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哈爾濱地鐵人防改建工程施工監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

文檔作者：段寶福，翟成波，李洪春，翁現(xiàn)合文檔來源：山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年05月10日
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76施工技術(shù)CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY2012年12月下第41卷第379期哈爾濱地鐵人防改建工程施工監(jiān)測(cè)技術(shù)研究段寶福，翟成波，李洪春，翁現(xiàn)合(山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266510)【摘要]根據(jù)季節(jié)性凍土地區(qū)復(fù)雜環(huán)境下人防改建工程的監(jiān)測(cè)成果，對(duì)影響施工安全的主要因素做了綜合的分析和探討。研究成果表明：隧道擴(kuò)挖施工破壞了原有結(jié)構(gòu)受力平衡，存在應(yīng)力再次釋放的過程，該應(yīng)力重分布的過程對(duì)建筑物沉降和隧道圍巖變形影響較小，對(duì)地表沉降有一定的影響；凍融現(xiàn)象對(duì)暗挖施工區(qū)間建筑物沉降和隧道變形基本無影響，但對(duì)處于交通要道處的地表沉降影響較大?！娟P(guān)鍵詞]地鐵工程；隧道；凍土；監(jiān)測(cè)；隧道擴(kuò)挖【中圖分類號(hào)】TU927；TUl96．1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)j 1002-8498(2012)24-0076-03Research on Monitoring Technology in the Retrofitting of theHarbin Civil Air-defense ProjectDuan Baofu，Zhai Chengbo，Li Hongchun，Weng Xianhe(Shandong Civil Engineering Disaster—reduction Key Laboratories，Qingdao，Shandong 2665 1 0，China)Abstract：Based on珥onitoring results on the retrofitting of air—defense projects under complexenvironment in seasonal frost zone，the key influence factors on construction safety are comprehensivelyanalyzed and discussed．The research results show that the enlarged digging construction of tunnelsdamaged the original force equilibrium and generated a second stress release procedure．This stressredistribution had little influence on building settlement and displacement of surrounding rock，but had acertain impact to the ground settlement．The freezing and thawing phenomenon has nearly no influence tothe buildings settlements and tunnel deformations，but has afairly big influence to the ground settlementof main roads，Key words：subways；tunnel；frost；monitor；tunnel enlarge digging為緩解城市地面交通緊張狀況，促進(jìn)城市綜合交通的發(fā)展，改善投資環(huán)境，并及早發(fā)揮“7381”人防工程的客運(yùn)效益，使之盡早為社會(huì)服務(wù)，黑龍江省和哈爾濱市兩級(jí)政府決定利用“738l”人防工程，建設(shè)哈爾濱市軌道交通一期工程。對(duì)于城市繁華地區(qū)既有人防改造擴(kuò)挖成大斷面隧道施工技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外都很罕見。另外，“7381”隧道工程已竣工30多年，隧道洞體貫穿城市建設(shè)中心區(qū)，人文活動(dòng)和工程建設(shè)頻繁，隧道結(jié)構(gòu)竣工以來，大部分地段狀態(tài)良好，沒有發(fā)生隧道．結(jié)構(gòu)自身造成的坍塌、垮落等結(jié)構(gòu)性問題，但個(gè)別地段仍出現(xiàn)了不少隧道病害癥狀。