圍巖的加固效果以及施工進(jìn)尺速度合理性，并據(jù)以修正結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)，調(diào)整施工速度，進(jìn)而安全可靠的完成施工。信息化施工是一個(gè)全程、動(dòng)態(tài)、不斷完善的過(guò)程，起著“安全監(jiān)控、設(shè)計(jì)反饋、指導(dǎo)施工”等一系列重要作用。

3　監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

3.1　地表變形控制指標(biāo)

本工程以主要保證地層及支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定角度出發(fā)，即從保證施工安全角度，以暗挖通道上方土體不發(fā)生坍塌，不影響上方道路路面安全時(shí)允許產(chǎn)生的最大地表沉降值作為控制基準(zhǔn)。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)地表變形控制標(biāo)準(zhǔn)定為+10 mm、-30 mm。結(jié)合Peck公式預(yù)測(cè)地面沉降，按照地層損失率1.1%控制，調(diào)整為+10 mm、-50 mm來(lái)控制。

3.2　地下管線變形指標(biāo)

過(guò)量的地面沉降會(huì)導(dǎo)致管線的斷裂，影響其正常使用甚至引起災(zāi)難性事故，后果極其嚴(yán)重。由于各種管線對(duì)沉降影響的敏感性和耐受力因其材質(zhì)、連接方式、接口材料、變形的允許指標(biāo)及施工質(zhì)量、使用年限不同而有較大的差異。具體控制指標(biāo)參考相關(guān)資料，見(jiàn)表1。

表1　各種常用管線材料的允許沉降值

3.3　建筑物沉降控制指標(biāo)

沉降對(duì)地面建筑的危害主要表現(xiàn)在地面的不均勻沉降引發(fā)的建筑物傾斜（或局部?jī)A斜）。具體參照《建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范》中對(duì)各類建筑的允許傾斜值相關(guān)規(guī)定。

3.4　通道受力及變形控制指標(biāo)

超淺埋暗挖法施工中，洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)可以分為:凈空收斂值（拱頂下沉、周邊位移）和結(jié)構(gòu)受力（鋼架鋼筋應(yīng)力、圍巖壓力）。

（1）結(jié)構(gòu)周邊位移值控制指標(biāo)

通道變形一般根據(jù)地質(zhì)條件，環(huán)境要求和施工情況并結(jié)合有關(guān)規(guī)范規(guī)定共同確定。本工程暗挖通道埋深為3.25 m，跨度平均為7.5 m，圍巖類別主要為Ⅴ類，初支結(jié)構(gòu)允許相對(duì)位移按0.20%～0.8%計(jì)算,即15.0～60 mm，設(shè)計(jì)預(yù)留量變形為50 mm，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的地質(zhì)條件以及參考北京、廣州等地鐵工程的施工經(jīng)驗(yàn)，將通道拱頂下沉控制指標(biāo)確定為50 mm、兩側(cè)邊墻水平收斂控制指標(biāo)確定為50 mm。

（2）通道結(jié)構(gòu)受力控制指標(biāo)

結(jié)構(gòu)受力控制指標(biāo)主要包括：圍巖和初支之間接觸壓力，初期支護(hù)鋼筋應(yīng)力。

a.鋼筋應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，施工中拱架主筋采用直徑為Φ25 mm的Ⅱ級(jí)熱軋螺紋鋼筋，其抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為f=300 kPa,即為鋼筋應(yīng)力的控制標(biāo)準(zhǔn)。

b.圍巖和初期支護(hù)之間壓力估算

因本通道上覆圍巖很薄，屬于超淺埋暗挖隧道，除考慮上覆土柱自重應(yīng)力外，還應(yīng)考慮水壓力和外荷載（例如汽車、地震荷載等），此外還應(yīng)考慮一定的安全系數(shù)，因此，結(jié)構(gòu)的承載能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上覆土柱土壓力，考慮一部分安全儲(chǔ)備，則結(jié)構(gòu)實(shí)際按照能夠承受的垂直壓力應(yīng)為0.19 MPa,水平壓力為0.16 MPa來(lái)作為控制指標(biāo)。

表2　監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目表

3.5　監(jiān)控量測(cè)內(nèi)容

從考慮工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及施工對(duì)周邊環(huán)境影響出發(fā)，本工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目可以分為三類：第一類是支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè)；第二類是支護(hù)結(jié)構(gòu)與周圍地層相互作用監(jiān)測(cè)；第三類是與結(jié)構(gòu)相鄰的周邊環(huán)境的安全監(jiān)測(cè)。主要有：地表沉降、建筑物下沉、凈空收斂、土層壓力、初支內(nèi)力等，見(jiàn)表2。其中地表沉降、凈空收斂等項(xiàng)目監(jiān)測(cè)直接易行，作為主要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

