公路隧道安全監控

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摘要:結合南京地鐵一號線一區間盾構隧道下穿公路隧道的具體工程實踐,探討了兩種不同類型隧道互交穿越的施工監測技術,根據影響安全的各因素,采取可行的監測方案,分析了盾構穿越公路隧道過程中監測數據的變化規律,用于指導實踐,保證了隧道結構和周邊環境的安全,獲得滿意的結果。為同類型工程積累了經驗。

關鍵詞:盾構隧道;公路隧道;下穿;安全監控中

1工程概況

南京地鐵與玄武湖公路隧道為南京市政兩大重點項目,地鐵一號線盾構施工隧道(左、右線)與玄武湖公路隧道在新模范馬路與中央路的丁字路口立體交叉,公路隧道在地鐵隧道的上方,并先于地鐵隧道施工。兩條隧道互交處的最小凈距右線為11004m,左線為11053m,因此,在盾構機穿越公路隧道下方的施工過程中,安全監控成為確保兩隧道結構安全的一項重要工作。

盾構機穿越地層為粘土性地層,有淤泥質粉質粘土、粉質粘土、粉土等,土質不均,土質較差。圍巖劃分為Ⅰ類,地下水主要為孔隙潛水與弱承壓水,采用土壓平衡式盾構掘進。玄武湖公路隧道采用明挖順做法施工,圍護結構采用SMW法工法,主體結構為鋼筋砼箱體結構,底板為850mm厚鋼筋砼,墊層為200mm厚素砼,并沿公路隧道縱向設抗拔樁,主體結構僅先于地鐵隧道2月完成施工,并預留了極小的盾構穿越空間。

2安全監控方案

為保證盾構的安全通過和公路隧道的安全,根據可能出現影響安全的因素,選擇布置適當的監控方案,使其能客觀地反映盾構通過公路隧道時的安全狀況。211監測內容及測點的布置對盾構隧道進行管片襯砌沉降和收斂監測,同時對公路隧道進行底板隆沉、隧道凈空收斂監測及圍巖壓力測試。其中管片變形點布置在盾構左右隧道軸線與公路隧道上行、下行隧道中線相交處的斷面上;考慮到盾構引起的地表沉降槽呈正態曲線分布[2],盾構隧道上方沉降量大,向兩側逐漸減小,因此布置成如圖1(a)所示的公路隧道底板隆沉點;在公路隧道上行、下行隧道內沿盾構左右線隧道軸線布設公路隧道凈空收斂點;在公路隧道與盾構隧道交叉處埋設6個土體壓力測點,布置于墊層與土體之間。

212監測頻率及預警盾構機通常的平均掘進速度為每天12m,在下穿公路隧道時放緩速度,約每天8m。盾構機接近公路隧道60m前開始初測并按照規范要求的頻率進行觀測,通過時每6小時測量一次。同時當監測值累積變化接近或超過報警值時,加大監測頻率。預警值按照Ⅲ級監測管理[3]來確定,即將控制值的三分之二作為警告值,控制值的三分之一作為基準值,將警告值和控制值之間稱為警告范圍,實測值落在此范圍,應提出警告,需要調整施工參數、采取施工對策;警告值和基準值之間稱為注意范圍;實測值落在基準值以下,說明兩隧道和圍巖是穩定的。同時利用變化速率作為輔助監測基準。213控制措施。

為減小盾構施工對玄武湖公路隧道的影響,在施工中應盡可能地減小對周圍土體的擾動和地表沉降,關鍵技術是保持盾構開挖面的穩定和管片脫出盾尾后建筑空隙。盾構開挖面的穩定可以通過優化掘進參數來控制,其重要參數有三個:正面壓力、推進速度和出土控制。在盾構還未到達公路隧道的掘進過程中,通過地表沉降曲線進行實測反饋,以驗證選擇施工參數的合理性或據以調整優化施工參數。在通過公路隧道時減小正面壓力,放慢推進速度,加快出渣速度能達到降低地表隆起的目的;相反,采取提高正面壓力,加快推進速度,減少出渣量,能起到控制沉降的目的,這樣能夠保證公路隧道路面的穩定。

建筑的空隙的充填則采取同步與二次注漿。在盾構掘進過程中,盡快在脫出盾尾后環形建筑空隙中充填足量的漿液進行同步注漿。二次注漿是彌補同步注漿的不足,減小沉降的有效輔助手段,在盾構下穿公路隧道時,以達到控制地表沉降的目的。盾構通過后,根據實時監測結果及時控制固結沉降,在管片襯砌后實施跟蹤回填與固結注漿,尤其是對拱部120°范圍內進行地層的固結注漿,最大程度地保證公路隧道和盾構隧道的穩定。

