摘要：文章針對(duì)鐵路隧道下穿運(yùn)營期高速公路施工時(shí)極易對(duì)公路及其附屬構(gòu)筑物帶來的不良影響，通過構(gòu)建隧道地表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)高速公路及其附屬構(gòu)筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)隧道不同位置地質(zhì)情況及施工風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行了合理分級(jí)，并依據(jù)分級(jí)進(jìn)行專項(xiàng)觀測(cè)方案設(shè)計(jì)與調(diào)整，監(jiān)測(cè)成果極大地降低了施工成本及風(fēng)險(xiǎn)，保障了隧道施工及公路行車安全。研究成果對(duì)下穿高速公路隧道施工安全監(jiān)測(cè)有一定的參考意義。

　　關(guān)鍵詞：監(jiān)測(cè)系統(tǒng);下穿隧道;自動(dòng)化監(jiān)測(cè);地表沉降;路基分層沉降

　　0 引言

　　隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，受地形和地勢(shì)等限制，公路和鐵路之間互相交疊、交叉等問題不斷出現(xiàn)，導(dǎo)致下穿既有建筑物的隧道工程明顯增多。因下穿隧道施工技術(shù)難度大、不確定性因素多、事故導(dǎo)致的社會(huì)影響嚴(yán)重等原因，引起了國內(nèi)外專家學(xué)者的高度關(guān)注[1-5]。其中，鐘巧榮等[6]研究了下穿危舊建筑物時(shí)淺埋暗挖法的關(guān)鍵施工技術(shù);姚海波等[7]通過研究采用水平長管棚支護(hù)技術(shù)和在隧道上半斷面注漿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了熱力隧道下穿地面建筑物的安全施工;曹全[8]分析了地鐵隧道在頂進(jìn)式公鐵立交橋下通過時(shí)的處理技術(shù)。

　　在隧道施工過程中，為確保施工安全，掌握圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)信息，驗(yàn)證隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)效果，確認(rèn)支護(hù)參數(shù)和施工方法的合理性，對(duì)隧道進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)是非常必要的。杜小虎等[9]結(jié)合陜京天然氣進(jìn)京隧道下穿城鐵施工等工程，介紹了采用動(dòng)態(tài)、靜態(tài)測(cè)量相結(jié)合的方法對(duì)運(yùn)營中的城市鐵路進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法;尚艷亮[10]針對(duì)華師站至崗頂站地鐵隧道下穿崗頂酒店大樓施工中存在的某些問題，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)。

　　因此，為了更有效地確保施工安全，降低施工成本及風(fēng)險(xiǎn)，本文采用多種檢測(cè)手段構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)某鐵路隧道下穿運(yùn)營中的高速公路及其附屬構(gòu)筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果運(yùn)用于施工指導(dǎo)。

　　1 問題的提出

　　某高鐵隧道下穿高速公路，交叉影響段長度為113m，交叉夾角約55°，高速公路路面距隧道洞頂距離僅23m，公路邊坡?lián)鯄A(chǔ)距隧道開挖輪廓線最小距離僅4m。隧道周邊巖層分布如下頁圖1所示。

　　隧道通過地區(qū)屬低山峰叢洼地及溶蝕丘陵地貌，溶蝕溝槽、溶蝕洼地、漏斗發(fā)育。隧道進(jìn)口下穿段地表有坡殘積黏土和下伏灰?guī)r，開挖揭露坡殘積黏土層厚度變化大，局部存在淺表層豎向巖溶管道。隧道下穿段通過的地層及巖性有第四系全新統(tǒng)人工填筑(Q4ml)碎石土、坡殘積(Q4dl+el)黏土，斷層破碎帶(Fr)壓碎巖及角礫巖，二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、燧石灰?guī)r。

　　如圖1所示，隧道開挖影響區(qū)的各層巖土體特點(diǎn)為：

　　(1)路面瀝青混凝土層：具有很好的粘聚力和較高的摩擦系數(shù)，對(duì)路基層的不均勻沉降具有一定的抵抗能力。

　　(2)碾壓碎石土層：可傳遞荷載，但土體的粘聚力極差，若下伏土層變形極易松弛并快速變形。

　　(3)殘坡積黏土層：土體自穩(wěn)能力很差，層厚差異很大，但具有一定的粘聚力，對(duì)小范圍的巖溶管道內(nèi)充填物失穩(wěn)誘發(fā)的變形具有一定的抵抗變形能力。

