鄧楊健 潘隆武 鄧廷權(quán)

摘要：文章基于四車(chē)道大斷面超小凈距的淺埋隧道開(kāi)挖理論，以欽州市北部灣大道至中馬欽州產(chǎn)業(yè)園道路工程B隧道為工程依托，對(duì)隧道在施工過(guò)程中進(jìn)行地表沉降觀測(cè)，研究了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工中各施工步驟對(duì)地表沉降變形的影響規(guī)律及超小凈距的鄰近隧道開(kāi)挖對(duì)已開(kāi)挖隧道地表沉降的影響情況，并結(jié)合各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與太沙基地下洞室圍巖壓力理論，分析得到大跨度淺埋隧道開(kāi)挖巖體的擾動(dòng)范圍。

關(guān)鍵詞：大斷面;超小凈距;淺埋隧道;地表沉降

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，社會(huì)汽車(chē)的擁有量不斷提升，人們對(duì)交通的需求日益迫切，對(duì)飛速發(fā)展的交通建設(shè)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的兩車(chē)道公路隧道越來(lái)越滿(mǎn)足不了大交通量對(duì)多車(chē)道公路運(yùn)輸?shù)男枨?，三?chē)道及四車(chē)道等大斷面隧道逐漸增多。尤其是在城市道路建設(shè)中，由于部分山體受到地面管線及環(huán)境保護(hù)等方面制約，常常需要建設(shè)超淺埋、小凈距、大斷面隧道。淺埋隧道由于受到地表風(fēng)化及地質(zhì)構(gòu)造的影響，一般圍巖較為軟弱破碎，自穩(wěn)能力差，而在大斷面小凈距隧道開(kāi)挖過(guò)程中，由于對(duì)圍巖擾動(dòng)非常大，隧道開(kāi)挖存在較大的圍巖大變形及區(qū)域性塌方等風(fēng)險(xiǎn)。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)淺埋大跨度隧道普遍采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CRD法及CD法等分步開(kāi)挖的方法，施工方法相對(duì)成熟，但對(duì)于超小凈距大斷面淺埋隧道開(kāi)挖過(guò)程中地表變形方面的研究較少。本文依托欽州市北部灣大道至中馬欽州產(chǎn)業(yè)園道路工程（園區(qū)外段）B隧道開(kāi)挖施工的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)其施工過(guò)程中不同工序產(chǎn)生的地表沉降規(guī)律及受隧道開(kāi)挖擾動(dòng)的影響范圍進(jìn)行了分析研究。

1 工程概況

欽州市北部灣大道至中馬欽州產(chǎn)業(yè)園道路工程（園區(qū)外段），西起進(jìn)港公路，東至中馬產(chǎn)業(yè)園西側(cè)邊界，全長(zhǎng)約3.127km。擬建B隧道位于欽州市北部灣大道至中馬產(chǎn)業(yè)園西側(cè)邊界，為分離式/小凈距越嶺短隧道。B隧道含主洞兩座（B2、B3），均為單洞四車(chē)道大跨度隧道，B2隧道起止樁號(hào)為K0+028～K0+230，長(zhǎng)度為202m，最大埋深約99m;B3隧道起止樁號(hào)為K0+028～K0+234，[JP]長(zhǎng)度為206m，最大埋深約97m。另外，B隧道設(shè)輔洞兩座（B1、B4），分設(shè)于B2和B3隧道兩側(cè)，為非機(jī)動(dòng)車(chē)道、人行隧道，其中B1隧道起止樁號(hào)為K0+000～K0+266，長(zhǎng)度為266m，最大埋深約96m;B4隧道起止樁號(hào)為K0+028～K0+237，長(zhǎng)度為209m，最大埋深約96m。根據(jù)物探、鉆探及工程地質(zhì)測(cè)繪，隧道區(qū)地層主要由第四系殘坡積層及志留系下統(tǒng)（Sl）砂巖組成，圍巖等級(jí)有IV級(jí)和V級(jí)。其中主洞最大開(kāi)挖寬度約19.5m，輔洞最大開(kāi)挖寬度約7.05m，各隧道間凈距離約5～6m，為超小凈距隧道。隧道橫斷面及地表監(jiān)測(cè)布置示意圖如圖1所示：

2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

2.1 開(kāi)挖時(shí)間與工序情況

進(jìn)口端B3號(hào)隧道于2018-05-22開(kāi)始正式進(jìn)洞開(kāi)挖，右導(dǎo)洞上臺(tái)階，2018-05-30開(kāi)始開(kāi)挖左導(dǎo)洞上臺(tái)階，此時(shí)右導(dǎo)洞進(jìn)尺19m;2018-07-01開(kāi)始開(kāi)挖右導(dǎo)洞下臺(tái)階，2018-07-07始開(kāi)挖左導(dǎo)洞下臺(tái)階，各工序開(kāi)挖時(shí)間節(jié)點(diǎn)見(jiàn)表1。

2.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)下頁(yè)表2～7和圖3～8數(shù)據(jù)可以得出：

（1）右導(dǎo)洞上臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，最大變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)為右導(dǎo)洞正上方附近的8#測(cè)點(diǎn)，變形量為6mm。

（2）左導(dǎo)洞上臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，最大變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)為B3隧道正上方的7#測(cè)點(diǎn)，累計(jì)變形量為11mm，左導(dǎo)洞上臺(tái)階開(kāi)挖期間變形量為7mm。

（3）右導(dǎo)洞下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，最大變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)為左導(dǎo)洞正上方附近的6#測(cè)點(diǎn)，累計(jì)變形量為14mm，右導(dǎo)下臺(tái)階開(kāi)挖期間變形量為6mm。

