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摘要：在隧道巡查中发现紧邻某旧城改造项目B区基坑的地铁区间隧道二衬结构有两条较长的裂缝存在，隧道二衬裂缝的存在的位置为：面向东方向，两条裂缝均在隧道横断面对应的11点钟方向处，且两条裂缝的长度均是沿隧道纵向发展。
关键词：隧道监测裂缝原因分析
Duringthetunnelinspectionoftheproject"LinHeCunAreaBReconstuction"，theSupervisionDepartmentofGuangzhouMetrofoundthat（April19th，2012）therearetworelativelylongcracksinthestructureofthemetrotunnel'ssecondaryliningswhichareclosetothefoundationditchofthe"LinHeCunAreaBReconstruction"project.ThepositionofthecracksoftheTunnel'ssecondaryliningsisfacingthedirectionofGuangzhouEastRailwayStation.Furthermore，bothofthecracksarelocatedatthe11o'clockdirectionofthetransectofthetunnel，andtheyaredevelopingalongthetunnelvertically.
Keyword：TunnelSupervision，CauseofCracksAnalysis
1工程概况
1.1工程位置
某项目设两层地下室，局部为三层，基坑工程周长约为766.5m，开挖面积约为29393m2，基坑整体开挖深度为8.4m～14.7m，地铁区间隧道结构紧邻基坑东侧，基坑围护结构外排桩外侧壁距离左线隧道结构外壁约为5.8m～13.6m，内排桩内侧壁距离左线隧道结构外壁约为8.0m～14.8m，而一号线区间隧道埋深约为2.5m～6.0地铁隧道裂缝发现期间基坑正处于开挖放坡工序，见图1。
1.2施工工况简述
基坑工程采用了多种基坑支护形式，主要包括：放坡加土钉、双排桩、角撑和排桩加锚索。其中基坑北侧GH区段采取φ1200@1400钻孔桩+3道预应力锚索，基坑北面JK-1区段采用φ1200@1400钻孔桩+3道角撑支护；基坑北面JK-2区段采用φ1200双排旋挖桩支护，前排桩（φ1200@1400）+后排桩（φ1200@1400），前后排桩采用1000mm厚的压顶板连接，后排桩与地铁隧道的净距不小于5.0m，
图1基坑放坡施工阶段
基坑支护结构形式与JK-2区段基本相同。基坑JK-1区段、JK-2区段与紧邻地铁区间隧道结构的剖面及基坑与隧道的相对位置关系。基坑开挖深度：北侧JK-1区段开挖深度12.6m，JK-2区段为塔楼区，开挖深度为10.2m，
地质资料分析，认为：紧邻JK-1区段和JK-2区段地铁区间隧道结构埋深浅，隧道上方覆土最深约为6.0m，隧道的结构型式为分离式浅埋暗挖马蹄形隧道结构，隧道结构的侧向地层主要为可塑和硬塑的残积粘土层，而底部基本位于全风化泥质砂岩和强风化泥质砂岩。
图2建筑基坑与地铁区间隧道位置关系
1.3与地铁隧道关系
地铁区间隧道结构紧邻基坑东侧，
基坑围护结构外排桩外侧壁距离左线隧道结构外壁约为5.8m～13.6m，内排桩内侧壁距
离左线隧道结构外壁约为8.0m～14.8m，而一号线区间隧道埋深约为2.5m～6.0m。紧邻的地铁区间隧道结构形式，其中基坑JK-1区段和JK-2区段所对应的区间隧道里程范围大致为：ZDIK17+718～ZDIK17+658（详见图2），且隧道结构形式为复合式支护隧道结构，包括有锚杆、初衬、二衬和防水层等。