　　(4)厚層灰?guī)r：自穩(wěn)能力好，但溶蝕極為發(fā)育，淺表層豎向巖溶管道發(fā)育，規(guī)模大小不一。

　　(5)豎向巖溶管道發(fā)育區(qū)：豎向巖溶管道內(nèi)多充填無自穩(wěn)能力的可軟塑狀黏土。

　　鐵路隧道下穿高速公路交叉段平面位置如圖2所示。在隧道開挖過程中，豎向巖溶管道充填物無自穩(wěn)能力，在開挖揭露過程中基本會(huì)失穩(wěn);管道充填物失穩(wěn)后，坡殘積黏土層具有一定粘聚力，可抵抗部分變形;若時(shí)間持續(xù)較久或變形范圍大，其也將產(chǎn)生剪切破壞;路基為碾壓碎石層，雖密實(shí)度高，但無粘聚力，坡殘積黏土層失穩(wěn)后其將快速失穩(wěn)，造成連續(xù)垮塌;其最嚴(yán)重的后果將導(dǎo)致高速公路路面破壞，直接封閉交通。因此，隧道穿越該段高速公路路基段施工過程中極易出現(xiàn)：豎向巖溶管道充填物失穩(wěn)→坡殘積粘土層剪切破壞→高速公路路基碾壓碎石土層快速垮塌→高速公路路面破壞→封閉交通治理。

　　下穿段屬于巖溶極為發(fā)育區(qū)域，主要表現(xiàn)為基巖面起伏大，填充型的溶溝、溶槽及落水洞發(fā)育，施工措施控制不當(dāng)極易引起洞內(nèi)塌方，從而誘發(fā)高速公路路基的失穩(wěn)。

　　2 監(jiān)測(cè)對(duì)象分析

　　考慮工程項(xiàng)目地質(zhì)復(fù)雜性及路線交叉影響，為更快更準(zhǔn)確地獲得交叉段巖土變形信息，根據(jù)高速公路和鐵路隧道的空間位置關(guān)系和構(gòu)筑物危險(xiǎn)級(jí)別，構(gòu)建A、B、C、D、E共5個(gè)不同監(jiān)控等級(jí)的區(qū)域(見圖3)。

　　圖3中，A區(qū)為高速公路路面及路基層(淺表層)：

　　(1)構(gòu)筑物重要性等級(jí)高，危險(xiǎn)級(jí)別為最危險(xiǎn);

　　(2)隧道在高速公路正下方施工，開挖擾動(dòng)可能會(huì)引起路面開裂、沉陷，對(duì)高速行駛的車輛造成威脅;

　　(3)人工碎石土層粘聚力極差，下方施工擾動(dòng)易造成路面與路基差異沉降，出現(xiàn)脫空;

　　(4)隧道爆破聲響及振動(dòng)會(huì)影響高速公路駕駛員的正常駕駛。

　　B區(qū)為高速公路路基層(深層填方土體)：

　　(1)構(gòu)筑物重要性等級(jí)高，危險(xiǎn)級(jí)別為危險(xiǎn);

　　(2)人工填筑碎石土層粘聚力極差，坡殘積黏土層自穩(wěn)能力差[11]，隧道開挖深度處于淺表層豎向巖溶管道發(fā)育區(qū)，開挖過程中易引起巖溶管道充填物涌出，造成路基脫空、塌陷;

　　(3)該路基由高填方填筑而成，且路床處于斜坡上，填筑體正下方隧道施工擾動(dòng)易引起部分或整體路基側(cè)向滑移。

　　C區(qū)為高速公路右側(cè)坡腳擋墻：

　　(1)構(gòu)筑物重要性等級(jí)較高，危險(xiǎn)級(jí)別為較危險(xiǎn);

　　(2)隧道下穿坡腳擋墻，隧道拱頂距擋墻基底僅4m。隧道爆破開挖擾動(dòng)易對(duì)擋墻基礎(chǔ)的穩(wěn)定造成一定影響，繼而影響坡體穩(wěn)定[12]。

　　D區(qū)和E區(qū)為淺埋段地表(D區(qū)位于公路路線右側(cè)，E區(qū)位于公路路線左側(cè))：

　　該區(qū)域地表無構(gòu)筑物，構(gòu)筑物重要性等級(jí)低，危險(xiǎn)級(jí)別為一般，對(duì)公路運(yùn)營暫無重大安全隱患。

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