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哈尔滨地铁人防改建工程施工监测技术研究

文档作者：段宝福，翟成波，李洪春，翁现合文档来源：山东省土木工程防灾减灾重点实验室		点击数：	更新时间： 2025年05月10日
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76施工技术CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY2012年12月下第41卷第379期哈尔滨地铁人防改建工程施工监测技术研究段宝福，翟成波，李洪春，翁现合(山东省土木工程防灾减灾重点实验室，山东青岛 266510)【摘要]根据季节性冻土地区复杂环境下人防改建工程的监测成果，对影响施工安全的主要因素做了综合的分析和探讨。研究成果表明：隧道扩挖施工破坏了原有结构受力平衡，存在应力再次释放的过程，该应力重分布的过程对建筑物沉降和隧道围岩变形影响较小，对地表沉降有一定的影响；冻融现象对暗挖施工区间建筑物沉降和隧道变形基本无影响，但对处于交通要道处的地表沉降影响较大。【关键词]地铁工程；隧道；冻土；监测；隧道扩挖【中图分类号】TU927；TUl96．1 【文献标识码】A 【文章编号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为缓解城市地面交通紧张状况，促进城市综合交通的发展，改善投资环境，并及早发挥“7381”人防工程的客运效益，使之尽早为社会服务，黑龙江省和哈尔滨市两级政府决定利用“738l”人防工程，建设哈尔滨市轨道交通一期工程。对于城市繁华地区既有人防改造扩挖成大断面隧道施工技术，在国内外都很罕见。另外，“7381”隧道工程已竣工30多年，隧道洞体贯穿城市建设中心区，人文活动和工程建设频繁，隧道结构竣工以来，大部分地段状态良好，没有发生隧道．结构自身造成的坍塌、垮落等结构性问题，但个别地段仍出现了不少隧道病害症状。近几年，曾出现多次大面积洞内渗水，隧道沿线的市区给排水干线和地面建筑物给排水管线的渗漏跑水造成主隧道多处地段渗漏水，个别地段渗漏已达数年之久；两[收稿日期]2012-02—18[作者简介]段宝福，副教授，E—mail：7174606888@qq．eom次局部地段发生施工井塌方，个别地段的隧道衬砌受到局部人为破坏，其中有些工程施工时钻孔打穿了隧道的拱圈；有些地段隧道上部的永久荷载发生变化；隧道衬砌表面还有一些裂缝、蜂窝、麻面等缺陷。因此，在隧道扩挖改造过程中如何确保施工安全和施工进度成为本项目面临的挑战。本文以哈尔滨人防改建工程为背景，分析了工程现场施工监控量测成果，并对影响施工安全的主要因素做了综合的分析和探讨。l工程概况哈尔滨地铁一期工程龙江街站一烟厂站区间为“7381”人防改建区段，该区间位于哈尔滨市繁华的东大直街道路下，周边主要为居民住宅区和商业用房，道路及两侧地下管线密布。哈尔滨地区为季节性冻土，且该地区标准冻深为2．Om，场区2m深度内土层为冻胀土，平均冻胀率3．5(∞≤6，冻胀等级为Ⅲ级。根据勘察资料，沿线隧道主要以粉质黏万方数据段宝福等：哈尔滨地铁人防改建工程施工监测技术研究 77土为主，局部地段有砂层，围岩级别均为Ⅵ级。地下水为孔隙微承压水和承压水，局部地段上部土层由于管线渗漏存在上层滞水，会对区间隧道造成渗漏。原有洞体多年未使用，垃圾、淤泥遍布，最深的积水处达1m。该项目工期紧，地质条件复杂，气候环境恶劣，可借鉴的同类工程施工经验较少，所以在施工中存在很大难度。在暗挖区间SKll+748．63l—SKl2+306．520内，结合洞身围岩条件，根据“7381”隧道内净空断面与地铁隧道设计断面关系，采取单侧扩挖(CD工法)和双侧扩挖(CRD工法)相结合的施工方法，扩挖后及时喷射混凝土和安装钢拱架，重新布设收敛和拱顶监测点并加强监测。2 监测方案既有人防扩挖施工时拆除原有结构施工难度大，对边墙和底层扰动较大，一旦出现结构性问题，对临近地表及建筑物的影响较难控制。由于工程所处的地理位置和地质条件，加之既有隧道已经建成30余年，受当时施工水平的限制，结构施工缝较多，且混凝土质量离散性较大，容易受到地下水的侵蚀。这些难点都对工程本身的施工控制提出了更高的要求。因此必须密切注意隧道变化，加强隧道监控量测工作。