城市隧道施工综合安全监测技术应用
2015-06-11
1 工程概况
重庆轨道交通六号线一期工程小什字车站及区间隧道工程位于重庆市渝中区，线路起讫里程：K13+766.39至DK14+405.908，全长639.518m。车站及区间隧道均采用暗挖法施工，复合式衬砌。其中小什字车站为一号线与六号线的换乘站，最大开挖断面面积达430�，开挖宽度26m，高度20m，埋深约9～15m，其中岩层仅2.9～10m。施工重难点多，安全风险大，监控量测工作极其重要。
1.1 沿线高层建筑及文物古迹遍布，工程沿线两侧有30层高楼百强大厦、重旅大厦、西南证券等林立，更有文物保护单位建设银行、罗汉寺等古迹。建筑物与隧道距离很近，如建设银行距隧道开挖边线1.9m，百强大厦独立基础与隧道拱顶的竖向距离为5.4m。
1.2 车站采用双侧壁导坑法，分三台阶11步开挖，矿山法施工，爆破开挖循环进尺1.5m。工程临近解放碑商业圈，周边交通拥挤，施工中爆破震动将对地表道路、建筑物产生不利影响。
2 综合监测技术实施
施工前实施设计模拟，对各高层及文物建筑处隧道建模分析受力及变形。施工中的监控量测，按相关规范和图纸要求，确定必测项目和选测项目。必测项目为：洞内地质及支护状况观察，隧道周边水平收敛和拱顶下沉量测、地表沉降监测和邻近建筑物的变形量测，选测项目为围岩内部位移量测和钢支撑应力量测。
2.1 设计模拟
对上表如文物单位单位建设银行处隧道建立FLAC3D有限元模型，进行受力及变形模拟分析。根据位于云图趋势显示和计算，靠近建筑物的一侧上部变形和应力都有比其他部位大的趋势，设计对此侧进行初支加强，增设超前管棚处理，工字钢加密。
2.2 隧道洞内观测
2.2.1 地质及支护状况观察
通过对所选择的开挖面的岩性、岩层产状等工程和水文地质情况以及初期支护完成后喷层表面的裂缝状况进行观察和描述。预测开挖面前方的地质条件，并为判断围岩的稳定性提供地质资料，本隧道地质观察情况为IV级砂岩及砂质泥岩，节理裂隙发育情况多与隧道走向一致。
2.2.2 隧道拱顶下沉量测
采用预埋挂钩，量测时挂钢尺或挂尺，用水准仪进行测量。断面根据施工进尺设置，按约每5~8个循环设置一个拱顶下沉监测断面，取10m/个断面。利用隧道拱顶下沉量测为判断隧道稳定性提供可靠信息，以围岩变位速率为二次衬砌提供合理的支护时机。
2.2.3 钢支撑内力及外力的量测
采用振弦式钢筋计，将钢筋计焊在钢支撑上，钢支撑安装完后即可使用频率仪读数。钢支撑应力计在核心土每开挖一个循环后进行初支时埋设，按照方案即每6m一个监测断面。
经目前布置的多组钢支撑应力数据显示，累计最大应力值为车站B加强型断面，应力值为45MPa（警戒值为65MPa），判断该值与该断面为车站最大断面、上方存在建筑物有关，工程现场依据该情况迅速组织二衬施工，目前钢支撑应力数据已经随二次衬砌施工跟进趋于稳定，显示线性回归，表面隧道取核心土施工二衬后可保证初支稳定。
2.3 地表监控量测
在模拟分析及采取加强措施后，施工过程对隧道地表进行地表沉降、建筑物倾斜的监控量测布点及数据采集。
2.3.1 地表沉降观测
精密水准仪、铟钢尺或测杆进行地表沉降观测，沿隧道开挖方向每5m一组断面在道路两侧布点。隧道沿线地表监测数据显示，目前累计沉降最大值为10mm，为车站最大断面、位于百强大厦段。现场根据该段沉降值均较大的现象，对百强大厦段隧道加强初支锚杆，自拱脚向上10m范围施作预应力锚杆，并加强注浆，后持续观测该段地表沉降，一个月后趋于稳定状态。
2.3.2 建筑物倾斜变形量测
在建筑物临隧道的外表面定点贴反光片，在接近楼顶处布置一处测点，楼层中部及下部各布置一组测点，利用水准仪进行倾斜观测。以三处测点的相对位置变化情况可了解隧道施工对周边建（构）筑物的影响，在百强大厦、西南证券大楼等均布置了倾斜变形量测测点，显示数据为3mm内，表明隧道开挖对大楼倾斜变形影响很小，施工安全。
2.3.3 围岩内部位移量测
在隧道高风险断面重旅大厦、百强大厦所在的隧道段落设置两个断面，布置多点位移计。在隧道拱顶、拱腰对应的地表钻设直径φ100mm的孔，单孔可布置埋深不一的4个振弦式多点位移计测点，监测不同深度的围岩位移量。通过两组断面多点位移计数据的采集及分析，发现围岩累计最大变形为5mm，但走势呈回归趋势，表明隧道开挖过程中围岩变形较小，证明隧道施工中围岩较稳定，施工安全可控。隧道拱顶处3个不同深度的测点最大变形数据。
3 监测结果判定
洞内净空位移允许相对位移0.10- 0.30%d（d:隧道宽）；地表沉降控制指标：地表沉降应控制在10～30mm以内；钢支撑应力量测控制指标：钢支撑应力量测警戒值65N/mm²；围岩稳定控制指标：当隧道拱顶下沉的速度明显下降，沉降量已达总收敛量的80～90％，且拱顶位移速度小于0.1mm/d时，认为围岩已基本达到稳定。
4 小结
本工程采用多项监控量测技术，充分利用数值模拟、隧道洞内外监控量测全方位监测隧道本身、上方建筑物及道路安全情况，并实现了反馈指导施工，动态调整施工参数，保障了上方高危建筑的安全，为安全建设城市建筑物密集地区浅埋暗挖大断面隧道提供了经验。
