富水砂层条件隧道下穿桥梁工程的风险识别及监测分析

张鑫 高崇坤 王迪

摘 要：隧道工程穿越河流桥梁通常是施工过程中的重大风险源，尤其是在地层孔隙率大、渗透系数大、稳定性难控制的富水砂层内施工。青岛地铁某区间隧道穿越富水砂层地段，其中部分区段下穿张村河及上部桥梁，区间隧道采用明挖法与暗挖法相结合的施工工艺，顺利通过下穿河流桥梁段，施工过程中变形控制和环境影响控制方面效果良好，未造成路面、桥面塌陷、管线破裂等事故，对周边环境未带来不利影响。该地铁隧道在富水砂层条件下顺利下穿桥梁，其成功经验对于类似工程具有较大的参考意义。

关键词：地铁隧道；富水砂层；下穿桥梁；风险识别；监测分析

中图分类号：U445.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）02-0009-04

Abstract： Tunnel crossing river bridge is usually a major source of risk in the construction process， especially inthe construction of water-rich sand layer with large the formation porosity， large permeability coefficient， and difficulty of stability controlling. The tunnel of a certain section of Qingdao Metro passes through the water-rich sand layer， some sections of which underpass the Zhangcun River and the upper bridge. The interval tunnel adopts the construction technology of the combination of the open excavation method and the subsurface excavation method， thus allowing smooth passing through the bridge section of the lower crossing river. The effect of deformation control and environmental impact control in the construction process is good， with no road surface or bridge floor collapse， pipeline rupture and other accidents， and no adverse impact on the surrounding environment. The subway tunnel underpasses the bridge smoothly under the condition of water-rich sand layer， and its successful experience is of great reference significance for similar projects.

Keywords： subway tunnel； water-rich sand layer； underpass bridge； risk identification； monitoring and analysis

1 概述

城市地下工程在特殊地質条件下施工中，岩土体的特殊性质会对施工造成诸多困难，富水砂层是一种常见的地质条件，尤其在城市地下铁道施工中经常遇到，伴随着砂层的胶结程度差，强度低，开挖后洞室稳定性差，变形量大、倾斜等情况，变形也难以控制，甚至会发生塌方等事故，施工难度比较大[1-3]。在水的作用下，砂层物理力学性质将会更加复杂，开挖过程中常诱发涌砂、涌水、流砂等地质灾害，也会发生地表沉降裂缝、地下水位下降等严重环境问题[4-5]。

青岛地铁多处区间穿越地层稳定性难控制的富水砂层地区，尤其是某区间隧道穿越张村河富水砂层段，围岩松散破碎，砂层埋深不一，地下水位较高，且水源补给丰富，工程地质条件极为复杂。如何保障在富水砂层地段的隧道安全施工成为青岛地铁的建设重难点。

2 工程简介

本文研究对象为青岛地铁某区间，下穿张村河砂层段，采用明挖法施工，矩形断面形式，区间隧道与深圳路上现有张村河桥桩水平距离为15.7m。区间内特殊性岩土主要为人工杂填土，其成分以粘性土、砂土为主，局部夹有碎石、碎砖、砼块等，土质不均，土体较松散。主要分布于表层，厚度变化较大，最厚达9.4米，该层均位于隧道洞身之上，且距洞顶多大于8米。

3 区间工程风险源分析及对策

3.1 风险源分析

本区间内土建工程线路较长，施工设计工法暗挖与明挖工艺均有，施工工艺复杂多样，部分区段地质条件差，周边环境复杂，变形及爆破振速控制及其严格，监测技术要求高、周期长，是青岛地铁该线路重大风险源数量最多的一个区间隧道，现对区间隧道主要工程风险描述如下：

（1）区间在YCK42+545.179～YCK43+75.00段暗挖隧

道穿越饱水砾砂层，砾砂层孔隙率大、渗透系数大，若处理措施不当，就会发生涌水涌砂，甚至引发水体倒灌事故，施工难度高。

（2）区间在YSK43+573～YSK43+640穿越张村河，此区间段穿越张村河富水砂层段，Ⅵ级围岩，基坑开挖深度10.5～15.6m，砂层厚度4.5～14.0m不等，地下水位较高，工程地质及水文地质条件复杂。

（3）区间侧穿某路上现有张村河桥，区间结构外皮与桥桩水平距离为15.7m，施工过程中易使桥桩发生变形。

3.2 风险处置对策

区间重大风险源较多，对重大风险源范围内的工程结构和周边环境进行加强监测是本项目的监测重点。

（1）风险源1：区间矿山法暗挖隧道穿越孔隙率大、渗透系数大的饱水砾砂层易发生涌水涌砂，甚至引发水体倒灌事故。

对策：采用轻型井点降水或管井降水，降水井应穿透含水层，井底标高应至少低于隧道仰拱2m，降水井宜布置在双线隧道中间，注浆方式采用可注性较强的填充挤压和剪切劈裂注浆两种方式，同时开挖采用上下台阶保留核心土和临时仰拱法，可有效控制地层变形。

（2）风险源2：区间下穿张村河，采用明挖法施工，钻孔灌注桩外加旋喷止水帷幕，穿越地层富水砂层，下挖过程中容易发生渗漏水、涌水涌砂、基坑变形过大等风险。

对策：在下穿段围护桩上布设深层水平位移和桩顶沉降监测项目（间距为10m），并布设了支撑轴力以监测其支撑的受力情况，确保基坑支护安全可控。现场加密巡视，发现有渗漏水及支护变形较大的情况立即上报。