同時注意盾構姿態的控制,在盾構推進和管片拼裝時確保姿態不后退、不變向、不變坡,保持連續均衡的施工。并且在公路隧道與盾構隧道互交處,加載墊層,沿玄武湖隧道縱向設抗拔樁。

3實測情況分析

盾構左線于2002年5月16日至19日完成公路隧道段的施工。在盾構機接近公路隧道60m到遠離公路隧道100m這一階段,連續對監測項目進行跟蹤監測分析。

(1)土壓力分析圖2是盾構機左線穿越公路隧道時,土壓力的變化情況。

土壓力變化曲線土壓力的變化規律與盾構施工進程相對應,土壓變化規律比較明顯,主要有以下特點:1)右線土壓力(Y4、Y5、Y6)基本沒有變化,說明盾構掘進影響范圍比較小,右線上方土壓力比較正常,土體沒有發生大的擾動。

2)從左線土壓力(Y1、Y2、Y3)的變化情況來看,盾構推進對左線上方土體有擠壓作用。盾構切口前方土壓略有下降(主要是泡沫影響所致),但數值比較小;盾構切口到達時與盾構土倉頂部壓力基本一致。

3)盾尾到達時土壓上升(主要受同步注漿影響),盾尾通過后土壓開始下降,最終穩定但仍比掘進前略大。土壓下降是漿液固結收縮所致,總體上同步注漿對地層有壓密作用。

4)還反映出在盾構到達后,土壓力不斷增加,平均大約增加0106MPa,隨后又減少了大約0104MPa。說明盾構在推進時對周圍主體產生擠壓,使壓力增加,而后產生彈性恢復,壓力減小。壓力經歷了減小—增大—減小的動態變化后,其間使公路隧道和盾構隧道的受力發生變化,控制不好會影響兩隧道的安全。

(2)公路隧道底板沉降

從4月25日開始對玄武湖公路隧道底板開始跟蹤監測,到5月23日盾構已經完全穿出一段距離后,公路隧道南北線29個監測點最大隆沉值為119mm,最小值011mm,未影響公路隧道的安全。為分析盾構推進對公路隧道底板影響規律,分別繪制公路隧道方向(南線)沉降在不同時間段內的變化曲線圖,以及典型點隨時間變化的曲線圖

1)盾構未到達公路隧道時,地表有比較大的沉降量,最大沉降量為116mm,說明盾構正面對土體的推應力小于原始側向地應力。而且其沉降量曲線與累積沉降量曲線很接近,說明這一階段的沉降量是通過公路隧道時主要沉降段。

2)盾構通過時,地表有隆起的現象,最大值僅為017mm,由于盾構切口到達時與盾構土倉頂部壓力基本一致,微量隆起跟強注漿量有關。同時沒有出現大的隆起說明抗拔樁起到了抗拔的作用。

3)盾構通過后,公路隧道地表有微小的沉降,其中S1-1,S2-1處于抗拔樁外沉降明顯。

4)分析典型點沉降過程,盾構到達前的沉降量占到總沉降量的95%以上,速率為0108mmΠd。而通過時的隆起抵消了通過后由于土體的固結引起的沉降。

5)監測數據顯示,當覆土厚度不夠時,加載墊層和抗拔樁是有效的措施之一,能很好地控制地表的隆沉。

(3)管片沉降及隧道收斂

監測數據顯示公路隧道的凈空收斂最大變化量為0187mm。同時根據對地鐵管片連續的跟蹤監測表明,相交處地鐵隧道最大累積收斂為1148mm,最大累積沉降為0170mm。考慮到讀數的誤差,可以認定在穿越玄武湖公路隧道期間,公路隧道沒有受到大的影響;完全穿越后地鐵管片的沉降以及收斂在控制范圍內,說明公路隧道已經趨于穩定,盾構隧道安全穿越公路隧道。

4結論

(1)監測數據表明在盾構隧道穿越公路隧道期間,盾構的各種參數設置比較適當,在推進速度較快(約60mmΠmin)的情況下,保證了公路隧道的穩定;同時為右線盾構隧道的再次穿越積累了經驗。

(2)地鐵隧道與不同類型的隧道互交并且采用土壓平衡盾構施工,當覆土厚度不夠時,可加載墊層和設置抗拔樁。監測結果表明一些變形數值遠遠小于控制值。在覆土最小僅為11004m的狀態下,盾構機安全穿越公路隧道,為以后同類型工程積累寶貴的經驗。

(3)在盾構推進時,須加強周邊環境的監測,根據實際情況來調整盾構推進參數,控制地表沉降,保證相交隧道的安全有著重要的作用。

參考文獻

[1]唐益群等.上海地鐵盾構施工引起地面沉降原因分析研究

[2]張慶賀等.盾構推進引起土體擾動理論分析與試驗研究

[3]巖土工程監測規范.北京:中國計劃出版社,996.