監(jiān)控量測(cè)在洞沖里隧道施工中的應(yīng)用

熊 君，孟陽(yáng)君

(益陽(yáng)市交通規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南益陽(yáng) 413000)

新奧法(New Austrian Tunneling Method，簡(jiǎn)稱NATM)是隧道建設(shè)中最普遍的方法，其核心是以維護(hù)和利用圍巖的自穩(wěn)能力為基點(diǎn)，將錨桿和噴射混凝土聯(lián)合在一起作為主要的支護(hù)，用以控制圍巖的變形和松馳，形成以錨桿、噴射混凝土和隧道圍巖三位一體的承載結(jié)構(gòu)，共同支承山體壓力。

隧道監(jiān)控量測(cè)作為新奧法的三大核心之一，對(duì)評(píng)價(jià)隧道施工方法的可行性、設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性，了解隧道施工實(shí)際圍巖級(jí)別及其變形特性等能夠提供準(zhǔn)確、及時(shí)的依據(jù)，對(duì)隧道二次襯砌的施作時(shí)間具有決定性意義。

1 工程概況

洞沖里隧道(k0+615.77 ～k1+468.83)位于湖南省桃江縣水口山鄉(xiāng)洞沖里村至沾溪鄉(xiāng)稻田村，全長(zhǎng)853.06 m，屬于中隧道。隧道位于直線上，單向縱坡-1.98%。隧道路面雙向橫坡2%。隧道輪廓線按60 km/h行車速度確定，采用雙心圓，凈寬9.0 m，凈高8.40 m。

洞沖里隧道圍巖設(shè)計(jì)主要Ⅲ、Ⅳ級(jí)，部分地段為Ⅴ級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)。初期支護(hù)采用鋼筋網(wǎng)片、鋼架、錨噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)，圍巖壓力主要靠二次襯砌提供抗力。根據(jù)地質(zhì)情況及工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)，洞沖里隧道采用臺(tái)階法施工。

2 監(jiān)控量測(cè)目的及內(nèi)容

監(jiān)控量測(cè)是施工工藝流程中的一個(gè)重要工序，應(yīng)貫穿施工的全過程。監(jiān)控量測(cè)應(yīng)達(dá)到下列目的:

1)掌握圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)信息并及時(shí)反饋，指導(dǎo)施工作業(yè)。

2)通過對(duì)圍巖和支護(hù)的變形、應(yīng)力量測(cè)，為修改設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

開工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合隧道規(guī)模、地形地質(zhì)條件、施工方法、支護(hù)類型和參數(shù)、工期安排，以及所確定的量測(cè)目的等編制量測(cè)方案。編制內(nèi)容應(yīng)包括:量測(cè)項(xiàng)目、量測(cè)儀器選擇、測(cè)點(diǎn)布置、量測(cè)頻率、數(shù)據(jù)處理、反饋方法，以及組織機(jī)構(gòu)、管理體系等。量測(cè)計(jì)劃應(yīng)與施工進(jìn)度計(jì)劃相適應(yīng)。

隧道監(jiān)控量測(cè)分為必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目?jī)深?。根?jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F60-2009)，我國(guó)公路隧道施工的監(jiān)控量測(cè)有15個(gè)項(xiàng)目。根據(jù)設(shè)計(jì)及實(shí)際地質(zhì)情況，洞沖里隧道監(jiān)控量測(cè)控制的項(xiàng)目見表1。各監(jiān)控項(xiàng)目量測(cè)頻率按《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》要求進(jìn)行。

3 監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)與分析

通過對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的整理和回歸分析，可以得到相應(yīng)圍巖的收斂速度及變形加速度等。為進(jìn)一步判斷量測(cè)部位的圍巖自穩(wěn)定性質(zhì)、初期支護(hù)的支護(hù)效果，對(duì)工作面前方未開挖部分的地質(zhì)情況做出預(yù)報(bào)，便于施工中采取事先有效的預(yù)防措施，提高工程的進(jìn)度和工效。

數(shù)據(jù)采集后，及時(shí)進(jìn)行分析處理，在量測(cè)的當(dāng)天根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際情況繪制以下曲線:①凈空水平收斂時(shí)態(tài)曲線;②拱頂下沉?xí)r態(tài)曲線;③凈空水平收斂與距開挖工作面距離的關(guān)系圖;④拱頂下沉與距開挖工作面距離的關(guān)系圖。將數(shù)據(jù)和各種圖表分析處理后，及時(shí)提供給隧道施工單位、業(yè)主和監(jiān)理，便于指導(dǎo)施工和安全生產(chǎn)。