（4）左導(dǎo)洞下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，整體變形量較前階段偏小，最大變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)為右導(dǎo)洞正上方附近的8#測(cè)點(diǎn)，累計(jì)變形量為14mm，左導(dǎo)洞下臺(tái)階開(kāi)挖期間變形量為2mm。

（5）中導(dǎo)洞開(kāi)挖時(shí)，位于拱頂正上方7#測(cè)點(diǎn)變形量最大，累計(jì)變形量達(dá)到16mm，本階段變形量為5mm。

（6）位于B3左側(cè)的B4隧道開(kāi)挖期間，B4隧道正上方5#測(cè)點(diǎn)及左上方的4#測(cè)點(diǎn)在此期間沉降量最大，變化量均為5mm，位于右上方（靠近B3隧道側(cè)）的6#測(cè)點(diǎn)變化量?jī)H為2mm，但位于B3隧道右上方的8#測(cè)點(diǎn)變化量達(dá)到4mm。

（7）B3號(hào)隧道及B4號(hào)隧道開(kāi)挖期間，1#、11#、21#等測(cè)點(diǎn)均在0～2mm范圍內(nèi)波動(dòng)，可認(rèn)為不受開(kāi)挖擾動(dòng)影響。整個(gè)地表變形響應(yīng)范圍在2#～10#（第一排）、14#～20#（第二排）測(cè)點(diǎn)橫向覆蓋區(qū)域內(nèi)。

3 隧道開(kāi)挖影響范圍分析

根據(jù)太沙基地下洞室圍巖壓力理論，淺埋隧道開(kāi)挖圍巖計(jì)算范圍取洞室左右墻腳兩側(cè)向上（45-φ/2）°直線，如圖9所示。

根據(jù)相關(guān)勘察設(shè)計(jì)資料及同類(lèi)巖土經(jīng)驗(yàn)值，本隧道巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表8所示。

隧道上覆土層，根據(jù)第一、二排監(jiān)測(cè)點(diǎn)處高程及以上勘察資料，殘坡積層厚度取平均值3.75m，強(qiáng)風(fēng)化層取5m（第一排）、10m（第二排），由此隧道上覆巖土層內(nèi)摩擦角的加權(quán)平均值為：第一排φ1=32.4°，第二排φ2=34.5°，平均值為33.5°。結(jié)合以上太沙基圍巖壓力理論可得開(kāi)挖影響線與豎直方向夾角為：θ=45-33.5/2=28.3°。

結(jié)合處于理論邊緣位置附近的2#、10#、14#、20#四處測(cè)點(diǎn)高程及其與隧道邊緣的水平距離，得到四處測(cè)點(diǎn)與隧道近墻底連線與豎直方向夾角情況如表9所示。

由表9可見(jiàn)，實(shí)測(cè)影響范圍與理論影響范圍角度相差在1.1°～2.5°之間，最大偏差為9.7%，理論與實(shí)際符合性較好。綜合考慮到實(shí)測(cè)影響范圍應(yīng)向外側(cè)繼續(xù)延伸一定距離（例如實(shí)際影響范圍應(yīng)在1#～2#測(cè)點(diǎn)之間），故實(shí)際誤差可能更小。由此可以認(rèn)為淺埋大斷面超小凈距隧道開(kāi)挖擾動(dòng)影響范圍采用太沙基地下洞室圍巖壓力理論進(jìn)行估算，誤差較小。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）根據(jù)不同施工階段地表各測(cè)點(diǎn)的變形情況可以看出，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖的大斷面淺埋隧道其整體沉降量<20mm，與隧道預(yù)留沉降量20cm（Ⅴ級(jí)圍巖）相比，地表沉降變形控制較為理想。

（2）不同工況施工過(guò)程中，不同位置的測(cè)點(diǎn)沉降變化情況表現(xiàn)出不同的規(guī)律，其中：左中右上臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，各分部開(kāi)挖期間其主要影響測(cè)點(diǎn)位于其開(kāi)挖區(qū)域正上方附近測(cè)點(diǎn);但左導(dǎo)洞下臺(tái)階及右導(dǎo)洞下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，其影響最大測(cè)點(diǎn)分別為右導(dǎo)洞正上方附近8#測(cè)點(diǎn)及左導(dǎo)洞正上方附近6#測(cè)點(diǎn);雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖過(guò)程中，左右導(dǎo)洞上臺(tái)階開(kāi)挖及右導(dǎo)洞下臺(tái)階開(kāi)挖對(duì)地表測(cè)點(diǎn)沉降影響較大。

（3）鄰近小斷面隧道（B4隧道）的開(kāi)挖對(duì)B3隧道另一側(cè)上方8#測(cè)點(diǎn)影響最大，其擾動(dòng)影響類(lèi)似于B3左導(dǎo)洞下臺(tái)階對(duì)8#測(cè)點(diǎn)地表沉降的影響。

（4）根據(jù)實(shí)際布置測(cè)點(diǎn)情況可得到B3、B4兩座隧道開(kāi)挖過(guò)程中第一排2#～10#測(cè)點(diǎn)及14#～20#測(cè)點(diǎn)受了開(kāi)挖擾動(dòng)的影響，存在不同程度的變形沉降情況。將實(shí)際觀測(cè)得到的影響區(qū)域與太沙基地下洞室圍巖壓力理論計(jì)算得到的開(kāi)挖擾動(dòng)影響范圍進(jìn)行對(duì)比，兩者結(jié)論較為一致?？梢?jiàn)大跨度淺埋砂巖隧道圍巖擾動(dòng)范圍按從隧底以（45-φ/2）°的角度傾斜來(lái)確定是可行的。

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