近幾年，曾出現(xiàn)多次大面積洞內(nèi)滲水，隧道沿線的市區(qū)給排水干線和地面建筑物給排水管線的滲漏跑水造成主隧道多處地段滲漏水，個(gè)別地段滲漏已達(dá)數(shù)年之久；兩[收稿日期]2012-02—18[作者簡(jiǎn)介]段寶福，副教授，E—mail：7174606888@qq．eom次局部地段發(fā)生施工井塌方，個(gè)別地段的隧道襯砌受到局部人為破壞，其中有些工程施工時(shí)鉆孔打穿了隧道的拱圈；有些地段隧道上部的永久荷載發(fā)生變化；隧道襯砌表面還有一些裂縫、蜂窩、麻面等缺陷。因此，在隧道擴(kuò)挖改造過程中如何確保施工安全和施工進(jìn)度成為本項(xiàng)目面臨的挑戰(zhàn)。本文以哈爾濱人防改建工程為背景，分析了工程現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)控量測(cè)成果，并對(duì)影響施工安全的主要因素做了綜合的分析和探討。l工程概況哈爾濱地鐵一期工程龍江街站一煙廠站區(qū)間為“7381”人防改建區(qū)段，該區(qū)間位于哈爾濱市繁華的東大直街道路下，周邊主要為居民住宅區(qū)和商業(yè)用房，道路及兩側(cè)地下管線密布。哈爾濱地區(qū)為季節(jié)性凍土，且該地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)凍深為2．Om，場(chǎng)區(qū)2m深度內(nèi)土層為凍脹土，平均凍脹率3．5(∞≤6，凍脹等級(jí)為Ⅲ級(jí)。根據(jù)勘察資料，沿線隧道主要以粉質(zhì)黏萬方數(shù)據(jù)段寶福等：哈爾濱地鐵人防改建工程施工監(jiān)測(cè)技術(shù)研究 77土為主，局部地段有砂層，圍巖級(jí)別均為Ⅵ級(jí)。地下水為孔隙微承壓水和承壓水，局部地段上部土層由于管線滲漏存在上層滯水，會(huì)對(duì)區(qū)間隧道造成滲漏。原有洞體多年未使用，垃圾、淤泥遍布，最深的積水處達(dá)1m。該項(xiàng)目工期緊，地質(zhì)條件復(fù)雜，氣候環(huán)境惡劣，可借鑒的同類工程施工經(jīng)驗(yàn)較少，所以在施工中存在很大難度。在暗挖區(qū)間SKll+748．63l—SKl2+306．520內(nèi)，結(jié)合洞身圍巖條件，根據(jù)“7381”隧道內(nèi)凈空斷面與地鐵隧道設(shè)計(jì)斷面關(guān)系，采取單側(cè)擴(kuò)挖(CD工法)和雙側(cè)擴(kuò)挖(CRD工法)相結(jié)合的施工方法，擴(kuò)挖后及時(shí)噴射混凝土和安裝鋼拱架，重新布設(shè)收斂和拱頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。2 監(jiān)測(cè)方案既有人防擴(kuò)挖施工時(shí)拆除原有結(jié)構(gòu)施工難度大，對(duì)邊墻和底層擾動(dòng)較大，一旦出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性問題，對(duì)臨近地表及建筑物的影響較難控制。由于工程所處的地理位置和地質(zhì)條件，加之既有隧道已經(jīng)建成30余年，受當(dāng)時(shí)施工水平的限制，結(jié)構(gòu)施工縫較多，且混凝土質(zhì)量離散性較大，容易受到地下水的侵蝕。這些難點(diǎn)都對(duì)工程本身的施工控制提出了更高的要求。因此必須密切注意隧道變化，加強(qiáng)隧道監(jiān)控量測(cè)工作。針對(duì)以上問題，除根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分別開展了對(duì)建筑物沉降、地表沉降、拱頂沉降、圍巖收斂等監(jiān)測(cè)工作外(見表1)，在隧道破拆施工時(shí)加密了地表沉降和隧道內(nèi)部的各項(xiàng)量測(cè)工作，密切注意隧道變形特性；在凍土融化和雨季到來時(shí)加大了建筑物和地表沉降以及地下水位的觀測(cè)工作?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)采用整體控制和局部監(jiān)測(cè)相結(jié)合、定期監(jiān)測(cè)與連續(xù)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法。根據(jù)監(jiān)測(cè)成果分析監(jiān)測(cè)工作的不足之處，通過改進(jìn)工作方法促使監(jiān)測(cè)成果能更好地反映施工實(shí)際效果。測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。3監(jiān)測(cè)結(jié)果分析按照方案設(shè)計(jì)要求，分別對(duì)建筑物沉降、地表沉降、隧道拱頂沉降和收斂項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況的不同選擇具有代表性的測(cè)點(diǎn)分析。DlG17遼 圖例陽G建筑物沉降點(diǎn)街D地表沉降點(diǎn)b隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖1測(cè)點(diǎn)布置示意Fig．1 Arrangement of monitoring points3．1建筑物沉降對(duì)于建筑物沉降觀測(cè)，采用高精度水準(zhǔn)儀對(duì)其進(jìn)行了觀測(cè)。