交叉隧道稳定性监测与分析

罗从双，许　昌，胡延宇，刘永兴，杨　磊，肖建遥，栾海敏

(1.河南城建学院 交通运输工程学院，河南 平顶山 467036；2. 机械工业勘察设计研究院有限公司勘察一公司，陕西 西安 710043)



交叉隧道稳定性监测与分析

罗从双1，许昌1，胡延宇2，刘永兴1，杨磊1，肖建遥1，栾海敏1

(1.河南城建学院 交通运输工程学院，河南 平顶山 467036；2. 机械工业勘察设计研究院有限公司勘察一公司，陕西 西安 710043)

为研究纵横垂直交叉隧道的稳定性问题，采用现场监测的方法研究新旧隧道之间的沉降变形情况。通过现场监测，新建隧道的施工使既有隧道在交叉点区域产生了沉降，最大沉降量达6 mm。新建隧道内部的围岩、钢筋和混凝土也表现出了轻微的变形，应力变化主要集中在拱腰，变形主要集中在拱顶。隧道交叉区域的围岩条件、爆破施工方法、下穿小间距的施工方案是导致沉降变形的主要因素。通过对围岩的超前加固、支护结构的加强等措施可以有效地控制了隧道和围岩的变形沉降。

交叉隧道；地下工程；稳定性；监测分析

我国的城市化率由1978的17.92%增加到2014年的54.8%，预计到2030年将达到70%。城市化过程的推进，推动着城市地下空间工程的快速发展，优先发展的地下轨道交通成为地下空间工程的主要形式，并且引领其他形式的地下空间工程同步发展。

随着地下工程的快速发展，地下空间由点到面，由浅层向中深层甚至高深层发展，慢慢形成了全面的综合立体发展模式，特别是多层位的纵向立体发展模式。建筑物之间的距离越来越近，上下层重叠交叉的工程越来越多，暴露出的工程问题日益严峻。邻近工程项目之间的相互影响成为当前研究的重点之一[1-9]。如何确保新建项目的安全施工以及新旧工程的安全稳定成为今后深入研究的重要课题。

1　工程概况

某地铁新建线路位于已建隧道的下方, 2条地铁线路出现垂直交叉, 交叉角度为90°, 交叉区域内2条隧道的间距为18 m。土层由地表至下依次为杂填土、粉土、粉质黏土和砂卵石。为保证下穿隧道的施工安全以及减少施工对既有线和地表产生影响，需要对交叉区域范围的岩土体进行实时的动态监测。新建地铁与既有线路的关系如图1、图2所示。

图1　立体交叉隧道空间位置示意图

图2　立体交叉隧道剖面位置示意图

1.1工程地质条件

新旧隧道交叉重叠区域内的工程地质情况相对较好，下腹围岩为Ⅲ～Ⅴ级围岩，地下水埋藏较深，无地质构造体。根据工程地质勘查所给出的土层参数以及土层的物理力学参数如表1所示。

表1　地层及结构物理力学参数

1.2监测内容及装置

地表沉降监测共布置10个断面，沿新建隧道和既有线路的轴线及其附近区域布置监控点，从中心至外延40 m范围内进行沉降变形监测。沉降变形监测点间距为2 m，应力应变监测点断面间距为10 m。新建隧道内监测点的布置如图3所示。

图3　现场仪器布置图

交叉线路的稳定性监测主要是地层的沉降变形及其新建隧道内部的应力和应变的变形监测，监测项目及其仪器参数如表2所示。

表2　监测项目及仪器参数

2　监测结果与分析

通过在隧道交叉区域进行监测，获得交叉区域内地层的沉降变形情况，具体如图4和图5所示。

图4　既有隧道横向沉降变形情况

图5　既有隧道纵向沉降变形情况

通过图4和图5可以看出，在两条交叉隧道的交叉点附近，地层出现了显著的沉降变形情况，新建隧道对既有线路产生了一定的影响，从隧道轴线往外变形逐渐减少，从交叉点中心往外延伸，变形逐渐降低。

新建隧道的施工建设对既有线产生了扰动和影响，在施工的过程中出现了沉降位移，特别是在两条线路交叉的位置，沉降量最大。为防止新建隧道对旧隧道的影响，需要加强地层加固，改善施工方法，减少对围岩的扰动，减少两条线路之间的相互影响。

