趙 軍

（華設設計集團股份有限公司，江蘇南京 210014）

1 引言

隨著國民經濟的快速增長，城市軌道交通已成為人們日常出行的重要交通工具，其周邊環(huán)境復雜，建設難度大，并且要求不影響地面及周邊建筑物的安全。為此，城市軌道交通建設運營過程中需要做好全方位的安全監(jiān)測工作?；诖?，城市軌道交通監(jiān)測技術和方法也在不斷發(fā)展、創(chuàng)新，旨在通過不同手段及時獲取有效、可靠的監(jiān)測數據，為城市軌道交通的安全建設和運營保駕護航。李新文等[1]分析驗證了三維激光掃描技術在隧道收斂監(jiān)測中的精度與可靠性；陳偉等[2]對隧道自動化變形監(jiān)測技術進行了研究；唐民[3]對大斷面黃土隧道變形規(guī)律及預留變形量進行了研究；田洪雷[4]利用三角高程測量對隧道拱頂進行監(jiān)測。本文以某城市軌道交通礦山法過海隧道為背景，對其下穿不同地層時圍巖變形規(guī)律進行試驗分析。

2 工程概況

某城市軌道交通3號線某區(qū)間穿越海底隧道，區(qū)間結構最小覆土12.5?m，最大覆土40?m。區(qū)間右線全長 4??908.717??m，其中土壓平衡盾構段長 869.858??m，礦 山 法 施 工 段 長 2??596.531??m， 泥 水 平 衡 盾 構 段 長1??421.928??m；左線全長 4??918.809??m，其中土壓平衡盾構段長 871.019??m，礦山法施工段長 2??610.172??m，泥水平衡盾構段長 1??417.218??m。礦山法隧道結構為復合式襯砌結構，采用拱形斷面，設置仰拱，隧洞寬度6.0?m（不計襯砌寬度）。礦山法段區(qū)間線路情況如圖1所示。

圖1 礦山法段線路情況示意圖

勘察資料顯示，海域段發(fā)育有高角度破碎或節(jié)理裂隙密集帶。由于節(jié)理裂隙的導水作用，加劇了節(jié)理裂隙密集帶及其附近巖體的風化作用，形成風化深槽。物探揭示有F1、F2、F3、F4、f1、f2、f3、f4等8個風化深槽，其中f1、f2、f3、f4風化深槽與線位大角度相交，風化深槽內發(fā)育花崗閃長巖全強風化帶。

場區(qū)地表水主要為海水。根據地下水含水層所處平面位置及性質，場區(qū)地下水可分為陸域地下水和海域地下水2段。分布于陸域范圍內地層中的地下水，據其賦存形式分為松散巖類孔隙水、風化殘積孔隙裂隙水、基巖裂隙水3種。海域地下水據其賦存形式分為松散巖類孔隙水、風化殘積孔隙裂隙水及基巖裂隙水3種。

風化槽段施工方法主要采用上中下三臺階預留核心土法，本文以礦山法始發(fā)段區(qū)域的F4風化槽段及非風化槽段的隧道初期支護結構為對象，進行監(jiān)測數據分析。

3 隧道初期支護結構變形監(jiān)測分析

3.1 監(jiān)測項目及測點布設

礦山法隧道初期支護結構監(jiān)測項目包括拱頂沉降和凈空收斂2項，如圖2所示，在格柵鋼架立完和噴射混凝土后隨即進行測點布設。測點由鋼筋加工而成，埋入鋼筋采用Φ20??mm的螺紋鋼筋，采用沖擊電錘或風鉆鉆孔，用水泥或錨固劑與圍巖錨固穩(wěn)定。埋入鋼筋外端頭與Φ6??mm加工成的三角形鉤焊接，三角形框上焊接3??mm厚鋼板，在鋼板上粘貼反光片組成監(jiān)控量測點。

圖2 拱頂沉降及凈空收斂測點示意圖

隧道監(jiān)測斷面根據圍巖級別確定：Ⅴ級圍巖（風化槽段）5?m設置1個斷面，Ⅳ級圍巖段10?m設置1個斷面，Ⅲ級圍巖15?m設置1個斷面。監(jiān)測斷面及測點點布置示意圖如圖3所示。

圖3 監(jiān)測斷面及測點布置示意圖

3.2 監(jiān)測方法及控制指標

監(jiān)測方法采用全站儀自由設站非接觸監(jiān)控量測方法進行測量，在利用相對坐標系的基礎上，為提高

觀測精度，每個測點測3個測回，取3次測量平均值作為本次測值，將其與初始值或上次測值相比較，從而求算出每次凈空收斂和拱頂沉降的累計或本次變化量。

依據 GB?50911-2013《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》、區(qū)間施工設計圖紙等相關文件要求，各監(jiān)測項目控制值如表1所示。

表1 監(jiān)測控制值表

3.3 初期支護結構變形分析

3.3.1 風化槽段

以左線隧道為研究對象，對隧道開挖過程中F4風化槽段初期支護結構的拱頂沉降及凈空收斂變形情況進行分析。左線隧道凈空收斂變化曲線如圖4、圖5所示，左線隧道拱頂沉降變化曲線如圖6所示。

