城市隧道施工綜合安全監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用
2015-06-11
1 工程概況
重慶軌道交通六號(hào)線一期工程小什字車站及區(qū)間隧道工程位于重慶市渝中區(qū)，線路起訖里程：K13+766.39至DK14+405.908，全長639.518m。車站及區(qū)間隧道均采用暗挖法施工，復(fù)合式襯砌。其中小什字車站為一號(hào)線與六號(hào)線的換乘站，最大開挖斷面面積達(dá)430�，開挖寬度26m，高度20m，埋深約9～15m，其中巖層僅2.9～10m。施工重難點(diǎn)多，安全風(fēng)險(xiǎn)大，監(jiān)控量測工作極其重要。
1.1 沿線高層建筑及文物古跡遍布，工程沿線兩側(cè)有30層高樓百強(qiáng)大廈、重旅大廈、西南證券等林立，更有文物保護(hù)單位建設(shè)銀行、羅漢寺等古跡。建筑物與隧道距離很近，如建設(shè)銀行距隧道開挖邊線1.9m，百強(qiáng)大廈獨(dú)立基礎(chǔ)與隧道拱頂?shù)呢Q向距離為5.4m。
1.2 車站采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，分三臺(tái)階11步開挖，礦山法施工，爆破開挖循環(huán)進(jìn)尺1.5m。工程臨近解放碑商業(yè)圈，周邊交通擁擠，施工中爆破震動(dòng)將對地表道路、建筑物產(chǎn)生不利影響。
2 綜合監(jiān)測技術(shù)實(shí)施
施工前實(shí)施設(shè)計(jì)模擬，對各高層及文物建筑處隧道建模分析受力及變形。施工中的監(jiān)控量測，按相關(guān)規(guī)范和圖紙要求，確定必測項(xiàng)目和選測項(xiàng)目。必測項(xiàng)目為：洞內(nèi)地質(zhì)及支護(hù)狀況觀察，隧道周邊水平收斂和拱頂下沉量測、地表沉降監(jiān)測和鄰近建筑物的變形量測，選測項(xiàng)目為圍巖內(nèi)部位移量測和鋼支撐應(yīng)力量測。
2.1 設(shè)計(jì)模擬
對上表如文物單位單位建設(shè)銀行處隧道建立FLAC3D有限元模型，進(jìn)行受力及變形模擬分析。根據(jù)位于云圖趨勢顯示和計(jì)算，靠近建筑物的一側(cè)上部變形和應(yīng)力都有比其他部位大的趨勢，設(shè)計(jì)對此側(cè)進(jìn)行初支加強(qiáng)，增設(shè)超前管棚處理，工字鋼加密。
2.2 隧道洞內(nèi)觀測
2.2.1 地質(zhì)及支護(hù)狀況觀察
通過對所選擇的開挖面的巖性、巖層產(chǎn)狀等工程和水文地質(zhì)情況以及初期支護(hù)完成后噴層表面的裂縫狀況進(jìn)行觀察和描述。預(yù)測開挖面前方的地質(zhì)條件，并為判斷圍巖的穩(wěn)定性提供地質(zhì)資料，本隧道地質(zhì)觀察情況為IV級(jí)砂巖及砂質(zhì)泥巖，節(jié)理裂隙發(fā)育情況多與隧道走向一致。
2.2.2 隧道拱頂下沉量測
采用預(yù)埋掛鉤，量測時(shí)掛鋼尺或掛尺，用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量。斷面根據(jù)施工進(jìn)尺設(shè)置，按約每5~8個(gè)循環(huán)設(shè)置一個(gè)拱頂下沉監(jiān)測斷面，取10m/個(gè)斷面。利用隧道拱頂下沉量測為判斷隧道穩(wěn)定性提供可靠信息，以圍巖變位速率為二次襯砌提供合理的支護(hù)時(shí)機(jī)。
2.2.3 鋼支撐內(nèi)力及外力的量測
采用振弦式鋼筋計(jì)，將鋼筋計(jì)焊在鋼支撐上，鋼支撐安裝完后即可使用頻率儀讀數(shù)。鋼支撐應(yīng)力計(jì)在核心土每開挖一個(gè)循環(huán)后進(jìn)行初支時(shí)埋設(shè)，按照方案即每6m一個(gè)監(jiān)測斷面。