在新建隧道内部进行了围压压力、钢筋应力和混凝土位移监测，具体监测结果如图6～图8所示。

图6　围岩压力-时间变化曲线

图7　钢筋应力-时间变化曲线

图8　混凝土应变量-时间变化曲线

通过图6～图8可以看出，新建隧道内部的围岩压力、钢筋应力都集中在拱腰部位，混凝土的变形在拱顶处变化较大。拱腰是圆弧顶与侧墙链接的部位，也是最容易出现问题的位置，新建隧道下穿既有线的时候，也受到了旧隧道的影响，出现了应力和位移的微小变化。在重叠下穿隧道的情况下，应该注重两条线路的交叉影响，处理好交叉区域内的岩层稳定性问题。

3　地层沉降的影响因素

(1)地质条件。

两条隧道交叉区域的岩层不均一、围岩级别不高、岩土体的自稳能力较差，这些因素都会导致交叉隧道的相互影响。

(2)施工顺序。

在交叉重叠区域进行多层构筑物的施工建设，都会产生相互影响，本文工程是在既有线路下方进行下穿施工，由于两条线路距离相对较近，新建工程对既有线路会产生沉降影响。

(3)施工方法。

新建隧道的施工是采用光面预裂全断面控制爆破，爆破施工对围岩的扰动较大，导致上层隧道的沉降变形。

(4)施工间距。

地下工程的多层发展，导致邻近工程项目之间的距离偏小，造成相互影响，根据已有经验和该工程项目的条件，这两条线路的距离不在安全距离之内，所以造成新建隧道对既有线路造成沉降影响。

4　处理措施与建议

4.1处理措施

针对施工过程中出现的变形应采取积极有效的处理办法。可以采用的措施有减慢施工进度、增加支护体系的强度和范围。通过预注浆和超前加固的形式对交叉区域围岩进行加固处理，增加围岩的强度，减少围岩的扰动与变形。增加监测点的数量和监测频率，针对变形严重的位置进行重点加固。

4.2建议

对地下交叉隧道应进行统一的规划设计与施工，特别是交叉区域应进行整体施工。对先建隧道做好交叉区域的处理和岩土体的加固，并做好后建隧道的并入工作。确保后建隧道对已建隧道不产生影响，或把影响降低到最小。在后建隧道施工的过程中，应根据围岩条件选择合理的施工方法，做好前期的准备工作和必要的超前支护措施。

5　结论

通过对围岩压力、钢筋应力和混凝土压力的监测，发现隧道交叉区域出现了变形沉降。岩层不均一和全断面爆破施工方法是造成围岩变形的主要因素。结合具体的变形进行了分析，通过对围岩的超前支护和支护结构的加强，可以有效地控制交叉区域围岩和隧道的变形沉降。

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Monitoring and analysis of stability on intersection tunnel

LUO Cong-shuang1,XU Chang1,HU Yan-yu2,LIU Yong-xing1,YANG Lei1,XIAO Jian-yao1,

(1.HenanUniversityofUrbanConstruction,Pingdingshan467036,China;2.ChinaJikanResearchInstituteofEngineeringInvestigationsandDesignCo.,Ltd.,Xi′an710043,China)

In order to study on the stability problem of the intersection tunnel,this project adopts the experiment method to monitor the settlement deformation situation between the old and new tunnel.Through the field monitoring,the settlement is generated in the tunnel intersection by the new tunnel construction process,the maximum settlement amount is 6mm.In the new tunnel,the surrounding rock,steel and concrete also shows a slight deformation,stress changes are mainly concentrated in the arch,deformation mainly concentrated in the vault.Surrounding rock condition,blasting construction method,and the construction with small spacing under old the crossing tunnel in the crossing area are the main factors leading to the settlement.The construction of the tunnel crossing area should be combined with the surrounding rock and tunnel requirements,the reasonable construction scheme is chosen,the mutual influence between the old and new line construction and the occurrence of the accident disaster are avoided.

intersection tunnel;underground engineering;stability;monitoring and analysis

2016-01-10

河南省高等学校重点科研项目 (15A410003);河南城建学院2014青年骨干教师培育项目;河南城建学院2015大学生科技创新项目

罗从双(1980—)，男，吉林临江人，博士，副教授。

1674-7046(2016)02-0053-05

10.14140/j.cnki.hncjxb.2016.02.010

U456.3

A