公路隧道洞口段施工技術及變形控制監(jiān)測

羅明恒 王世平

(神農(nóng)架神松建筑有限責任公司，湖北 神農(nóng)架 442400)

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公路隧道洞口段施工技術及變形控制監(jiān)測

羅明恒 王世平

(神農(nóng)架神松建筑有限責任公司，湖北 神農(nóng)架 442400)

受淺埋、偏壓、巖體破碎等因素影響，晏家隧道的洞口段施工尤為困難，為解決該隧道進洞難題，現(xiàn)場采用了“綜合超前支護+CRD開挖工法+復雜初期支護”相結(jié)合的洞口段施工技術，結(jié)合現(xiàn)場嚴密監(jiān)控量測，對地表沉降、拱頂沉降、洞內(nèi)收斂進行實時監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果動態(tài)反饋給施工及設計進行修正，使隧道洞口段得以順利成洞，表明該施工技術能夠為公路隧道洞口段施工提供參考。

公路隧道，洞口段，圍巖變形，監(jiān)控量測

0 引言

該隧道在施工過程中發(fā)生了諸多工程地質(zhì)問題及工程事故，如：隧道洞口段施工十分困難、圍巖大變形頻發(fā)、隧道塌方掉塊嚴重等等，這些問題的發(fā)生，與隧道所處的特殊地質(zhì)條件有直接關系。受淺埋、偏壓、巖體破碎等因素影響，該隧道的洞口段施工尤為困難，為解決該隧道進洞難題，現(xiàn)場采用了“綜合超前支護+CRD開挖工法+復雜初期支護”相結(jié)合的洞口段施工技術，結(jié)合現(xiàn)場嚴密監(jiān)控量測，使隧道得以順利進洞，表明該施工技術能夠?qū)匪淼蓝纯诙问┕ぬ峁┯行е笇А?/p>

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

晏家隧道區(qū)地形屬于沖溝、斜坡，地貌形態(tài)為構(gòu)造剝蝕侵蝕中低山。該隧道途經(jīng)區(qū)域地貌整體呈波狀起伏，高程約為610.0 m～780.0 m，擬建橫向穿越山脊，在跨越山體分水嶺后，隧道穿出山體。隧道進洞口段里程為ZK227+340，洞口段存在一處邊坡，坡角較陡，呈40°～70°。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

隧道地質(zhì)構(gòu)造較為復雜，洞身穿越楊家山向斜內(nèi)，該向斜屬于北西向的竹溪褶皺束，地層主要為志留系，隧址位于向斜翼部，整體產(chǎn)狀為單斜產(chǎn)狀，傾向北東，產(chǎn)狀為27°～40°∠34°～36°，節(jié)理發(fā)育。隧道區(qū)未見發(fā)育的區(qū)域性斷裂。

1.3 地層巖性

隧道區(qū)主要發(fā)育第四系全新統(tǒng)、志留系中統(tǒng)竹溪群等地層。隧道穿越強風化絹云母片巖：淺灰色，母巖結(jié)構(gòu)大部分已被破壞，構(gòu)造不清晰，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，礦物成分已顯著變化，巖芯多呈碎塊狀，原巖遇水極易軟化，強度明顯降低，手摸有滑膩感。隧道洞口段巖體破碎程度大，強度低，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，表明該處巖體工程力學性質(zhì)較差。

2 隧道洞口段施工

受隧道淺埋、偏壓、巖體破碎以及巖體強度低等因素的影響，晏家隧道的洞口段施工尤為困難，為解決該隧道進洞難題，現(xiàn)場采用了“綜合超前支護+CRD開挖工法+復雜初期支護”相結(jié)合的洞口段施工技術。