經(jīng)目前布置的多組鋼支撐應(yīng)力數(shù)據(jù)顯示，累計(jì)最大應(yīng)力值為車站B加強(qiáng)型斷面，應(yīng)力值為45MPa（警戒值為65MPa），判斷該值與該斷面為車站最大斷面、上方存在建筑物有關(guān)，工程現(xiàn)場依據(jù)該情況迅速組織二襯施工，目前鋼支撐應(yīng)力數(shù)據(jù)已經(jīng)隨二次襯砌施工跟進(jìn)趨于穩(wěn)定，顯示線性回歸，表面隧道取核心土施工二襯后可保證初支穩(wěn)定。
2.3 地表監(jiān)控量測
在模擬分析及采取加強(qiáng)措施后，施工過程對隧道地表進(jìn)行地表沉降、建筑物傾斜的監(jiān)控量測布點(diǎn)及數(shù)據(jù)采集。
2.3.1 地表沉降觀測
精密水準(zhǔn)儀、銦鋼尺或測桿進(jìn)行地表沉降觀測，沿隧道開挖方向每5m一組斷面在道路兩側(cè)布點(diǎn)。隧道沿線地表監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，目前累計(jì)沉降最大值為10mm，為車站最大斷面、位于百強(qiáng)大廈段?，F(xiàn)場根據(jù)該段沉降值均較大的現(xiàn)象，對百強(qiáng)大廈段隧道加強(qiáng)初支錨桿，自拱腳向上10m范圍施作預(yù)應(yīng)力錨桿，并加強(qiáng)注漿，后持續(xù)觀測該段地表沉降，一個(gè)月后趨于穩(wěn)定狀態(tài)。
2.3.2 建筑物傾斜變形量測
在建筑物臨隧道的外表面定點(diǎn)貼反光片，在接近樓頂處布置一處測點(diǎn)，樓層中部及下部各布置一組測點(diǎn)，利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行傾斜觀測。以三處測點(diǎn)的相對位置變化情況可了解隧道施工對周邊建（構(gòu)）筑物的影響，在百強(qiáng)大廈、西南證券大樓等均布置了傾斜變形量測測點(diǎn)，顯示數(shù)據(jù)為3mm內(nèi)，表明隧道開挖對大樓傾斜變形影響很小，施工安全。
2.3.3 圍巖內(nèi)部位移量測
在隧道高風(fēng)險(xiǎn)斷面重旅大廈、百強(qiáng)大廈所在的隧道段落設(shè)置兩個(gè)斷面，布置多點(diǎn)位移計(jì)。在隧道拱頂、拱腰對應(yīng)的地表鉆設(shè)直徑φ100mm的孔，單孔可布置埋深不一的4個(gè)振弦式多點(diǎn)位移計(jì)測點(diǎn)，監(jiān)測不同深度的圍巖位移量。通過兩組斷面多點(diǎn)位移計(jì)數(shù)據(jù)的采集及分析，發(fā)現(xiàn)圍巖累計(jì)最大變形為5mm，但走勢呈回歸趨勢，表明隧道開挖過程中圍巖變形較小，證明隧道施工中圍巖較穩(wěn)定，施工安全可控。隧道拱頂處3個(gè)不同深度的測點(diǎn)最大變形數(shù)據(jù)。
3 監(jiān)測結(jié)果判定
洞內(nèi)凈空位移允許相對位移0.10- 0.30%d（d:隧道寬）；地表沉降控制指標(biāo)：地表沉降應(yīng)控制在10～30mm以內(nèi)；鋼支撐應(yīng)力量測控制指標(biāo)：鋼支撐應(yīng)力量測警戒值65N/mm²；圍巖穩(wěn)定控制指標(biāo)：當(dāng)隧道拱頂下沉的速度明顯下降，沉降量已達(dá)總收斂量的80～90％，且拱頂位移速度小于0.1mm/d時(shí)，認(rèn)為圍巖已基本達(dá)到穩(wěn)定。
4 小結(jié)
本工程采用多項(xiàng)監(jiān)控量測技術(shù)，充分利用數(shù)值模擬、隧道洞內(nèi)外監(jiān)控量測全方位監(jiān)測隧道本身、上方建筑物及道路安全情況，并實(shí)現(xiàn)了反饋指導(dǎo)施工，動(dòng)態(tài)調(diào)整施工參數(shù)，保障了上方高危建筑的安全，為安全建設(shè)城市建筑物密集地區(qū)淺埋暗挖大斷面隧道提供了經(jīng)驗(yàn)。