（1）從圖4、圖5可見，隨著隧道的開挖推進，初期支護變形隨之增大，各收斂點的變化趨勢基本一致，收斂值的大小各有差異。由于隧道處于F4風化深槽段地質段，圍巖強度和完整性較差，屬于破碎、散體狀強風化花崗閃長巖，所以各測點的累計變化量均超過了設計控制指標，其中圖5中測點LJKJ-6最大凈空收斂值達到了-139.42??mm，遠超控制值，但施工預留了200??mm的預變形量，因此仍可保證隧道凈空間距滿足設計要求。

圖5 左線隧道凈空收斂變化曲線（測點LJKJ-6~LJKJ-10）

（2）圖4中測點LJKJ-3曲線中可以明顯看出其突變情況：2017年11月7日累計凈空收斂變形為-7.85??mm，11月9日時達到-19.58??mm，11月10日突變?yōu)?38.3??mm，11月11日繼續(xù)增加至 -52.32??mm，4?天的變化量為 -44.47??mm，變化速率達到了-11.12 mm?/天，為此，采取相應的措施后，隧道凈空收斂變化量后期的發(fā)展趨于穩(wěn)定。

圖4 左線隧道凈空收斂變化曲線（測點LJKJ-1~LJK-5）

（3）從圖6可見，隨著隧道開挖，初期支護變形隨之增大。其中，測點LGDC-6最大拱頂沉降值達到了-77.22?mm，分析原因主要是：該處地層條件穩(wěn)定性較差，且初期支護仰拱未能及時封閉成環(huán)，上覆土層對支護結構產生的壓力較大，加之右線管棚加固施工，對左線也有一定的影響。

圖6 左線隧道拱頂沉降變化曲線（測點LGDC-1~ LGDC-6）

為此，需采取相應的應對措施，如及時停止開挖，按方案要求閉合初期支護仰拱，保留相應的安全步距，同時停止右線的管棚加固施工，直至各測點拱頂沉降值逐漸趨于穩(wěn)定。

3.3.2 非風化槽段

為進行對比分析，以圍巖等級較好的非風化槽段（Ⅲ級圍巖區(qū)段）為研究區(qū)域，其對應的左線隧道凈空收斂累計值隨時間變化的曲線圖如圖7所示，左線隧道拱頂沉降累計量變化曲線如圖8所示。

圖8 左線隧道拱頂沉降累計量變化曲線（LJKJ-41~ LJKJ-48）

（1）從圖7可見，相對于圍巖較差的風化槽段，隨著圍巖等級增加，隧道開挖初期支護變形隨之減小，初期支護結構凈空收斂累計量有顯著的降低，最大值點為測點LJKJ-42，對應的變化量為-12.36?mm，略超控制值，其余各測點基本穩(wěn)定在控制值范圍之內，且無較大突變現象，說明隨著圍巖等級提高，初期支護結構變形量顯著減小，穩(wěn)定性提高。

圖7 左線隧道凈空收斂變化曲線（測點LJKJ-41~ LJKJ-48）

（2）從圖8拱頂沉降累計變化曲線可見，同凈空收斂變化相似，各測點拱頂沉降累計值均在控制值范圍內，且變化曲線較為平緩，未出現突變等情況。

3.3.3 風化槽段與非風化槽段對比

以上試驗分析表明，風化槽段的初期支護結構變形較大，隧道變形容易突增，累計變化量和變化速率均較大，不同斷面的最大值也存在一定的差異性，施工過程中存在一定的安全風險；非風化槽段的初期支護結構變形量有顯著減小，監(jiān)測數據基本位于控制值范圍內，并且不同斷面的曲線發(fā)展變化情況相似，初期支護結構穩(wěn)定性較高。

4 初期支護結構變形控制措施

風化深槽段施工風險較大，為確保施工安全，需采取必要的措施減小初期支護結構變形，在施工過程中，主要采取的控制措施如下：

（1）初期支護及時閉合或及時施作臨時初期支護仰拱；

（2）隧道內凈空收斂較大，需采取加橫向支撐的方式進行穩(wěn)固；

（3）左、右線同時施工，右線注漿須嚴格按方案進行施工，采取左、右線錯開注漿，同時，必須注意對左線初期支護的影響；

（4）注漿過程中須適當減小注漿壓力，若各數據仍持續(xù)異常增長，須采取間歇方式進行注漿。

5 結論與建議

（1）隧道穿越風化深槽段初期支護結構變形較大，該區(qū)段范圍內拱頂沉降和凈空收斂累計變化量均遠遠超過設計給定的控制值，施工過程中需做好變形預防及控制措施，減小施工風險和隧道侵限量，密切關注監(jiān)測數據變化情況。

（2）相比于風化槽段的初期支護結構變形較大，非風化槽段的初期支護結構變形量有了顯著減小，監(jiān)測數據基本位于控制值范圍內，初期支護結構穩(wěn)定性有所提高。

（3）穿越風化槽段的施工過程中，初期支護仰拱應及時封閉成環(huán)，減少圍巖變形。

（4）不同圍巖等級，初期支護結構變形差異明顯，穿越風化深槽段施工過程中應注意嚴格控制循環(huán)開挖進尺，保留安全步距，確保隧道在安全狀態(tài)下穩(wěn)步推進。