摘  要：目前下沉式隧道横跨既有地铁及城市管线时对既有结构物的变形控制是一个技术难题。本文以广州市猎德大桥系统工程中的花城大道隧道工程为依托，对隧道施工中的重难点及处理方案进行分析研究，重点对地铁隧道的自动监测进行讨论。研究成果为既有地铁与地下市政管线的安全运营及下沉式隧道的安全施工提供重要的技术保障，可为类似工程的施工提供参考。

关键词：隧道施工；地铁隧道；变形控制；自动监测

 

      广州花城大道隧道工程全长465m （见图1），分为A、 B、 C三个区段： A区173m （K0+237～K+410，敞开段） ， B区140m （K0+410～K+550，明挖暗埋段） 、 C区152m （ K0 +550 ～K +702，敞开段）。

      隧道在K0+477.805～K0+526.553段跨越位于花城大道正下方已全线贯通的地铁五号线。该地铁隧道左右线间距13m，直径6m，采用盾构法施工，呈东西走向。地铁隧道顶部标高为-2.68m，离花城大道隧道底部标高最小距离只有3.0m。因此，施工中如何确保地铁隧道的安全是本工程施工中的重难点，是本项目施工成败的关键。

 

      当施工中进行挖掘土方卸载、抽水、振动、加载等作业时，均可能引起地铁隧道结构的位移。具体影响包括：

      （1）导致地铁隧道结构横截面的水平或竖向位移。

      （2）引起隧道不均匀纵向变形。

      （3）导致隧道局部结构整体发生横向或竖向变位。

      对于采用盾构法施工的地铁隧道结构，当既有隧道变形位移达到一定量值后，其纵缝接头和环缝接头将在已有的张开量之下继续增大张开量，严重削弱隧道结构的防水性能和耐久性；当张开量达到5mm以上时，地铁盾构隧道结构将遭到无可挽回的破坏。考虑到本工程距既有地铁隧道太近的实际情况，施工中采取了以下保护措施及加固处理方案：

      （1）施工期间与地铁公司维持紧密的联系，施工进场前进入地铁隧道内进行结构调查和监控量测点布置，提前对地铁隧道开展全方位实时监测，通过及时的反馈和监测结果分析来实时指导现场施工。

      （2）为防止隧道基坑开挖后，由于地下水的浮力和上部土体卸载的影响，使地铁隧道和电力管廊发生上浮，设计隧道结构边线外6m以内、地铁隧道左右线外5m以内的范围对地铁隧道进行全断面注浆加固处理，同时在该段隧道基底设置Φ32mm抗浮锚杆及C30钢筋砼压板来限制地铁隧道结构变形。同时，由于电力管廊距隧道底板仅0.62m，故除了采用与地铁隧道同样的加固及抗浮措施外，还在该段隧道基底设计了2排Φ800mm的钻孔支承桩来支撑隧道结构 ^[1]，地铁隧道加固处理剖面示意见图2所示。

      （3）施工中采用震动小的回旋钻机施作围护桩，最大限度地减小施工震动对地铁隧道的影响。两侧基坑采用冲击钻机成孔，采用泥浆护壁、灌注水下砼成桩，并采取从地面直接施作基底加固和支承桩的方法来避免施工废水对基底的浸泡。

      （4）基坑开挖采用水平分层、竖向分段、反铲挖掘机接力开挖方式，基坑支护根据不同埋深分别采用放坡开挖、钢板桩、钻孔灌注桩+钢横撑等三种支护形式。

      （5）严格控制基坑开挖的速度，分段小面积开挖，开挖到距隧道底板标高2m时，改用人工开挖方式继续开挖，以避免重型设备对地铁隧道的影响 ^[2]。

      （6）成立协调小组，制定详细、切实可行的应急预案。根据监测信息，必要时采取应急预案，确保对地铁的影响和损坏控制在安全范围内。

 

