重庆市市政设计研究院 重庆市 400020
摘要：为确保软土地层大断面矩形下穿隧道施工时的安全，以昆明轨道交通3号线区间浅埋暗挖隧道为依托，采用中导洞法，将全断面分成6个导洞按照先中间后两侧、先上面后下面的顺序施工，并采用现场监测和理论分析的方法对隧道支护结构受力进行全过程监控与分析。监测分析结果表明:在矩形隧道顶部与侧面设置超长大管棚条件下，隧道初期支护内力变化较小，因受不同导洞开挖扰动影响，隧道结构底部出现受拉现象，导洞②、导洞④和导洞⑤对整体结构安全起决定性作用，需要重点监控；最大围岩接触应力出现在导洞④底部，隧道4个角的围岩应力明显大于其他部位，需要加强隧道底部基础注浆，以提高地基承载力；临时支护应力受不同导洞开挖影响出现明显的波动，很好地反映各导洞施工过程中围岩应力释放的特征。
关键词：软土地层；大断面矩形隧道；中导洞法；施工力学；监控量测
近年来随着城市轨道交通基础设施的快速建设，新建交通线路与既有道路或构筑物经常出现正交或斜交的情况，且大部分新建工程以下穿通道的形式穿越既有道路或构筑物。在城市地下通道近接施工中，存在技术难度大、地表沉降控制难、施工风险系数高等特点。若隧道施工过程中出现辅助措施不当、结构变形过大以及突发地质灾害等现象，易引起路面大面积沉降甚至坍塌的灾害，造成交通中断和重大经济损失。在城市地区下穿既有道路或构筑物的隧道工程方面，国内外有一些成熟的结构形式和施工工法，但在软土地区采用浅埋暗挖矩形结构穿越高速公路的隧道工程方案比较少见。
1 工程概况
1.1工程地质概况
昆明轨道交通3号线区间隧道采用矩形断面形式，最小埋深仅3m。线路位于昆明盆地东侧丘陵地带，属风化剥蚀残丘坡麓与残丘间沟谷过渡地貌，地形以圆丘为主，间夹低凹沟槽，海拔为1900-1970m，自然横坡为10°-25°。沿线地下水主要有上层滞水、孔隙水和岩溶裂隙水。根据地质勘察，该地区的土层从上至下依次主要为杂填土、素填土、黏土和白云质灰岩，隧道结构主要位于素填土和黏土层中。
1.2工程设计概况
区间隧道长度为156m，断面尺寸为11.6m×7m。采用“中导洞先行法”施工，全断面分6导洞先后开挖6。隧道先后开挖的导洞掌子面纵向错开距离为3-5m，每循环进尺0.5m。区间有一污水箱涵横跨隧道上方，污水箱涵高2m、净宽2.5m，箱涵底板与隧道开挖顶板之间的距离为0.34-0.53m。隧道结构采用复合衬砌形式，以钢筋网、喷射混凝土和钢架为初期支护。长大管棚从隧道进出口两端施工，在隧道中间部位搭接，确保在软土地层中形成完整的注浆层。隧道临时支护采用120a工字钢、钢筋网和喷射混凝土。
2 区间隧道施工监测方案设计
针对金太区间暗挖隧道工程的特点，考虑下穿高速公路段的软土地层条件、支护类型、施工方法等因素，选择2个量测断面进行监测。断面1里程为ZDK20+134，断面2里程为ZDK20+084。6导洞施工对围岩扰动较大，针对隧道施工工法，选择监控量测方案，主要对隧道围岩压力、钢架内外力进行监控分析，确保隧道施工安全和顺利进行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于隧道施工过程中临时支护受力变化最为敏感，因此在先开挖洞室一侧临时支护埋设钢筋计，分析各导洞施工对临时支护应力影响的规律，同时为后期临时支护拆除方法与时机选择提供参考依据。
3 隧道现场监控量测数据分析
3.1隧道初期支护轴力分析
（1）隧道初期支护各截面轴力随时间逐渐增加，在仪器安装后，轴力增长较快，说明隧道开挖后围岩应力释放比较大，初期支护衬砌强度不足，变形较大；随着隧道施工进行，最后衬砌轴力逐渐趋于稳定。由于各导洞施工中存在相互影响，导致导洞初期支护轴力趋于稳定的时间存在一定差异性。断面2位于高速公路正下方，受地面车辆荷载影响较大，同时导洞存在渗漏水现象，隧道施工时需要进行注浆处理，所以隧道钢架轴力变化较大。在监测断面处隧道结构的最大轴力为108.5kN，出现在导洞⑤的拱顶，主要原因是隧道上方有一污水箱涵，管棚无法施工，局部采用小导管注浆加固，围岩承载力不足是导致结构轴力变大的主要原因；（2）根据现场施工观察和记录，发现第10天导洞③、⑤先后开挖，围岩应力再次进行调整，对G监测点扰动影响较大；（3）区间隧道结构位于黏土和素填土地层中，地基承载能力较差，下导洞施工后，底部围岩出现大范围的隆起现象，导致隧道结构C、D点断面出现受拉现象，施工中要特别加强提高地基承载力的辅助施工措施。隧道导洞⑤右侧同样出现了受拉现象，说明隧道右侧围岩侧向压力很大，需要加强监控。