從圖2可以看出，3個(gè)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)變形量均不大，并且在4—6月土體解凍時(shí)沒有發(fā)生明顯的沉降，說明凍融現(xiàn)象對(duì)建筑物沉降基本無影響。從圖3可以看出，監(jiān)測(cè)點(diǎn)在擴(kuò)挖前后的變化量均在允許范圍以內(nèi)，說明隧道擴(kuò)挖對(duì)建筑物沉降影響較小。分析原因，建筑物設(shè)計(jì)施工時(shí)對(duì)該地區(qū)的凍融現(xiàn)象已有考慮；另外既有隧道已建成30余年，開挖之初的擾動(dòng)土體早已穩(wěn)定；擴(kuò)挖施工采用暗挖法施工，僅對(duì)隧道邊墻和仰拱進(jìn)行局部機(jī)械破除，土體擾動(dòng)范圍較小。3．2地表沉降對(duì)于地表沉降觀測(cè)，仍然采用高精度水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀i貝0。從圖4中可以看出，隧道擴(kuò)挖施工掌子面離測(cè)點(diǎn)較近時(shí)對(duì)地表沉降有一定的影響，在擴(kuò)挖施工之后的短時(shí)間內(nèi)有明顯的下沉趨勢(shì)，而后又漸漸趨于穩(wěn)定。隧道擴(kuò)挖施工時(shí)不可避免地?cái)_動(dòng)了地下巖土體；破拆掉部分既有隧道防護(hù)結(jié)構(gòu)以及仰拱的開挖都破壞了隧道結(jié)構(gòu)原有的受力平衡體系，出表1隧道監(jiān)測(cè)項(xiàng)目Table 1 Tunnel monitoring items萬方數(shù)據(jù)78 施工技術(shù) 第4l卷時(shí)間／(年一月一日)圖2建筑物測(cè)點(diǎn)沉降．時(shí)間曲線Fig．2 Settlement-time curves of building擴(kuò)挖面離監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離／m一40 一20 0 20 40曼4#j礦一8血{暨癡圖3擴(kuò)挖前后建筑物沉降變化曲線Fig．3 Effect of enlarge excavation to building現(xiàn)應(yīng)力重分布的過程，形成一定的旎工影響范圍，并波及到地表，出現(xiàn)施工沉降槽。但由于隧道內(nèi)部新的支護(hù)體系與隧道圍巖在短時(shí)間內(nèi)就能形成新的受力體系，且隧道圍巖應(yīng)力釋放逐漸完畢，隧道結(jié)構(gòu)受力很快便趨于穩(wěn)定，地表沉降亦隨之逐漸穩(wěn)定且累計(jì)變形量不大。擴(kuò)挖面離監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離^n25—20一15一10—5 o 5 10 15 20一‘ ≯名蚓 —茲／鑫嗡 —卜D17P?！?世30---41-D9蛙圖4擴(kuò)挖對(duì)地表沉降變化影響曲線Fig．4 Effect of enlarge excavation to surface從圖5可以看出，監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)均在4月中下旬之后出現(xiàn)沉降速率增大的現(xiàn)象。這主要是由于當(dāng)?shù)貧鉁鼗嘏?，地表出現(xiàn)了凍融現(xiàn)象，加之雨水充沛，地處要道路面活荷載較大。另外，在修建城市給排水管道等工程時(shí)，由于施工質(zhì)量的問題，在個(gè)別路段下方存在土體不密實(shí)甚至留有空洞的現(xiàn)象。隧道擴(kuò)挖時(shí)該部分土體被擾動(dòng)，襯砌背后一些空隙逐漸閉合，導(dǎo)致地表出現(xiàn)了較大的沉降。時(shí)間／(年一月～日)N口nN女口noh目一h目一。。NNo一一No一一Nno—NNJnn目々々々””∽∽t^∞口口ooooooooooooooooooooooooooooooo三￡蛔逝避圖5地表測(cè)點(diǎn)沉降·時(shí)間曲線Fig,5 Settlement-time curve of surface3．3拱頂沉降和隧道收斂由圖6和圖7拱頂沉降和隧道收斂的觀測(cè)結(jié)果可以看出，隧道擴(kuò)挖施工對(duì)這兩者都有一定的影Ⅱ向，變化曲線都在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了急劇變化的階段，但累計(jì)變形量較小。以測(cè)點(diǎn)LYl5為例，在4月上旬時(shí)該點(diǎn)拱頂和收斂觀測(cè)值在短期內(nèi)變化比較大，尤其是收斂速率出現(xiàn)了急劇增大的過程，之后又很快趨于穩(wěn)定。分析原因是因?yàn)閿U(kuò)挖施工拆除了部分隧道邊墻和仰拱，并在臨近圍巖中形成新的塑性區(qū)，使地下巖土體原有的物理力學(xué)平衡發(fā)生調(diào)整和轉(zhuǎn)化，達(dá)到新的平衡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)；加之該處出現(xiàn)了滲水現(xiàn)象，土體強(qiáng)度降低，導(dǎo)致該監(jiān)測(cè)點(diǎn)處出現(xiàn)變化速率急劇增大的現(xiàn)象。