针对以上问题，除根据相关标准分别开展了对建筑物沉降、地表沉降、拱顶沉降、围岩收敛等监测工作外(见表1)，在隧道破拆施工时加密了地表沉降和隧道内部的各项量测工作，密切注意隧道变形特性；在冻土融化和雨季到来时加大了建筑物和地表沉降以及地下水位的观测工作。现场监测采用整体控制和局部监测相结合、定期监测与连续监测相结合的方法。根据监测成果分析监测工作的不足之处，通过改进工作方法促使监测成果能更好地反映施工实际效果。测点布置如图1所示。3监测结果分析按照方案设计要求，分别对建筑物沉降、地表沉降、隧道拱顶沉降和收敛项目进行监测。根据现场情况的不同选择具有代表性的测点分析。DlG17辽 图例阳G建筑物沉降点街D地表沉降点b隧道监测点布置图1测点布置示意Fig．1 Arrangement of monitoring points3．1建筑物沉降对于建筑物沉降观测，采用高精度水准仪对其进行了观测。从图2可以看出，3个测点的累计变形量均不大，并且在4—6月土体解冻时没有发生明显的沉降，说明冻融现象对建筑物沉降基本无影响。从图3可以看出，监测点在扩挖前后的变化量均在允许范围以内，说明隧道扩挖对建筑物沉降影响较小。分析原因，建筑物设计施工时对该地区的冻融现象已有考虑；另外既有隧道已建成30余年，开挖之初的扰动土体早已稳定；扩挖施工采用暗挖法施工，仅对隧道边墙和仰拱进行局部机械破除，土体扰动范围较小。3．2地表沉降对于地表沉降观测，仍然采用高精度水准仪进行观i贝0。从图4中可以看出，隧道扩挖施工掌子面离测点较近时对地表沉降有一定的影响，在扩挖施工之后的短时间内有明显的下沉趋势，而后又渐渐趋于稳定。隧道扩挖施工时不可避免地扰动了地下岩土体；破拆掉部分既有隧道防护结构以及仰拱的开挖都破坏了隧道结构原有的受力平衡体系，出表1隧道监测项目Table 1 Tunnel monitoring items万方数据78 施工技术 第4l卷时间／(年一月一日)图2建筑物测点沉降．时间曲线Fig．2 Settlement-time curves of building扩挖面离监测点的距离／m一40 一20 0 20 40曼4#j矿一8血{暨痴图3扩挖前后建筑物沉降变化曲线Fig．3 Effect of enlarge excavation to building现应力重分布的过程，形成一定的旎工影响范围，并波及到地表，出现施工沉降槽。但由于隧道内部新的支护体系与隧道围岩在短时间内就能形成新的受力体系，且隧道围岩应力释放逐渐完毕，隧道结构受力很快便趋于稳定，地表沉降亦随之逐渐稳定且累计变形量不大。扩挖面离监测点的距离^n25—20一15一10—5 o 5 10 15 20一‘ ≯名蚓 —兹／鑫嗡 —卜D17P。‘ 世30---41-D9蛙图4扩挖对地表沉降变化影响曲线Fig．4 Effect of enlarge excavation to surface从图5可以看出，监测测点均在4月中下旬之后出现沉降速率增大的现象。这主要是由于当地气温回暖，地表出现了冻融现象，加之雨水充沛，地处要道路面活荷载较大。另外，在修建城市给排水管道等工程时，由于施工质量的问题，在个别路段下方存在土体不密实甚至留有空洞的现象。隧道扩挖时该部分土体被扰动，衬砌背后一些空隙逐渐闭合，导致地表出现了较大的沉降。时间／(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￡蛔逝避图5地表测点沉降·时间曲线Fig,5 Settlement-time curve of surface3．3拱顶沉降和隧道收敛由图6和图7拱顶沉降和隧道收敛的观测结果可以看出，隧道扩挖施工对这两者都有一定的影Ⅱ向，变化曲线都在短时间内出现了急剧变化的阶段，但累计变形量较小。以测点LYl5为例，在4月上旬时该点拱顶和收敛观测值在短期内变化比较大，尤其是收敛速率出现了急剧增大的过程，之后又很快趋于稳定。分析原因是因为扩挖施工拆除了部分隧道边墙和仰拱，并在临近围岩中形成新的塑性区，使地下岩土体原有的物理力学平衡发生调整和转化，达到新的平衡状态和稳定状态；加之该处出现了渗水现象，土体强度降低，导致该监测点处出现变化速率急剧增大的现象。监测信息反馈之后，施工方及时架设钢拱架、暖射混凝±做了支护，而后围岩位移又渐趋于稳定。时间／(年一月一日)跫g=竺跫g g兰昌昌害竺早萃莘翠亭翠吕答翠翠翠翠壹圭壹鱼圭圭2I鱼呈鱼壹宴呙舄昌昌昌舄蜀￡昌舄昌￡g{咖{啦媾图6拱]页测点沉降-时间曲线Fig．