表1 監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目

3.1 周邊位移數(shù)據(jù)及分析

隧道周邊位移聯(lián)測(cè)采用收斂劑進(jìn)行測(cè)量，每一個(gè)斷面布置3調(diào)測(cè)線，具體布置見圖1，本文限于篇幅，僅列出k0+920斷面的數(shù)據(jù)，見圖2。

分析表1、圖2可知:隨著時(shí)間的增大，斷面水平收斂逐漸趨于穩(wěn)定，實(shí)測(cè)水平收斂終值為5.81 mm;分析實(shí)測(cè)曲線線型，擬采用曲線:

圖1 洞沖里隧道初襯收斂測(cè)線布置圖

圖2 k0+920斷面水平收斂實(shí)測(cè)值與擬合值對(duì)比圖

圖3 地表沉降觀測(cè)點(diǎn)布點(diǎn)示意圖

擬合實(shí)測(cè)值，擬合水平收斂終值為5.04 mm。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，從6月20日開始，k0+920斷面處的平均沉降速率值均小于0.20 mm/d，且該測(cè)試項(xiàng)目位移明顯收斂，根據(jù)規(guī)范條文，可得出該斷面已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 地表沉降數(shù)據(jù)及分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，結(jié)合施工條件，隧道監(jiān)控人員于2009年5月5日埋設(shè)6個(gè)地表沉降觀測(cè)點(diǎn)，具體布置見圖3。鑒于篇幅本文僅列出1-1點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，見圖4。

由圖4不難看出:隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，1-1點(diǎn)沉降逐漸趨于穩(wěn)定，當(dāng)采用擬合曲線時(shí)，估計(jì)最終沉降量為18.48 mm ＜Un/3。

圖4 1-1#測(cè)點(diǎn)

由圖4可得:因隧道明洞仰拱及邊墻開挖，地表沉降觀測(cè)點(diǎn)1-1觀測(cè)值初期變化劇烈，最大沉降速率達(dá)到了2.1 mm/d(埋設(shè)觀測(cè)點(diǎn)后的第一天)，埋設(shè)觀測(cè)點(diǎn)200 d之后，沉降速率小于0.20 mm/d，由公路隧道施工技術(shù)細(xì)則(JTJ/T F60-2009)判定地表沉降已經(jīng)穩(wěn)定。

3.3 拱頂沉降數(shù)據(jù)及分析

根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》的要求，結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，從隧道進(jìn)口50 m開始，每隔50 m設(shè)置一個(gè)觀測(cè)斷面。本文選擇k0+735斷面作為研究對(duì)象，分析拱頂下沉的相關(guān)規(guī)律。

分析圖5可知:k0+735斷面處的平均沉降速率值均小于0.20 mm/d，且該測(cè)試項(xiàng)目位移速率明顯收斂，可得出該各斷面拱頂已穩(wěn)定。

3.4 圍巖內(nèi)部位移數(shù)據(jù)及分析

洞沖里隧道于2008年利用光纖光柵位移傳感器進(jìn)行了圍巖內(nèi)部位移量測(cè)工作。選擇k0+850作為測(cè)試斷面，共布置了3個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)有3個(gè)不同深度的鉆孔，分別為 1.2、2.2、3.2 m，斷面測(cè)點(diǎn)布置如圖6所示。

根據(jù)洞沖里隧道k0+850斷面的圍巖內(nèi)部位移曲線。最大位移量位于洞頂?shù)臏y(cè)點(diǎn)3，為1.627 mm。而3個(gè)測(cè)點(diǎn)量測(cè)期間的最大日位移速率發(fā)生在位于洞壁的測(cè)點(diǎn)2，為0.133 mm/d。監(jiān)測(cè)曲線表明所有點(diǎn)圍巖位移變化已經(jīng)基本穩(wěn)定。

圖5 k0+735累計(jì)沉降-時(shí)間圖

圖6 圍巖內(nèi)部位移測(cè)點(diǎn)

由圖7～圖8可以看出，各測(cè)點(diǎn)隨著深度的增加位移逐漸變小，測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3的1.2 m和3.2 m的測(cè)點(diǎn)位移與時(shí)間成比例關(guān)系，而2.2 m的測(cè)點(diǎn)位移與時(shí)間成非線性關(guān)系，隨著時(shí)間的變化，位移逐漸趨于穩(wěn)定。

3.5 鋼架內(nèi)力數(shù)據(jù)及分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，選擇k0+920、k1+160作為鋼架內(nèi)力觀測(cè)斷面，觀測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布置見圖9，觀測(cè)數(shù)據(jù)見圖10～圖11。