2对裂缝原因的分析
2.1巡查隧道发现裂缝
紧邻地铁区间隧道二衬结构于2012年4月9日发现有两条较长的裂缝存在，隧道二衬裂缝的存在的位置为：面向东面方向，两条裂缝均在隧道横断面对应的11点钟方向处，且两条裂缝的长度均是沿隧道纵向发展。裂缝存在位置及其所对应的区间里程为：一条对应ZDK17+660～ZDK17+668左右，对应基坑的JK-2区段；另一条对应于ZDK17+700～ZDK17+704左右，对应基坑北侧的JK-1区段，详见图3；
图3紧邻基坑的区间隧道结构监测断面平面布置及裂缝的存在位置
2.2地铁裂缝原因分析
2.2.1根据《地铁隧道二衬结构开裂原因探讨及后续施工控制措施的建议研究报告》和《地铁隧道二衬结构2013年6月新发现裂缝原因探讨及后续控制措施建议研究报告》，隧道裂缝产生的原因归结为：
通过对混凝土搅拌运输车工和混凝土泵车资料及相关参数的调查分析，并结合项目的现场场地布置和材料堆放情况分析，判定混凝土搅拌运输车和泵车是隧道侧上方产生严重超载的可能因素之一；隧道侧上方混凝土泵车作业时产生的振动，是诱发隧道二衬素混凝土开裂的可能影响因素之一；基坑JK1、JK2区段部位侧上方地面具备停放混凝土搅拌运输车和泵车的场地条件，而基坑的JK3~JK6区段的侧上方地面则不具备相应的场地条件；
隧道结构的设计资料表明，基坑JK1、JK2区段侧方隧道为马蹄形复合式支护结构，初期支护为厚300mm的C20喷射混凝土、纵向间距为0.6m的格栅钢架，且设置了长为3.5m、直径为22mm的砂浆锚杆（图4）；二衬为厚度300mm的C25模注混凝土，未配筋（图5），按混凝土结构设计规范计算，二衬开裂时对应的结构弯矩为26.7kN•m/m；
图4地铁区间隧道初衬横断面图5地铁区间隧道初衬施工期间横断面
2.2.2基坑侧上方超载40KPa对隧道结构弯矩影响的模拟计算结果表明，在基坑JK1、JK2区段侧上方超载40KPa，将导致隧道二衬的结构弯矩发生明显改变，其中JK1区段隧道二衬结构弯矩的最大增量为19KNm/m，最大增量部位约在十一点位置；JK2区段由于采用双排桩支护结构，且基坑内侧预留了土台，目前阶段尚未开挖土台，故土体对左线隧道的侧向约束较大，且基坑侧上方超载的相当部分荷载直接传递给了双排桩结构，故JK2区段侧上方超载对隧道二衬的结构弯矩影响相对较小，二衬结构弯矩的最大增量为8KNm/m，十一点位置的最大增量为5KNm/m；
2.2.3水位下降对隧道二衬结构受力影响的计算分析结果表明，水位每下降1.0m，隧道二衬的结构弯矩最大增量为19.5KNm/m，其中十一点位置的弯矩增量为12KNm/m。由此可见，水位下降将对隧道二衬的结构弯矩产生较大的不利影响。
2.2.4侧方卸载对隧道二衬结构受力影响的计算分析结果表明，隧道侧方每卸载10KPa，隧道二衬的结构弯矩最大增量为26KNm/m，且十一点位置的弯矩增量为16KNm/m。由此可见，隧道侧方卸载将对隧道二衬的结构弯矩产生较大的不利影响。
2.2.5土体软化对隧道二衬结构受力影响的计算分析结果表明，自第三道支撑至基底的土体若发生严重软化，将导致二衬弯矩的最大增量为2.2KNm/m。因此，认为基坑内侧土体软化将对隧道二衬结构弯矩产生一定程度的不利影响。
2.2.6地面超载对下方地铁隧道二衬结构的影响分析
由于隧道结构位于基坑东侧，隧道上方的空靠近项目施工场地的一个出入口处，基坑施工过程存在超载的条件，且发现存在混凝土搅拌运输车、混凝土泵车以及出土车出现在该空地。因此，将采用数值模拟手段，分析隧道上方超载的作用对下方地铁隧道二衬结构的受力影响，便于计算模型取为大面积超载40KPa。此外，混凝土泵车在进行泵筑混凝土时会对地面产生一定的振动影响，这点在模拟中暂不予考虑。