2.1 綜合超前支護

綜合超前支護包括超前錨桿、超前小導管、超前管棚、預注漿加固為主的支護方案[1-4]。

2.1.1 超前支護參數(shù)選取

晏家隧道洞口段淺埋、偏壓，且?guī)r體風化程度大，造成進洞十分困難，而管棚能夠有效解決主要的承力問題。故在ZK227+340～ZK227+370區(qū)段采用超前管棚，選斷面ZK227+355作為研究對象。管棚的材料參數(shù)：長度30 m、直徑108 mm、壁厚5 mm的鋼管。傾角與線路縱坡平行，方向與線路中線一致，相鄰鋼管之間的接頭應至少錯開1 m，管環(huán)之間的距離為40 cm，鋼管內(nèi)注入水泥漿(水灰比0.8∶1，注漿壓力0.5 MPa～1.0 MPa)，如圖1所示。

2.1.2 超前支護施工工序

晏家隧道洞口進口段綜合超前支護的施工順序為：施工準備(場地平整、施工平臺搭設)→測量放樣→鉆機就位(校正角度)→上鉆具和套管→鉆進→退鉆桿和鉆具→管棚加工及安裝→封閉管尾→注漿施工。

2.2 CRD開挖工法

針對隧道洞口段淺埋偏壓的特點，施工方法的選擇非常重要，經(jīng)過比選，晏家隧道洞口進口段選用的開挖方法是CRD法。

CRD開挖方法的開挖步驟：Ⅰ為施作超前支護；1為左側(cè)上部開挖；Ⅱ為左側(cè)上部初期支護；2為右側(cè)上部開挖；Ⅲ為右側(cè)上部初期支護；3為左側(cè)下部開挖；Ⅳ為左側(cè)下部初期支護；4為右側(cè)下部開挖；Ⅴ為右側(cè)下部初期支護；Ⅵ為仰拱填充澆筑；Ⅶ為施作二次襯砌，CRD開挖方法施工工序橫斷面圖見圖2。

2.3 復雜初期支護

由于晏家隧道洞口段屬于Ⅴ級圍巖，因此設計復雜初期支護包括噴射混凝土→立鋼架→掛鋼筋網(wǎng)→打錨桿→錨桿注漿→再次噴射混凝土。

3 隧道洞口段變形監(jiān)控量測

在采用“綜合超前支護+CRD開挖工法+復雜初期支護”相結(jié)合的洞口段施工技術對晏家隧道洞口開挖后，還必須實施嚴密現(xiàn)場監(jiān)控量測，以掌握控制洞口段開挖后的圍巖穩(wěn)定性及變形，并動態(tài)反饋以便采取進一步的措施。

選用晏家隧道洞口段ZK227+355監(jiān)測斷面實測數(shù)據(jù)進行分析，測點的安設應能保證在初支后2 h內(nèi)和下一循環(huán)開挖前測到初次讀數(shù)，并安設在距開挖面2 m范圍內(nèi)，拱頂下沉和水平收斂量測都在同一掌子面。

3.1 地表沉降分析

地表沉降量測主要是量測地表布置點垂直方向的位移，選取典型的5個沉降測點，得出各測點時態(tài)曲線如圖3所示。從測點的地表沉降可以看出，拱頂上方中間點的沉降值比較大，說明該地段圍巖處于淺埋段，開挖很明顯影響到地表的垂直位移。沉降圖形顯示隧道左右側(cè)沉降不對稱且有明顯差異，說明隧道進口存在一定偏壓。

如圖3所示地表沉降時態(tài)曲線表明了監(jiān)測點在每個分部開挖前后變化明顯，變形曲線出現(xiàn)了反彎點，這些反彎點表示每部的開挖對地表都有影響。拱頂上部的點影響比較明顯，遠離拱頂垂直方向的點沉降值較小。

