结合工程实例简析地下隧道地表沉降监测

　　摘要：本文对广州市轨道交通三号线北延段【永泰东站】土建工程一号出入口工程暗挖隧道开挖过程所取得的监测数据进行了分析研究，保证施工的安全并有效地指导了施工进展。
　　关键词：地下隧道；监测
　　1前言
　　地下隧道在开挖过程中，由于地层的损失及地下水位的变化，导致开挖区域自洞室面向地层深处一定范围内地层应力发生调整和变化，造成地表及建筑物的沉降和位移。当地表移动和变形超过一定的限度时就会影响隧道或地表建筑物安全和正常使用。尤其是城市地下隧道，一般都修建在城市中心地带，隧道周围建筑物密集、地下管网密布，地质情况比较复杂，而且地面来往行人较多、交通繁忙，所以对隧道的设计施工及对周边环境的控制要求更加严格。
　　2工程概况
　　本工程为广州市轨道交通三号线北延段【永泰东站】土建工程一号出入口工程，1号出入口设置在车站北侧东端，横穿同泰路，兼有过街人行隧道功能。由于同泰路交通繁忙，是中央、省、市领导到访的必经之路，华南三期路桥建成后通车能力为三车道，造成经常性塞车，出入口不具备倒边施工的条件。同时同泰路周边管线复杂，且华南三期路桥施工期间已多次迁改，再次进行管线迁改的难度大、费用高，所以过街部分采用暗挖方案。暗挖隧道采用暗挖矿山法施工，复合式衬砌。隧道初期支护采用喷射混凝土工艺，安装钢格栅、挂钢筋网、湿喷350mm厚C25早强混凝土。开挖前采用长管棚和超前小导管注浆工艺预加固地层。长管棚采用直径Φ108mm、壁厚6mm钢管，位于拱部150°范围布置，长度41.85m，环向间距0.35m，外插沿通道走向坡度为0.5%，由北向南一次打进完成。
　　2.1工程水文地质条件
　　根据现场勘察所提供报告，隧道穿越土层为人工填土层、冲积—洪积砂层、冲积—洪积土层等。地下水位埋深为1.90～5.60m，标高为19.16～24.58m。地下水的赋存方式主要为第四系松散砂层中的孔隙水和岩石强风化带中的基岩水。砂层的富水性和透水性较好，属中等透水层。冲积～洪积土层和残积土层含水贫乏，透水差，属弱透水层。
　　2.2环境条件
　　本工程隧道横穿同泰路。由于同泰路周边管线复杂，华南三期路桥施工期间多次迁改后再进行管线迁改的难度很大、费用较高，故不再进行管线迁改，而且该地区地表车辆川流不息，交通十分繁忙，所以必须做好地面及管线监测。
　　3 施工监测方案
　　3.1监测目的
　　根据隧道设计与施工有关技术规范的要求，并结合工程实际情况，必须对公路地表进行沉降监测。通过监测工作可以达到以下目的：
　　1） 分析地层稳定和变化情况，检验隧道开挖、支护、注浆等施工工序是否安全科学，确保隧道的安全施工和周边建筑的正常使用。
　　2） 掌握施工所引起的公路路表沉降的变化规律，将最大沉降值控制在安全域至警戒域之间，确保公路路面交通的畅通。
　　3） 收集相应的数据，为以后类似的工程设计、施工及规范的修改提供参考和经验。
　　3.2监测点位布设
　　隧道监测点位要依据所选监测项目及要达到的监测目的而设定。本工程所选择地表沉降监测的点位布置情况如图1，隧道的两个端口分别连接1＃和3＃竖井，竖井深18.4m，沿隧道轴线布设D1-D6共6个测点。地表沉降测点采用标准方法进行埋设，即所设测点应穿透刀具表面结构层，埋设在较坚实的土层中。具体做法是用钻孔机在路面钻孔，孔径Ф10cm。然后放入长80cm-100cm直径HRB335Ф25mm的螺纹钢筋，四周用细沙填实，钢筋顶面低于路面10cm。
　　
　　图1地表沉降监测点位布设图（mm）
　　3.3监测频率
　　隧道开挖前对所有测点观测3次，取均值作为初始值。隧道开挖过程中，每周监测2次-3次。下中雨、大雨后均需补测，根据监测数据的变化情况必要时加大监测频率。
　　4监测成果分析
　　4.1各测点最大沉降位移分析
　　路面各测点最大沉降位移结果汇总于表1。从表中可以看出，路面的最大位移是D5测点。出现日期是3月23日，位移量为-19.43mm，即向上隆起19.43mm。此位移值没有超出警戒值，说明地表向上隆起未对路面及交通构成危害，可以接受。
　　
　　4.2各测点沉降位移随时间变化分析
　　路面各测点沉降位移随时间变化关系曲线图如图2所示
　　
　　图2各测点沉降位移随时间变化关系曲线图
　　通过对曲线图的观察分析可以得出以下几点结论：
　　1） 从3月9日首次监测开始至5月5日监测结束，地表各测点沉降起伏波动情况一直比较稳定，基本维持在初始状态。这说明隧道在开挖注浆之后对地表沉降的影响已相当微小，几乎可以不考虑。
　　2） D5测点向上隆起较为明显，隆起值接近20mm。这是由于在隧道开挖过程中，小导管超前注浆加固地层而造成的。注浆充填了土体损失塌冒形成的空隙，对路面起抬升作用，并保持了路面原有标高、坡度，防止路面因局部沉陷产生附加弯矩而断裂破坏，保证路面行车安全。
　　3） 路面各测点沉降受降雨影响比较明显。上图中，凡是雨后观测的沉降值均出现在曲线的波谷位置。这是因为地表的沉降与土的含水率有直接关系：当土体干燥，土的含水率小时，土的密度小重量轻，土颗粒排布疏松；当土体吸水，土的含水率增加时，土的密度和重量增加，土颗粒的排布紧凑密实，地表向下沉降趋势明显。
　　4） D4和D5位移变化的比对。D4与D5测点都位于公路的中间。由peck公式可以知道，公路沉降趋势应近似于正态曲线，即中间沉降大两侧沉降小。D4、D5这个两个中间测点的沉降直接关乎公路及交通的安全。施工人员明显注意到这一点并加大了注浆量，但终因注浆不均（D5多于D4）致使两点位移不同。
　　5结束语
　　通过对监测数据的分析研究，及时掌握了地表沉降的变化规律，并有效指导工程的进展，监测结果表明，地表沉降位移没有超过警戒值，未对公路交通造成危害。对公路路表的沉降监测，发现本工程在施工过程中所采取的施工工法、施工技术及施工进度等均符合要求，对同泰路公路路面车辆的顺畅通行未造成危害。通过对工程的监控量测，提出建议措施：①做好沉降与隆起的协调。为减小隧道开挖引起路表的沉降，应及时做好注浆加固工作；但是同时还应控制好注浆压力和注浆量，避免造成路面反向断裂、掀起或返浆等现象。②在雨季施工过程中，应该高度注意降雨对地表沉降的影响，采取必要的防范措施。

《结合工程实例简析地下隧道地表沉降监测》

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