成冬

摘要：对于城市公路隧道而言，施工区域周边环境复杂是其最为显著的特点，表现在隧道紧邻建构筑物，往往要穿越交通流量较大的城市主次干道，且隧道埋深较浅，隧道施工对周边环境影响大，安全事故的发生会带来恶劣的社会影响。因此，为了保障隧道施工安全及最大限度地降低隧道施工对周边环境的影响，选择合适的施工方法是关键。

关键词：城市;浅埋暗挖法;地层变形规律

1、工程概况

某城市浅埋暗挖隧道段西线端桩号K12+710—K13+587.1，全长877.1m、东线端起讫桩号K12+700—K13+569.1，全长869.1m。工程段主要位于⑩-2层粉质黏土混碎石、⑩-3层含砾粉质黏土、?k1c-1层全风化凝灰灰质粉砂岩、?k1c-2层强风化凝灰质粉砂岩、?k1c-3層中风化凝灰质粉砂岩、?s2k-2层强风化粉砂岩。工程区属钱塘江水系，地面隧道下穿沿山河，沿山河平行于天目山路，河道宽30余米，河道与西溪湿地相通，河水涨落与大气降水补给有关。场区水文主要分为地表水系和地下水。

2、地层变形规律

2.1地层竖向变形

通过对某城市隧道土建工程浅埋暗挖隧道地表变形进行监测，得到该地区典型地层变形规律。隧道开挖后，围岩首先会发生应力重分布，导致地层变形，形成典型的地表沉降槽。由此可知，在掌子面未到达监测断面之前，施工扰动对地层的影响较小，地层竖向变形不明显;地层竖向变形从CRD1部开挖通过时开始增加，且变形速率呈增大趋势，直至掌子面通过监测断面一段时间之后竖向变形速率开始减小，即沉降变形接近稳定。可见，隧道掌子面初支的封闭成环对围岩的变形影响较大，为变形控制的关键，施工时应尽早使仰拱闭合，以减小围岩的变形量。为统计出地层竖向变形规律，定义L/D为掌子面与监测断面的当量距离（其中，L为掌子面与监测断面实际距离，D为隧道跨度），对当量距离L/D与监测断面地层竖向变形之间的关系进行研究。研究表明，可将隧道施工对地表的影响归纳为四个变形阶段，即第一阶段为超前微小变形阶段，-2.03.0，该阶段后沉降基本趋于稳定。

2.2地层纵向变形

随着掌子面的不断推进，隧道东侧拱顶沉降的变化与分布，地层变形具有明显的时空效应，沿隧道纵向地层变形存在超前和滞后两方面特征。通过对隧道施工拱顶沉降变化及分布规律进行总结，得沿隧道纵向轴线所产生的地层变形的一般规律。地层纵向变形可划分为三个区域，即前期变形区、施工变形区和后续变形区。前期变形区：当隧道开挖工作面尚未到达该区域，由于工作面支护力不足等原因，导致工作面前方岩土体向后、向下移动，该区域地层表现为微小下沉。施工变形区：在施工阶段，由于隧道开挖，隧道周边的岩土体必然向隧道内移动，一方面隧道开挖后不可能马上提供支护，另一方面支护也不可能完全阻止地层向隧道内的变形，施工变形区地层必然出现较大的下沉，施工变形区地层变形通常在1月内完成。后续变形区：在隧道开挖工作面通过后的很长一段时间内，后续变形区地层变形仍在不断发展，后续变形区地层变形主要是由于土体的次固结沉降和蠕变变形引起的。