4　數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)取得地面沉降、圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、周邊建構(gòu)筑物及管線變形等信息，通過(guò)對(duì)這些信息進(jìn)行處理和分析：將監(jiān)測(cè)結(jié)果以及通過(guò)計(jì)算求得的監(jiān)測(cè)間隔時(shí)間、累計(jì)監(jiān)測(cè)時(shí)間、監(jiān)測(cè)位移值、累計(jì)位移值、當(dāng)時(shí)位移速率、平均位移速率等列成表格，并繪制相應(yīng)的與時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系的位移—時(shí)間曲線圖；必要時(shí)應(yīng)用數(shù)學(xué)方法對(duì)監(jiān)測(cè)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，找出位移隨時(shí)間變化的規(guī)律。從而為信息反饋提供基礎(chǔ)資料。以通道施工期間對(duì)地表沉降觀測(cè)為例，圖1為通道某點(diǎn)在通道施工過(guò)程中的沉降數(shù)據(jù)。

圖1　通道某點(diǎn)沉降歷時(shí)曲線

通過(guò)上述沉降數(shù)據(jù)，經(jīng)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，暗挖通道1、2、3分部開(kāi)挖通過(guò)監(jiān)測(cè)斷面時(shí)，地表沉降較大，4、5、6分部通過(guò)監(jiān)測(cè)斷面時(shí)，地表沉降較小，產(chǎn)生這樣現(xiàn)象主要是因?yàn)椋喊低谡礊槌瑴\埋結(jié)構(gòu)，上部開(kāi)挖成型到初支完成需經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，出現(xiàn)卸載應(yīng)力重分布，引起地表較大變形；而下部開(kāi)挖通過(guò)時(shí)由于上部臨時(shí)仰拱的原因，同時(shí)上部初支已封閉，故產(chǎn)生較上部小的變形。

5　信息反饋

根據(jù)周邊影響物、通道受力及變形等相關(guān)數(shù)據(jù)分析，依據(jù)以下原則進(jìn)行預(yù)測(cè)，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)、施工方案，以確保項(xiàng)目實(shí)施的安全性和經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)變形數(shù)值和速率較小時(shí)，減少施工程序，加快施工進(jìn)度，降低工程造價(jià)；變形數(shù)值較大時(shí)，則增加必要的輔助措施，以保持變形值及速率基本正常。

（1）根據(jù)位移—時(shí)間曲線，找出不同時(shí)間的位移值和位移發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)測(cè)判斷可能出現(xiàn)的最大位移值，進(jìn)而判斷結(jié)構(gòu)及建筑物、管線的安全性。同時(shí)對(duì)位移速率進(jìn)行分析，判斷地層與支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠性。

（2）當(dāng)位移—時(shí)間曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)，即位移出現(xiàn)反常的急劇增長(zhǎng)現(xiàn)象，表明支護(hù)體系已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)加密監(jiān)視，并適當(dāng)加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)立即停止開(kāi)挖并進(jìn)行施工處理。

（3）測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)變形量或用回歸分析推算的最終變形量均應(yīng)小于允許變形量。當(dāng)位移變形速率無(wú)明顯下降，而此時(shí)實(shí)測(cè)變形量已接近允許變形量，或支護(hù)混凝土表面已出現(xiàn)明顯裂縫時(shí)，必須立即采取補(bǔ)強(qiáng)措施，并改變施工方法或施工參數(shù)。

（4）變形速率趨于零，同時(shí)支護(hù)內(nèi)力及地層土壓力變化也趨于穩(wěn)定時(shí)，可根據(jù)這兩個(gè)資料判斷結(jié)構(gòu)已處于最終穩(wěn)定狀態(tài)。

6　結(jié)語(yǔ)

信息化施工技術(shù)是超淺埋暗挖技術(shù)實(shí)施的基礎(chǔ)，是在整個(gè)實(shí)施過(guò)程中，地面沉降、建筑物沉降、管線沉降等環(huán)境控制指標(biāo)及通道受力、變形等結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)都嚴(yán)格限定在允許范圍之內(nèi)，周圍環(huán)境得到了嚴(yán)格保護(hù)的必要措施和保障。通過(guò)信息化施工可以在實(shí)施過(guò)程中對(duì)通道施工對(duì)其周邊環(huán)境的影響，對(duì)地表沉降、周邊建構(gòu)筑物、管線變線、支護(hù)及圍巖受力和變形等項(xiàng)目進(jìn)行全程的監(jiān)測(cè)，并通過(guò)監(jiān)測(cè)及信息反饋優(yōu)化了設(shè)計(jì)和施工參數(shù)，制訂出環(huán)境保護(hù)措施，確保了施工安全高效進(jìn)行。