松散破碎圍巖淺埋隧道施工及監(jiān)測分析

張建軍 黃詒寶 沈增輝

(1.中鐵十二局集團第七工程有限公司，湖南長沙 410004; 2.中南大學地學與環(huán)境工程學院，湖南長沙 410083)

當前，新奧法已成為隧道特別是軟弱圍巖隧道修建的主要方法［1］。作為新奧法的重要組成部分，監(jiān)控量測的必要性也得到了越來越廣泛的關注。本文介紹了李家沖隧道的主要施工技術，并對監(jiān)測結果進行了分析。

1 工程概況

京珠復線長湘高速公路李家沖隧道采用雙向六車道，隧道所穿越山體為低山丘陵地貌，存在斷層破碎帶，出露的地層上部為第四系粉質(zhì)粘土，厚約40 cm，該段圍巖主要為板溪群五強溪組變質(zhì)砂巖夾砂巖板巖，節(jié)理發(fā)育且有滲水，巖體破碎。圍巖類別為Ⅴ級圍巖。隧道全線均為淺埋，左線最大埋深35 m，右線最大埋深39 m，隧道經(jīng)過區(qū)域左洞側上方有一500 kV高壓電線塔，屬于艾鶴Ⅱ號線，塔號014，塔高27 m，塔基中心線位于隧道ZK147+103左13 m。該高壓線路擔當了長沙至湘潭的輸電任務，十分重要。施工時必須控制隧道的施工不對該電力鐵塔的正常使用產(chǎn)生影響，保證該電力線的正常運營，施工的難度很大。

2 主要施工技術

隧道按照新奧法原理進行設計，采用復合式襯砌，以鋼筋網(wǎng)、錨桿、噴射混凝土等為初期支護，并輔以工字鋼鋼架、超前小導管、超前管棚等預支護措施。隧道在施工開挖前，為保證高壓鐵塔安全，對山體表面進行注漿固結，使整個電力塔基與山體連接成整個“拱圈閉合環(huán)”，組成完整的受力體系。隧道采用零仰坡進洞的方式進洞，以減少破壞山體的植被，來保證仰坡及邊坡體不受南方雨水的沖刷而失穩(wěn)。洞口采用挖機結合人工掏槽的形式掏出套拱段位置，保證套拱管棚施工。套拱長度為5 m，采用雙層管棚超前支護。隧道采用三臺階七步流水法施工，三臺階起步開挖法以光面爆破為主，挖機配合自卸車出碴，弱爆破盡量減少對周圍圍巖的擾動。主要施工步驟如下:1)上部弧形導坑環(huán)向開挖，施作拱部初期支護;2)中、下臺階左右錯開開挖，施作墻部初期支護;3)中心預留核心土開挖，隧底開挖，施作隧底初期支護。

每部開挖后均應及時支護，隧底初期支護后應及時施作仰拱，盡早封閉成環(huán)。

3 監(jiān)控量測

隧道監(jiān)控量測的目的是掌握圍巖動態(tài)，了解支護結構在不同工況時的受力狀態(tài)和應力分布，對圍巖穩(wěn)定性作出評價，以指導隧道設計和施工［2］。根據(jù)隧道新奧法施工的具體要求和現(xiàn)場工程地質(zhì)條件，主要進行了地質(zhì)及支護觀察，周邊位移收斂、拱頂下沉、地表沉降量測等，隧道斷面測點布置如圖1所示。

3.1 周邊位移收斂

根據(jù)周邊地質(zhì)條件和工程要求，選取ZK147－080和ZK147－120兩個監(jiān)測斷面進行觀測研究。斷面ZK147－080位于隧道左洞入口位置，ZK147－120位于隧道左洞塔基正下方。

兩個斷面的周邊位移收斂曲線如圖2，圖3所示。

由圖2可知，斷面ZK147－080在前15天周邊位移收斂值較大，最大變化速率達到了1.33 mm/d，之后變化速率緩慢減小，說明圍巖趨于穩(wěn)定。另外，斷面ZK147－080的后期收斂值出現(xiàn)了一定數(shù)值波動，這是由于受施工環(huán)境的影響，如噴射混凝土，立鋼拱架，打錨桿等。

由圖3可知，斷面ZK147－120的累計位移值為29.23 mm，比斷面ZK147－080的大，是由于監(jiān)測斷面位于隧道中心處，受到的周邊圍巖應力要大于隧道入口處。斷面ZK147－120在開始的12 d內(nèi)變化相對較大，平均變化速率都達到了1 mm/d，最大變化速率達到了1.43 mm/d，之后周邊位移變化速率趨于穩(wěn)定。但在第19天，周邊位移突然變大，達到了3.71 mm/d，這是由于隧道爆破施工對圍巖造成了一定的擾動。

3.2 拱頂下沉

監(jiān)測斷面的拱頂沉降曲線如圖4，圖5所示。

從圖5中可看出，斷面ZK147－080的累計位移值為17.75 mm，斷面ZK147－120的累計位移值為21.01 mm，要大于斷面ZK147－080的累計位移值。原因有兩點:1)監(jiān)測斷面ZK147－120位于隧道中心處，埋深要大于隧道入口處，圍巖的自重應力相對較大;2)ZK147－120斷面上方存在上部荷載，即高壓鐵塔，鐵塔自重通過圍巖作用于拱頂，造成拱頂位移相對較大。

3.3 地表下沉

本次監(jiān)測共布置兩個監(jiān)測斷面，每個斷面7個測點，測點間距3 m，斷面里程分別為ZK147－080和ZK147－120，兩斷面各測點的地表位移沉降曲線如圖6所示。

從圖6中可以看出，兩個斷面地表沉降的總體趨勢大致相同，地表沉降都呈現(xiàn)以拱頂為中心的中間大兩頭小的槽形分布形式。對比圖4和圖5，可以看出，地表沉降和拱頂下沉的變化趨勢是相同的，但兩個斷面的地表沉降量都要大于拱頂沉降量，這是由于拱頂下沉的初始量測不同于地表量測，地表測量在隧道施工至監(jiān)測斷面之前就已經(jīng)開始觀測，而拱頂下沉要在開挖至監(jiān)測斷面之后才能開始測量。

4 結語

1)由于隧道地表沉降位移的變化趨勢要比洞內(nèi)觀測項目的變化趨勢要早，因此可以通過觀察地表沉降的變化趨勢，來定性地預測拱頂下沉的動向，從而使工程技術人員能及時的調(diào)整設計方案，指導隧道施工。

2)隧道中心段由于位于山體正下方，上方又存在高壓鐵塔，受到的圍巖應力要大于隧道入口處，可以通過加強支護來減少拱頂下沉。

3)通過采取正確合理的施工方法，能有效地控制地表和建筑物的沉降，可以為今后的類似工程提供借鑒。

4)由于隧道工程的復雜性和圍巖的不確定性，對隧道圍巖和支護結構進行監(jiān)測是保證隧道工程安全質(zhì)量重要的手段。

［1］杜菊紅，黃宏偉，雷新文.平年小間距隧道監(jiān)控量測分析［J］.地下空間與工程學報，2007，3(8):1417-1420.

［2］李曉紅.隧道新奧法及其量測技術［M］.北京:科技出版社，2002.

［3］劉岳蔗.變形觀測和地質(zhì)超前預報相結合分析圍巖穩(wěn)定性［J］.商品與質(zhì)量，2011(1):23-25.