3.2 隧道初期支护弯矩监测分析
隧道初期支护各截面的弯矩在开挖面附近变化较大，随着隧道开挖各截面弯矩逐渐趋于稳定。由于各导洞先后施工存在不同程度的相互影响，所以在施工过程中各导洞初期支护弯矩变化幅值存在一定的差异性。导洞①拱顶G测点弯矩在仪器安装初期变化较大，第7天出现最大值，主要是因为邻近导洞开挖面到达该监测断面，围岩再次扰动应力重分布对导洞①产生一定的影响，随着隧道开挖面远离监测断面，初期支护弯矩趋于稳定。根据现场施工量测数据，绘制隧道初期支护弯矩包络图，可以看出:隧道结构弯矩整体变化幅值较小，主要是因为区间隧道采用180mm超长大管棚，分担了大部分围岩压力，围岩压力经喷射混凝土和钢筋网传递及重分配后，在初期支护上的作用力相对较小。
3.3隧道围岩接触应力测试分析
隧道施工过程中围岩与初期支护接触应力时，可以看出:区间隧道围岩应力变化存在较大的差异性，大部分测点围岩应力在开挖面附近变化较大，最后趋于稳定。底板存在隆起现象，主要原因是现场导洞底部出现渗水问题，随后增设注浆孔对底部进行注浆堵水处理，这也验证了该部位隧道初期支护轴力出现受拉现象的原因。根据现场施工围岩应力量测数据峰值，绘制隧道围岩与初期支护之间最大接触应力的包络图，可以看出:隧道围岩与初期支护间接触应力峰值沿洞周分布不均匀，呈现4个角点大、中间小的特点，主要是由于隧道断面形式为矩形，在夹角处易出现应力集中的原因。
3.4隧道临时支护应力测试分析
浅埋大断面隧道施工过程中，临时支护对控制围岩应力和结构变形起到非常重要的作用。为了控制隧道整体结构的稳定性，分析各导洞施工过程中临时支护应力变化规律。
4 结论与建议
（1）昆明轨道交通3号线软土区间矩形隧道初期支护最大轴力发生在导洞⑤拱顶，最大弯矩发生在导洞①拱顶，而在导洞②、④底板处轴力出现受拉状态，说明各导洞开挖相互影响较大，尤其导洞②、④、⑤施工对隧道整体结构安全起决定性作用，需要加强监控与辅助措施。
（2）区间隧道围岩接触应力峰值存在较大的差异性，最大围岩接触应力出现在导洞④底板处，且隧道矩形断面4个角围岩应力大，结构中部围岩应力偏小。这与软土地层隧道侧面与顶部采用超长大管棚预支护有关，底板未采用注浆加固措施，所以矩形隧道下导洞底部地基承载力较低，需要加强基底注浆加固措施。
（3）选择对围岩应力释放控制较为敏感的临时支护应力进行监测，下导洞竖向临时支护应力最大，看出隧道水平临时支护比竖向临时支护应力小，同时隧道临时支护Ⅰ点应力明显呈现波动起伏状态，很好地反映了各导洞施工引起围岩应力释放的规律。
（4）该工程采用了180mm超长大管棚预支护措施，在管棚体系的力学支护机制及施工工艺参数方面还有待进一步研究，以便更好地为软土地区区间地铁隧道施工提供参考。
参考文献
[1]韩煊，刘赪炜，StandingJR.隧道下穿既有线的案例分析与沉降分析方法[J].土木工程学报，2012，45( 1) :134-141.
[2]唐新权.浅埋暗挖大跨黄土隧道下穿地下行包通道沉降分析及对策[J].隧道建设，2016，36( 1) : 80-85.
论文作者:刘严联
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第33期
论文发表时间:2019/3/6
标签：隧道论文; 围岩论文; 应力论文; 断面论文; 初期论文; 弯矩论文; 结构论文; 《建筑学研究前沿》2018年第33期论文;