      参照以往类似工程，在横跨铁路轨道等既有构筑物的隧道施工中，自动监测控制技术起着关键作用 ^[3]；本工程受拟建花城大道隧道影响的A、B两线地铁盾构隧道结构，监测区间长度均为78 m，各设置1台自动全站仪仪器站。考虑在花城大道隧道施工过程中开挖、卸载、震动、降水、加载、渗流等因素的影响，在受基坑开挖影响的地铁隧道结构相应位置设置监测断面，在隧道左、右各布置7个断面（共14个断面），基坑开挖范围内断面之间相距10m；基坑开挖影响范围之外各设2个断面（共4个断面），与基坑内最近监测断面之间相距13m，每个监测断面5个监测点，其中：轨道中间1个点，隧道结构顶部刚性接触网两旁各布置1个点，隧道壁两侧腰部设置2个点；在不受基坑影响的隧道远处两端各设置4个基准点。上述每个监测段的监测断面、监测点、基准点、仪器站构成一个完整的能较全面反映基坑、地下结构施工所引起地铁隧道结构局部和整体变形特征的监测系统（见图3）。

      拟建下沉式地铁隧道上方，在进行土方卸载、振动、抽水等施工作业后，终测时，地铁隧道结构水平位移方向变形整体为“+”值，朝北方向变形，沉降变形呈两端下沉、中间上升的趋势。

      以A线隧道监测数据为例，部分监测数据表明（见图4、图5，图中的DX指沿地铁隧道方向的位移； DY指垂直地铁隧道的水平方向位移；DZ指垂直地面方向的位移）：

      （1） A隧道道床上Y方向变形最大的监测点为A07A ，向地铁隧道方向内累计变形量为- 1.3 mm； Z方向变形最大的监测点为A02A，累计变形量为-2.6mm （沉降），变形最小的监测点为A05A，累计变形量为0.4mm （上浮），两点之间最大差异沉降为3.0mm。

      （2） A隧道右侧壁Y方向变形最大的监测点为A03B，向基坑方向累计变形量为2.5mm；Z方向变形最大的监测点为A03B，累计变形量为-1.5mm （沉降），变形最小的监测点为A04B、A05B，累计变形量为0.6mm （上浮），两点之间最大差异沉降为2.1mm。

      地铁A、 B线隧道Y、 Z方向变形监测数据汇总见表1。

      自动监测成果表明：隧道施工对地铁隧道结构产生的影响是随着隧道的施工而变形的，其中沉降变形为两端下沉、中间上升的趋势。本工程中由于采用自动监测技术和各相关工序的组织协调，能够24小时得到实时监测数据，清晰了解地铁隧道结构的变形情况及发展趋势，能有效地将地铁隧道结构变形控制在允许的安全范围内，保障了地铁隧道结构的安全，同时也确保了花城大道隧道施工的顺利进行 ^[4]。

 

      （1）在城市建设过程中，隧道施工与既有隧道相互扰动的现象不可避免，施工过程中加强对既有隧道结构的变形监测意义重大。

      （2）根据对监测结果的分析，花城大道隧道的施工对既有地铁隧道产生了不同程度的变形影响。因此，对地铁等既有建（构）筑物的保护是下沉式隧道施工的重中之重，应给予足够的重视。

      （3）自动监测系统可以对地铁隧道进行全方位、实时的监测，通过及时反馈、分析监测结果来指导现场施工，为工程的顺利开展提供了有力保障，在类似工程中可以推广使用。

 

[1]娄健.花城大道隧道土建工程设计[ J] .山西建筑，2008，34 （13）：321-322.

[ 2]贺少辉.地下工程[ M] .北京：清华大学出版社，2006：19-20.

[3]崔光耀，张洋，苏昊.过江隧道穿越既有铁路相互影响研究[J] .世界科技研究与发展，2010， 32 （3）：366-369.

[4]黄声亨，尹晖，蒋征.变形监测数据处理[M] .武汉：武汉大学出版社，2001.