3、地层变形控制方法

3.1在掌子面对隧道周边地层进行注浆处理

浅埋暗挖隧道第VI标段设计以V、VI级围岩为主，其中V级围岩784m、VI级围岩93.1m。从进洞起始，相继穿越淤泥质粉质黏土、粉质黏土、含砾粉质黏土、粉质黏土混碎石、含砾粉质黏土、全风化凝灰质粉砂岩、强风化凝灰质粉砂岩、中风化凝灰质粉砂岩、强风化粉砂岩，地层总体呈“上软下硬”，以软弱围岩居多。本工程针对软弱地层及下穿城市主流交通要道采用超前管棚（分为Φ108mm大管棚、Φ89mm中管棚）、周边预注浆、超前小导管注浆（Φ42mm）等注浆加固工艺，改善围岩工程特性，有效控制了地层变形。暗挖隧道从明暗交界段的北口竖井进洞，洞口段埋深最浅处仅9.2m（地面标高至拱顶标高），洞口段为Ⅵ级围岩，主要为淤泥质粉质黏土，含水率较高，隧道洞口围岩易受隧道施工扰动而产生变形，其施工安全风险相对较大。暗挖隧道进洞段通过施工超前大管棚对隧道周边地层进行预加固，改善地层特性，提高周边土体c、φ值，从而有效的控制了进洞段地层变形，成功保证进洞段的施工安全。

3.2地层含水率控制

地下水的存储会对岩土体的物理力学性质造成一定的削减，因此本工程地下水控制在一定程度上影响隧道施工风险大小。由于隧道东西两线同时下穿沿山河，为降低沿山河段隧道围岩含水率，控制地层变形，隧道穿越河流施工前对河流采取“截”、“引排”措施（黏土围堰+导流管），减小河水的下渗量和开挖面土层含水率。并在围堰内设置拉森钢板及高压旋喷桩，防止河道下部地下水朝水平向渗透，两者协调配合，将地下水这一风险源带来的施工风险降到最低。

3.3初支背后注浆

由于隧道施工过程中出现超挖现象，导致隧道初期支护及围岩不密实，隧道初期支护后处于空腔状态，支护与围岩间不能变形和受力，造成围岩变形加速。为进一步控制隧道围岩变形，将隧道施工过程中通过对初支背后进行注浆加固，最大程度的减小由于初支背后空腔引起的附加地层变形。

3.4确定合适循环进尺

循环进尺越小，隧道开挖对地层的扰动越小，但同时也会增加工期和施工难度，故应结合具体监测数据确定循环进尺的大小。根据隧道现场实际地质情况及类似工程经验，施工过程中采用50cm的循环进尺进行施工，进行支护。现场监测数据显示，在此循环进尺下地层变形正常，无异常变形情况发生。

3.5增加初期支护刚度

对于软弱地层隧道施工，通过提高初期支护的承载力、抗变形能力和保持拱脚的稳定性，可有效避免地层大变形。通过对隧道原设计拱架体系进行优化，在原有系统锚杆的基础上增设锁脚锁腰锚杆，同时增加Φ22U型筋将锚杆与拱架锁紧卡死，牢固焊接成整体，使拱架形成良好的刚性支撑体系。

3.6按路面对地表沉降控制标准要求的验证

由于城市建设对路面的影响主要在于地面沉降和开裂，降低了日常行车的舒适度，只要隧道施工中严格控制施工质量，就不会影响道路的安全。通过综合分析对比路面修复和控制地表沉降，认为城市施工中控制地表沉降达到30mm以内所投入的费用远高于路面修复的费用，且时间较长，故此地表沉降对路面的影响不作为制定地表沉降控制基准值的考虑重点。

4、结语

对于城市浅埋隧道，进尺长度应慎重。尽量采用短进尺，一方面有利于降低施工对围岩的扰动，另一方面缩短了开挖后土体的裸露时间，应尽早完成支护，对土体变形进行约束，同时围岩的完整性、埋深是影响围岩发生水平、竖向位移的重要因素。我国各个城市的地质特点不同，因此我们结合地区地质特点，以现场监测数据为支撑，对地层竖向、纵向变形规律进行研究，得到了该地区地层沉降典型规律。针对地层变形影响因素，并结合现场施工实际情况提出了一系列地层变形控制方法。

参考文献：

[1]JTGD70—2004公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]TB10003—99铁路隧道设计规范[S].北京：中国铁道出版社，1999.