3.2 拱頂沉降分析

拱頂沉降測點的監(jiān)測斷面拱頂下沉時態(tài)曲線如圖4所示。

根據(jù)現(xiàn)場施工發(fā)展情況，拱頂沉降圖主要表現(xiàn)為臺階式下降曲線，具有四個明顯的階段，監(jiān)測斷面的各個分部開挖時都出現(xiàn)了明顯的反彎點。它們主要說明了每個部分開挖時相互之間有干擾現(xiàn)象，其中開挖各分部對左邊拱頂測點(測點Z)變形的影響較大，并且從大到小為：①>③>②>④，說明采用CRD開挖方法后各施工部受偏壓影響相對較小，施工工法合理。

3.3 洞內(nèi)收斂分析

隧道洞內(nèi)周邊收斂主要通過收斂趨勢來判斷隧道側(cè)向的穩(wěn)定性，監(jiān)測斷面周邊收斂時態(tài)曲線如圖5所示。

從圖5中可以看出測線AC洞周水平收斂時態(tài)曲線劃分為四個階段，并且在①部開挖時變形最大，隨著②部的開挖，測線AC和測線BC變化趨勢出現(xiàn)了相反現(xiàn)象，主要是由于①部開挖后及時做了臨時支護，所以變形慢慢變小并趨于穩(wěn)定趨勢。測線BC在④部開挖后趨于穩(wěn)定但仍然比測線AC的收斂值大，主要是由于右邊部分受到偏壓的影響。測線DF和測線EF的水平收斂較小，主要是因為CRD施工工法中的臨時支撐起到了作用，并且從水平收斂圖中可以看出偏壓現(xiàn)象。

4 結(jié)語

本文經(jīng)過上述研究，得到以下結(jié)論：

1)對于受淺埋、偏壓、巖體破碎等因素影響難以進洞的隧道，采用“綜合超前支護+CRD開挖工法+復雜初期支護”相結(jié)合的洞口段施工技術能夠取得滿意的效果。

2)除了采取上述洞口段施工技術外，嚴密的現(xiàn)場實時監(jiān)控量測，也是必不可少的，監(jiān)控量測的實施，一方面能實時掌握隧道洞口開挖后的穩(wěn)定性，另一方面能夠動態(tài)反饋給現(xiàn)場設計及施工人員，以便及時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)采取進一步處治措施。

[1]舒家華,閆天俊,謝超美.復雜地層隧道洞口施工方案設計要點的探討.地質(zhì)科技情報,1999(S1):104-105.

[2]汪 宏,蔣 超.淺埋偏壓隧道洞口坍方數(shù)值分析與處治.巖土力學,2009(11):3481-3485.

[3]周順華.軟弱地層淺埋暗挖施工中管棚法的棚架原理.巖石力學與工程學報,2005(14):2565-2570.

[4]李松柏,方理剛,李宏泉.鋼管預加固措施對隧洞圍巖變形的影響分析.巖土力學,2006(2):327-331.

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[8]韓 劍,胡 平,陳建勛.包(頭)茂(名)高速公路小河至安康段隧道進洞技術.公路,2010(7):212-216.

Construction technology and monitoring of deformation control of tunnel entrance section in highway tunnel

Luo Mingheng Wang Shiping

(ShennongjiaShensongConstructionCo.,Ltd,Shennongjia442400,China)

As the shallow buried, bias, crushing of rock mass, the entrance section construction of Yanjia tunnel is particularly difficult. In order to solve the problem of tunnel entrance, this paper has adopted the combining construction technology of “comprehensive forepole+CRD excavation method+ primary support complex”. Further more, closely monitoring measurement was taken, such as the surface settlement, vault subsidence, hole convergence. Feedback the dynamic monitoring data to the construction and design to some modification if that is need. The tunnel entrance section smoothly into a hole show that the construction technology of highway tunnel entrance section could provide effective reference to the similar engineering.

highway tunnel， tunnel entrance section， surrounding rock deformation， monitoring measurement

1009-6825(2015)18-0185-03

2015-04-20

羅明恒(1983- )，男，工程師； 王世平(1969- )，男，工程師

U455.4

A