6 Settlement-time curve of vault4 结语晗尔滨地铁一期“738】，，人黪隧道改建工程监控量测的研究成果如下。1)隧道扩挖施工时，不仅破除了原有支护结构，还扰动了隧道临近岩体，破坏了原有结构受力平衡，存在应力再次释放的过程。在架设临时支撑(下转第86页)万方数据施工技术 第41卷例2％，溶液流速控制在1．5m3／h；泥砂分离器的筛网选择除砂的分离料度为d。=0．060mm级别；筛分出的碴料含水率<30％；净化后的纯泥浆的密度<1．29／cm3。带式压滤机的两个气缸调节，工程实践中，气缸压力为2．2～2．5MPa较佳，压出的泥饼厚度10～15ram，既能保护好滤布，又能有合适的效果。2．6正常运行 。经过联合调试后，各个设备的处理能力同步，絮凝剂比例适当，就可以将设备参数稳定下来，由设备全自动处理泥浆；日常安排一个工人定时添加絮凝剂；观察泥浆变化，微调设备参数和管道阀门。组合式泥浆处理系统如图4所示。尽量安装在场地中间，可以方便收集各处的泥浆；晚上进行混凝土浇筑时，泥浆从各个桩机探槽抽到储浆池统一存放，白天统一处理，开机约9一lOh，进度高峰期处理12～14h。反应桶} 三浆流‰净翳 × b絮一 ．菇器嚼瞒 I 10 000 4 000 6 000a平面布置b立面图4组合式泥浆处理设备平面Fig．4 Plan of slurry treatment equipment3 结语采用组合式泥浆处理设备，每处理1m3泥浆的絮凝剂成本约2．4元，设备运行的电费成本约5～7元；泥砂分离器和带式压滤机，按正常运行，设备摊销合约0．34元／m3；滤网等摊销约0．05元／m3；泥砂分离器和带式压滤机安装拆卸费用约5 000元，三级沉淀池直接费约12 000元。本项目组合泥浆处理系统，已处理泥浆50 000m3，成本折合为50万元；而泥浆罐车外运的当地价约为30元／m3，成本约150万元；故使用泥浆处理系统，节约成本约100万元。参考文献：【1]缪林昌，刘松玉．环境岩土工程学概论[M]．北京：中国建材工业出版社，2005．[2] 周红波，陈竹昌．施工规范对钻孔桩泥浆性能规定与分析[J]．施工技术，2006，35(1)：4l_43．[3] 周光强，丁锋，兰斌，等．苏通大桥钻孔优质泥浆制备技术[J]．施工技术，2005，34(s1)：190—193．[4]洪蔚，侯世金．钻孔废弃泥浆处理管理要求综述[J]．铁道劳动安全卫生与环保，2009(5)：264-266．(上接第78页)时间玎年o。In —t"4 No寸目Ino o 0o o oo o oN N N-月g錾占一oN一日1口no oo oN f-q图7收敛测点位移·时间曲线Fig．7 Settlement-time curve of convergence体系后，该应力重分布的过程对建筑物沉降和隧道变形影响较小，对地表沉降有一定的影响。2)隧道扩挖施工时，冻融现象对交通要道处的地表沉降影响较大，对建筑物和隧道围岩变形影响较小。3)临时钢支撑的架设对拱顶沉降和地表沉降的控制效果较好，可有效地抵制隧道变形，表明临时支护措施是及时和安全的。参考文献：[1] 张顶立，黄俊．地铁隧道施工拱顶下沉值的分析与预测[J]．岩石力学与工程学报，2005，24(10)：1703—1707．[2] 胡学兵，马建清，李勇，等，密集建筑群下城市浅埋大跨隧道设计研究[J]．公路交通技术，2007(s1)：91-95．[3] 李二兵，王镝，王源，等．城市复杂条件下浅埋大跨双连拱隧道施工变形监测与控制[J]．岩石力学与工程学报，2007，26(4)：833—839．[4] 刘泉声，白山云，肖春喜，等．基于现场监控量测的龙潭隧道施工期围岩稳定性研究[J]．岩石力学与工程学报，2007，26(10)：1982—1990．[5] 王梦恕．地下工程浅埋暗挖技术通论[M]．合肥：安徽教育出版社，2004．[6] 二滩水电开发有限责任公司．岩土工程安全监测手册[M]．北京：中国水利水电出版社，1999．[7] 袁勇，王胜辉，杜国平，等．双连拱隧道支护体系现场监测试验研究[J]．岩石力学与工程学报，2005，24(3)：480-484．∞N-co_o—oN 寸oI寸olo—oN _【一I寸oIo—oN onI吕lo—oN 母oI∞oIo—oN cl删90_0一oNo1七o4弓七1。Pg

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