監(jiān)測(cè)信息反饋之后，施工方及時(shí)架設(shè)鋼拱架、暖射混凝±做了支護(hù)，而后圍巖位移又漸趨于穩(wěn)定。時(shí)間／(年一月一日)跫g=竺跫g g蘭昌昌害竺早萃莘翠亭翠呂答翠翠翠翠壹圭壹魚圭圭2I魚呈魚壹宴咼舄昌昌昌舄蜀￡昌舄昌￡g{咖{啦媾圖6拱]頁(yè)測(cè)點(diǎn)沉降-時(shí)間曲線Fig．6 Settlement-time curve of vault4 結(jié)語晗爾濱地鐵一期“738】，，人黲隧道改建工程監(jiān)控量測(cè)的研究成果如下。1)隧道擴(kuò)挖施工時(shí)，不僅破除了原有支護(hù)結(jié)構(gòu)，還擾動(dòng)了隧道臨近巖體，破壞了原有結(jié)構(gòu)受力平衡，存在應(yīng)力再次釋放的過程。在架設(shè)臨時(shí)支撐(下轉(zhuǎn)第86頁(yè))萬方數(shù)據(jù)施工技術(shù) 第41卷例2％，溶液流速控制在1．5m3／h；泥砂分離器的篩網(wǎng)選擇除砂的分離料度為d。=0．060mm級(jí)別；篩分出的碴料含水率<30％；凈化后的純泥漿的密度<1．29／cm3。帶式壓濾機(jī)的兩個(gè)氣缸調(diào)節(jié)，工程實(shí)踐中，氣缸壓力為2．2～2．5MPa較佳，壓出的泥餅厚度10～15ram，既能保護(hù)好濾布，又能有合適的效果。2．6正常運(yùn)行 。經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試后，各個(gè)設(shè)備的處理能力同步，絮凝劑比例適當(dāng)，就可以將設(shè)備參數(shù)穩(wěn)定下來，由設(shè)備全自動(dòng)處理泥漿；日常安排一個(gè)工人定時(shí)添加絮凝劑；觀察泥漿變化，微調(diào)設(shè)備參數(shù)和管道閥門。組合式泥漿處理系統(tǒng)如圖4所示。盡量安裝在場(chǎng)地中間，可以方便收集各處的泥漿；晚上進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，泥漿從各個(gè)樁機(jī)探槽抽到儲(chǔ)漿池統(tǒng)一存放，白天統(tǒng)一處理，開機(jī)約9一lOh，進(jìn)度高峰期處理12～14h。反應(yīng)桶} 三漿流‰凈翳 × b絮一 ．菇器嚼瞞 I 10 000 4 000 6 000a平面布置b立面圖4組合式泥漿處理設(shè)備平面Fig．4 Plan of slurry treatment equipment3 結(jié)語采用組合式泥漿處理設(shè)備，每處理1m3泥漿的絮凝劑成本約2．4元，設(shè)備運(yùn)行的電費(fèi)成本約5～7元；泥砂分離器和帶式壓濾機(jī)，按正常運(yùn)行，設(shè)備攤銷合約0．34元／m3；濾網(wǎng)等攤銷約0．05元／m3；泥砂分離器和帶式壓濾機(jī)安裝拆卸費(fèi)用約5 000元，三級(jí)沉淀池直接費(fèi)約12 000元。本項(xiàng)目組合泥漿處理系統(tǒng)，已處理泥漿50 000m3，成本折合為50萬元；而泥漿罐車外運(yùn)的當(dāng)?shù)貎r(jià)約為30元／m3，成本約150萬元；故使用泥漿處理系統(tǒng)，節(jié)約成本約100萬元。參考文獻(xiàn)：【1]繆林昌，劉松玉．環(huán)境巖土工程學(xué)概論[M]．北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2005．[2] 周紅波，陳竹昌．施工規(guī)范對(duì)鉆孔樁泥漿性能規(guī)定與分析[J]．施工技術(shù)，2006，35(1)：4l_43．[3] 周光強(qiáng)，丁鋒，蘭斌，等．蘇通大橋鉆孔優(yōu)質(zhì)泥漿制備技術(shù)[J]．施工技術(shù)，2005，34(s1)：190—193．[4]洪蔚，侯世金．鉆孔廢棄泥漿處理管理要求綜述[J]．鐵道勞動(dòng)安全衛(wèi)生與環(huán)保，2009(5)：264-266．(上接第78頁(yè))時(shí)間玎年o。In —t"4 No寸目Ino o 0o o oo o oN N N-月g鏨占一oN一日1口no oo oN f-q圖7收斂測(cè)點(diǎn)位移·時(shí)間曲線Fig．7 Settlement-time curve of convergence體系后，該應(yīng)力重分布的過程對(duì)建筑物沉降和隧道變形影響較小，對(duì)地表沉降有一定的影響。2)隧道擴(kuò)挖施工時(shí)，凍融現(xiàn)象對(duì)交通要道處的地表沉降影響較大，對(duì)建筑物和隧道圍巖變形影響較小。3)臨時(shí)鋼支撐的架設(shè)對(duì)拱頂沉降和地表沉降的控制效果較好，可有效地抵制隧道變形，表明臨時(shí)支護(hù)措施是及時(shí)和安全的。參考文獻(xiàn)：[1] 張頂立，黃俊．地鐵隧道施工拱頂下沉值的分析與預(yù)測(cè)[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24(10)：1703—1707．[2] 胡學(xué)兵，馬建清，李勇，等，密集建筑群下城市淺埋大跨隧道設(shè)計(jì)研究[J]．公路交通技術(shù)，2007(s1)：91-95．[3] 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