分别为地面超载条件下基坑JK-1区段对应的区间隧道结构的轴力、弯矩和剪力变化情况，分别为地面超载条件下基坑JK-2区段对应的区间隧道结构的轴力、弯矩和剪力变化情况。分别为基坑JK-1区段和JK-2区段对应的有限元计算整体模型，根据数据看到，JK-1区段和JK-2区段基坑与隧道之间的地面发生超载时，紧邻的隧道二衬结构弯矩、轴力和剪力均发生了改变，且JK-1区段对应的隧道结构受力改变更加明显，其中地面超载对隧道二衬结构弯矩的增量为19.2KN.m，而JK-2区段对应的隧道二衬变化较小的原因是该区段基坑为双排桩支护结构，地面的超载作用一部分被双排桩所承担。因些，地面超载作用将会对下方的一号线隧道二衬结构造成一定的影响，应当引起重视。见下表：
2.2.7水位变化对隧道二衬结构的影响分析
由于地铁一号线区间隧道为复合式支护隧道桔构，隧道初衬和二衬之间设有防水层，水位的变化将会对二衬结构造成一定的影响。因此，采用模拟手段，分别取隧道上方土层水位下降1m，2m，3m情况下，隧道二衬结构的受力变化特点，借此对隧道结构上方水位的变化对隧道二衬结构造成的影响作研究。
随着隧道上方水位的不断下降，隧道二衬结构的弯矩也在不断增加，弯矩增加量基本与水位下降的幅度成正比关系，水位下降1.0m隧道二衬弯矩最大增量为19.5KNm/m，十一点位置增量为12KNm/m；水位下降2.0m，弯矩最大增量为39.0KNm/m，十一点位置增量为24KNm/m；水位下降3.0m，弯矩最大增量为58.5KNm/m，十一点位置增量为36KNm/m。水位下降对隧道二衬的结构弯矩影响较大。水位下降对应的隧道二衬结构弯矩变化见下表：
2.2.8侧向卸载对隧道二衬结构的影响分析
地铁一号线区间隧道为复合式支护隧道结构，紧邻某旧城改造项目B区深基坑东侧穿过，且隧道埋深较浅，约为6.0m左右，地铁隧道结构外壁距离JK-1和JK-2区段的基坑开挖边线的距离约为8.0m-9.2m，距离较近，因此基坑的侧方开挖导致隧道侧方土体的卸载作用，进而会影响到隧道二衬结构的受力变化。因此，采用模拟手段，分析隧道二衬结构在侧方卸载10KPa、20KPa情况下，隧道二衬结构的受力变化特点，以此研究隧道侧方卸载对隧道二衬结构造成的影响。
随着隧道侧方卸载的不断增加，隧道二衬结构的弯矩也在不断增加，增加量基本与卸载量成正比关系，当隧道侧方卸载10KPa时，隧道二衬弯矩最大增量为26KNm/m，十一点位置增量为16KNm/m；当隧道侧方卸载20KPa时，隧道二衬弯矩最大增量为51.8KNm/m，十一点位置增量为33KNm/m。可见，侧方卸载对紧邻的隧道二衬结构存在一定的影响。
2.2.9基坑底部土体软化对隧道二衬的影响分析
由于某旧城改造项目B区深基坑JK-1区段和JK-2区段已于2011年8月份开挖到底，由于JK-2区段的预留土台还未挖去，并且施做了水平支撑结构，而JK-1区段没有预留土台，且基坑施工到了第三道内撑的位置（已施做第三道内撑，并未继续开挖），又由于此段基坑的暴露时间较长，基底土体会由于卸载或外界因素（如雨水等等）发生软化作用，进而会影响到基坑围护结构自身的侧移，将会对紧邻的地铁一号线区间隧道结构造成一定的影响。因此，采用数值模拟计算，将基坑底部土体的弹性的模量分别折减10倍和100倍，基坑JK-1区段基底土体软化对紧邻隧道结构的影响。表2.4为JK-1区段基坑基底土体软化前后所对应的区间隧道二衬结构位移和受力的变化汇总。基坑基底土体软化前后对应的隧道二衬结构位移和受力变化见下表：
2.3隧道裂缝监测分析
隧道二衬裂缝宽度的监测数据表明，2012年4月26日裂缝的最大宽度为1.22mm（初测值），自开展裂缝宽度监测至今（2012年5月7日），所有裂缝监测点的监测数据表明，裂缝宽度未进一步扩张，且所有裂缝宽度基本呈现缩小趋势，其中最大缩小量为0.034mm；
图6地铁裂缝监测数据分析图离左线1号断面监测点距高/m图7地铁裂缝监测数据分析图离左线2号断面监测点距高/m