圖7 不同深度位移-時(shí)間圖

圖8 深度2.2 m處位移與時(shí)間的關(guān)系

圖9 鋼架內(nèi)力測(cè)點(diǎn)布置

圖10 k0+920測(cè)點(diǎn)鋼架內(nèi)力

圖11 k1+160測(cè)點(diǎn)鋼架內(nèi)力

由圖10可以看出，k0+920斷面，拱頂斷面上緣鋼拱架在受拉，下緣受壓，施工前后(從架設(shè)鋼拱架到二襯施做)拱頂內(nèi)力變化較小，變化幅度為-0.6～0.3 kN，相比之下靠近拱頂約八分點(diǎn)位置，鋼拱架內(nèi)力變化較大，變化幅度為-4.2～-0.6 kN。如圖11所示，同樣的規(guī)律也適用于k1+160斷面。

3.6 錨桿內(nèi)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，并結(jié)合規(guī)范要求，洞沖里隧道錨桿內(nèi)力監(jiān)測(cè)斷面選擇在邊墻位置，間距為20～50 m(Ⅱ類圍巖取50 m，Ⅲ類圍巖取30 m，Ⅳ類圍巖取20 m)。限于篇幅，本文就k1+020，k1+240兩個(gè)斷面進(jìn)行論述。

由圖12～圖13可得，施工前后，整體來看錨桿內(nèi)力變化較小，當(dāng)量測(cè)斷面距開挖工作面的距離在1B～5B時(shí)，錨桿內(nèi)力變化較大;＞5B時(shí)，錨桿內(nèi)力基本不再變化;所有監(jiān)測(cè)錨桿隨著時(shí)間的變化，內(nèi)力逐漸增大，并最終趨于穩(wěn)定。

圖12 洞沖里隧道k1+020斷面錨桿內(nèi)力

圖13 洞沖里隧道k1+240斷面錨桿內(nèi)力

4 結(jié)束語

在參建各方的努力下，洞沖里隧道于2009年10月28日順利貫通。

1)洞沖里隧道監(jiān)控量測(cè)過程中，將注漿納入工序化管理，開挖后及時(shí)對(duì)周邊圍巖徑向預(yù)注漿、二次注漿，在不影響施工進(jìn)度的同時(shí)，對(duì)中下部的變形控制在可控范圍之內(nèi)。

2)收集量測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，要盡可能采用精密儀器，并且詳細(xì)記錄每天圍巖、支護(hù)、天氣等情況。

3)量測(cè)數(shù)據(jù)分析要及時(shí)，準(zhǔn)確，盡量保證排除偶然性。保證反饋結(jié)果準(zhǔn)確性，指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工和修改支護(hù)參數(shù)，使監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)能真正起到知道施工的目的。

4)量測(cè)人員固定，施工隊(duì)重視，要能保證監(jiān)控量測(cè)指導(dǎo)施工。

［1］俞素平.隧道施工監(jiān)控量測(cè)及分析［J］.福建建設(shè)科技，2007(3).

［2］張玉良.打括隧道監(jiān)控量測(cè)結(jié)果的一元非線性回歸分析［J］.廣西工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(2).

［3］胡百萬，魏清華，劉 麗.施家梁隧道監(jiān)控量測(cè)及其應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2007(11).

［4］趙軍科.隧道監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)處理及在工程施工中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2009(13).

［5］熊 輝.淺析公路隧道施工的質(zhì)量控制［J］.科技資訊，2010(4).

［6］張書河，孟祥民.淺埋隧道施工的監(jiān)控測(cè)量［J］.山西建筑，2010(9).

［7］梁曉東，李文華.連拱隧道施工監(jiān)控量測(cè)［J］.湖南交通科技，2006，32(2):139-140.

［8］王擁軍.監(jiān)控量測(cè)在高速公路隧道施工中的應(yīng)用［J］.湖南交通科技，2008，34(3):125-127.

［9］周開展.高速公路隧道監(jiān)控量測(cè)及應(yīng)用［J］.湖南交通科技，2008，34(4):130-133.

［10］陳 宇，陶成富，李 亮，等.隧道不同施工方法監(jiān)控量測(cè)分析［J］.公路工程，2008，33(2):143-145.

［11］尹 鋒，趙等層，祝 勇.高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.公路工程，2010，35(3):85-91.

［12］曹才勇，林 勇，趙 峰.雪峰山隧道施工監(jiān)控量測(cè)與圍巖穩(wěn)定分析［J］.中南公路工程，2006，31(1):138-141.

［13］陳鑒光，寧忠賢，曾憲營(yíng).雪峰山隧道監(jiān)控量測(cè)中的錨桿軸力評(píng)測(cè)［J］.中南公路工程，2006，31(1):167-169.

［14］楊林德，潘洪科，王志義.復(fù)雜工程地質(zhì)條件下公路隧道開挖及其監(jiān)控量［J］.中南公路工程，2006，31(3):1-5.