（3）风险源3：区间侧穿深圳路上现有张村河桥。

对策：对张村河桥布设桥墩沉降及倾斜变形监测点，

并加强对其进行现场巡视，发现桥面结构发生变形后及时上报。

4 现场监测效果分析

依据具体的风险源处不同的施工特点，结合工程地质特点，对该区间地表沉降、围护桩顶位移、地下水位等情况进行了现场监测，做到了科学、合理、信息化监测，促使本区间段地铁施工安全平稳的完成。该区间监测特征点数据汇总如表1。区间各监测项目数据变化曲线如图2-8。

（1）本次地表沉降的监测点位DC02-06所处里程为YSK43+096，根据图1所示，暗挖下穿段隧道地表沉降累计变化最大值出现在监测点DC02-04处，数值为-32.30mm，控制值为-40mm，累计变量小于控制值，其他部位地表沉降点数值均小于DC02-04。

（2）如图2，围护桩顶沉降监测所处里程为ZSK43+157，当从开挖至第一道撑时，QC01-01和QC02-01两个监测点的沉降趋势呈整体急剧下降趋势，当开挖至基坑底部时，上述两个测点出现拱形隆起趋势，此后布设的测点QC04-01、QC04-02与之前两个测点的沉降出现缓慢变形。累计变化最大值出现在基坑东侧处（QC04-01），数值为

-16.85mm，控制值为20mm，累计变量小于控制值，其他部位围护桩顶沉降监测数值均小于QC04-01。

（3）如圖3，桩顶水平位移监测所处里程为YSK43+096，QW01-01、QW02-01、QW02-02三个测点从开挖初时至第一道支撑时，整体变化趋势呈急剧上升，当开挖至基坑底时，上述测点变形变缓直至进入此后的稳定变形阶段。累计变化最大值出现在基坑东侧处（QW02-02），数值为27.28mm，控制值为40mm，累计变量小于控制值，其他部位桩顶水平位移点数值均小于QW02-02。

（4）如图4，地下水位沉降监测所处里程为YSK43+116，从2013年8月23日开始进行地下水位监测直至2014年4月底进入雨季之前，施工段的地下水位一直处于0mm以下的稳定状态。进入雨季之后，施工段的地下水位出现急剧上涨，在2014年8月20日之前，这期间的地下水位呈拱形变化趋势，但水位基本处在0mm以上。累计变化最大值出现在基坑东侧处（SW02），数值为2758mm，控制值为1000mm，累计变量大于控制值，其他部位地下水位沉降数值均小于SW02。

（5）如图5，锚索轴力监测里程为YSK43+076，施工时，锚索施做期时其6个监测点的轴力变化会出现急剧上升的波动期，之后将进入锚索稳定期，轴力基本稳定在某个值。最大值出现在明暗挖结合处（ML01），数值为237.28kN，控制值为100%f2，轴力变量小于控制值，其他部位锚杆内力数值均小于ML01。

（6）如图6，支撑轴力监测里程位于ZSK43+197，从监测开始至开挖至吊脚桩深度时，支撑轴力变化趋势为上升阶段，到锁脚锚杆施工阶段时，轴力变化趋于高值稳定阶段，当开挖深度继续增加，支撑轴力会出现下降趋势直至后期的二次稳定。轴力变化最大值出现在基坑西侧处（ZL05-01），数值为754.27kN，控制值为1867kN，轴力变量小于控制值，其他部位支撑轴力数值均小于ZL05-01。

（7）如图7，孔隙水压力监测里程位于ZSK43+197，整体来看，监测点KY01-01与KY01-02一直处于平稳状态。变化最大值出现在基坑西侧处（KY01-01），数值为11.51kPa，控制值为100%f2，压力变量小于控制值，其他部位空隙水压力数值均小于KY01-01。

（8）如图8，土压力监测点的里程位于ZSK43+197，监测点TY01-01的变化趋势整体呈先稳定后下降，开挖至吊脚桩深度之前土压力呈稳定波动趋势，到锁脚锚杆施工阶段，土压力的变化基本稳定，此后将进入急剧下降至平稳阶段。变化最大值出现在基坑西侧处（TY01-01），数值为6.64kPa，控制值为100%f2，压力变量小于控制值，其他部位土压力数值均小于TY01-01。

5 结论

青岛地铁某区间隧道采用暗挖法与明挖法相结合的施工工法，区间暗挖段穿越饱水砾砂层，明挖段穿越张村河砂层段，工程难度高，文章总结了辽东区间隧道穿越过程遇到工程重难点，分析了风险处理对策，结合现场监测情况，主要得到以下结论：

（1）青岛地区地质条件复杂，地层整体条件较好，但在线路选型中不可避免地穿越富水砂层的情况。由于富水砂层段具有不连续，层厚极不均匀，变化频繁等特点，所以盾构法不适用，因此在复杂条件下，该区间选择了更具有普适性的矿山法暗挖和明挖法进行开挖。

（2）针对暗挖隧道穿越饱水砾砂地层，文中提出采用轻型井点或管井进行降水，注浆方式采用可注性较强的填充挤压和剪切劈裂注浆两种方式，开挖方法采用上下台阶预留核心土和临时仰拱法方法，可有效控制地层变形。

（3）针对明挖隧道穿越张村河和张村河桥等风险工程特点，提出在下穿段围护桩上布设深层水平位移和桩顶沉降监测项目，在张村河桥布设桥墩沉降及倾斜变形监测点，并布设了支撑轴力以监测其支撑的受力情况，确保基坑支护和桥体结构安全可控。

（4）该区间施工过程中整体变形较小，各部位变形随开挖有所发展，但最终趋于平稳，变形可控未发现大变形、开裂等情况。施工过程中变形控制和环境影响控制方面控制效果良好，未造成路面塌陷、管线破裂等事故，对周边环境未带来不利影响。

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