图8地铁裂缝监测数据分析图离左线1号断面监测点距高/m。
2.4隧道自动监测数据分析
截止2012年4月30日，靠近基坑的左线隧道断面的最大累计变化量为-3.21mm（Y轴方向，负号表示向西），最大侧移位置为21断面的4号监测点；隧道出现裂缝附近断面的最大侧移累计变化量为-1.78mm（Y轴方向，负号表示向西）；左、右线隧道出现裂缝附近部位各测点的沉降（Z轴方向）均小于1.0mm，不影响地铁的正常行车安全；自开展隧道位移监测至今，隧道的总位移量较小。
2.5水位变化对隧道二衬结构的影响分析
由于地铁一号线区间隧道为复合式支护隧道结构，隧道初衬和二衬之间设有防水层，水位的变化将会对二衬结构造成一定的影响。因此，采用数值模拟手段（有限元模型，见图9），分别取隧道上方土层水位下降1.0m、2.0m、3.0m情况下，隧道二衬结构的受力变化特点，借此研究隧道结构上方水位的变化对隧道二衬结构造成的影响，水位下降对应的隧道二衬结构弯矩变化统计详见表1。
表1水位下降对应的隧道二衬结构弯矩变化
图9隧道二衬结构有限元模型
3施工措施及要求
3.1施工措施
根据设计要求、结合施工方案，总承包单位在保持土台原貌阶段，先施工土台顶部1.0m*1.0m的腰梁和0.8m*0.8m的反撑钢筋混凝土梁于负一层结构与挡土桩间，本反撑体系的浇筑时间为2012年3月12日，混凝土设计强度等级为C35。直至2012年4月9日试块进行28天标准养护见证试验，反撑体系的混凝土抗压结果为40.0~42.7MPa，总承包方组织机械及人员于2012年4月10日着手开挖土台；
已于2012年4月21日停止土台施工作业，对外露的土面进行了临时覆盖以保证水土不流失。并对地铁隧道顶部的临时路作了200厚C30配双层双向12mm直径钢筋网、满铺2mm厚钢板处理；
至此，已经开挖一二期交接位置属于一期土台长度约30.00m（JK-3段），造成该位置的基坑外露，为避免雨季施工导致外露基坑长期受到雨水冲刷、浸泡，影响基坑甚至地铁隧道安全，建议在做好各项安全措施的前提下，加快此段土台（包括JK-3和JK-4段共长约110m）的地下室结构封闭；
要求施工单位严禁在隧道上方行驶及停放大型重型作业车辆，临近地铁一侧不得超设计允许荷载堆放材料及大型设备，督促施工单位落实地铁保护专项方案和应急预案中的要求储备应急物资，以备急需，密切关注地铁隧道、裂缝、基坑监测数据是否有异常变化。
3.2对施工的要求及建议
3.2.1北侧MN施工段应及时采用钢管进行斜撑；
3.2.2东侧JK-2施工段应按计分层、分段卸土及时设砼内撑后方可卸土，加强监测；
3.2.3各段各工序编制施工组织方案并组织专家评审后方可施工；
3.2.4MN-1和EF施工段应严格按设计图纸进行逆作法施工，严禁超挖；
3.2.5JK-2施工段地面严禁超载。
3.2.6完善JK-2施工段的的施工总体流程，明确先撑后挖预留土台等的施工顺序；
3.2.7修改完善在预留土台、反压砂包范围施工角撑的立柱的施工方法，应另行编制在预留土台、反压砂包挖孔的专项方案；
3.2.8完善砼角撑的施工方案，角撑与相邻会所负一层楼盖应有可靠连接角撑应增设连续梁；
3.2.9补充挖运预留土台时对角撑立柱的保护措施工。
4结束语
综上所述，认为基坑施工已对侧方地铁隧道的二衬结构产生了一定程度的不利影响，但未危及地铁隧道的结构安全，不影响地铁的正常运营；并通过后续的基坑施工过程，采用的控制措施，确保地铁隧道和基坑是安全的；
工作巡查及时发现该裂缝病害，使处理措施及时进行起到关键作用，若发现不及时，可能造成的影响，并在处理过程中，做好主管部让与业主各方协调工作，保证施工措施顺利实施到位。
参考文献：
[1]刘庭金主编，B区改造项目二衬开裂原因及控制措施分析华南理工大学，2012.广州
[2]陈宁.地铁工程技术与典型案例分析汇编2011年土建分册