連拱隧道邊坡三維變形現(xiàn)場監(jiān)測工作

余凡凡 郭夢澤

1.中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司 北京 100097；

2.武漢中咨路橋設(shè)計(jì)研究院有限公司 湖北武漢 430023

摘要：現(xiàn)階段，連拱隧道引起的滑坡災(zāi)害不僅嚴(yán)重威脅到工程施工現(xiàn)場相關(guān)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，也會造成隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫或者是破壞，嚴(yán)重的時(shí)候甚至?xí)拐麄€(gè)工程報(bào)廢，從而造成難以挽回的經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要對連拱隧道的邊坡變形情況實(shí)施合理的三維監(jiān)測。本文就連拱隧道邊坡的三維變形現(xiàn)場監(jiān)測工作展開詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：連拱隧道邊坡；三維變形；現(xiàn)場監(jiān)測

目前，連拱隧道通常情況下應(yīng)用在中隧道、短隧道以及線路接線位置，在進(jìn)山與出山的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)諸多的隧道邊坡問題。比如：因連拱隧道的跨度相對較大以及靠坡近，在進(jìn)山的過程中仰坡以及側(cè)向邊坡受到地形影響相對較大時(shí)遇到的邊坡問題。連拱隧道的實(shí)際開挖斷面相對較大以及工法相對復(fù)雜時(shí)或者采用鉆爆法進(jìn)行施工中振動(dòng)對于邊坡造成的擾動(dòng)，從而大大削弱了巖體的抗剪性時(shí)都會產(chǎn)生一定的邊坡問題。因此，對連拱隧道的邊坡實(shí)施有效的三維監(jiān)測是非常必要的。

一、連拱隧道邊坡的三維變形監(jiān)測方法研究

為了更好的監(jiān)測隧道邊坡的具體變形情況，需要在現(xiàn)場實(shí)施科學(xué)化的三維變形監(jiān)測，總共布置了十二個(gè)測點(diǎn)，如圖1所示，設(shè)定不動(dòng)的參考點(diǎn)，并利用全站儀有效讀取邊坡變形三維數(shù)據(jù)。具體的坐標(biāo)系設(shè)置情況是：X方向以上的行線行車方向設(shè)定為正，而Y方向主要是以垂向上行線的行車方向以左設(shè)定為正，Z方向是以向上方為正[1]。

圖1 連拱隧道邊坡的三維變形監(jiān)測點(diǎn)布置圖

上圖中的每一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)分別設(shè)置在連拱隧道進(jìn)山的仰坡P1-P3、P5-P7以及P9-P11中，P8，P12以及上行線洞門位置的拱頂P4上。借助所有的位移監(jiān)測點(diǎn)在X方向、Y方向以及Z方向的位移與趨勢來明確連拱隧道邊坡的實(shí)際位移方向。根據(jù)監(jiān)測情況可以看出連拱隧道邊坡的監(jiān)測點(diǎn)在X方向上的位移是向著隧道進(jìn)山方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的，在連拱隧道擋土墻的頂部邊坡位置測點(diǎn)P8的變化情況相對較小，而在上行線的洞門頂部位置監(jiān)測點(diǎn)P4在變化情況上次之，而其余幾個(gè)點(diǎn)上的X方向?qū)嶋H位移盡管絕對數(shù)值存在一定的差異，然而總體變化趨勢是一致的[2]。連拱隧道的三維監(jiān)測點(diǎn)在Y方向上的位移是向山里運(yùn)動(dòng)的，其位于連拱隧道擋土墻的頂部邊坡位置測點(diǎn)P8的變化情況相對較小，而在上行線的洞門頂部位置監(jiān)測點(diǎn)P4在變化情況上次之，在連拱隧道邊坡頂部的臺階以上三維監(jiān)測點(diǎn)P3以及P7的位移是最大的。從Z方向的位移情況來看，主要是以下沉方向?yàn)橹鳎淙S監(jiān)測點(diǎn)P2、P3、P6以及P7的下沉趨勢相對來說是最明顯的，其他各點(diǎn)的升降位移是非常不明顯的。從連拱隧道的總體位移情況角度出發(fā)，變化最大的三維監(jiān)測點(diǎn)是P2以及P6，而變化最小的三維監(jiān)測點(diǎn)為P8。Y方向的實(shí)際位移量是最大的，其最大數(shù)值是X方向以及Z方向上位移的三倍左右，因此，連拱隧道邊坡的實(shí)際主滑方向是以Y方向的位移為主[3]。

二、連拱隧道的洞內(nèi)變形監(jiān)測情況

連拱隧道邊坡的三維監(jiān)測在一定程度上明確的給出了連拱隧道邊坡的實(shí)際表面位移趨勢情況。但是因邊坡巖體在結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性，在實(shí)際監(jiān)測過程中的影響因素相對較多，因此，還需要運(yùn)用連拱隧道的洞內(nèi)變形監(jiān)測來有效確定隧道邊坡的內(nèi)部位移情況。隧道拱頂下沉所測量的主要是連拱隧道初次襯砌以及二次襯砌在垂直方向上的變形，難以反映出隧道邊坡的三維變化情況。然而將連拱隧道下沉的多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)組進(jìn)行共同分析研究，也可以反映出隧道邊坡造成的洞內(nèi)變形二維情況[4]。監(jiān)測過程中，第一組主要設(shè)置在連拱隧道的首次襯砌階段，第二組主要設(shè)置在二次襯砌階段，根據(jù)最終的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果能夠得出，連拱隧道的邊坡變形情況與滑動(dòng)情況產(chǎn)生了相對明顯的偏壓現(xiàn)象，且連拱隧道的下行線拱頂主要以下沉方向?yàn)橹?，上行線則是頂升。按照連拱隧道邊坡的三維滑動(dòng)情況產(chǎn)生的偏壓荷載進(jìn)行推斷可以得出隧道的變形方向主要以向外方向?yàn)橹鳎簿褪沁吰禄瑒?dòng)沿著X軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)之后而產(chǎn)生的偏壓力。拱頂?shù)南鲁聊軌蚍从吵龉绊斘恢玫淖冃?，洞身的變形則主要是由于二維收斂監(jiān)測數(shù)據(jù)來提供的，最終監(jiān)測數(shù)據(jù)所推斷出來的變形規(guī)律為連拱隧道的邊坡主要是沿著固定的滑面，且圍繞X軸與Y軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的，其產(chǎn)生的偏壓會造成連拱隧道洞身的相應(yīng)變形。

三、連拱隧道三維變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

根據(jù)連拱隧道的邊坡三維變形監(jiān)測數(shù)據(jù)可以得出，連拱隧道的運(yùn)動(dòng)在X方向、Y方向以及Z方向上都有分量，且連拱隧道邊坡的主滑方向以及隧道洞身是斜交的。如果沒有邊坡的三維監(jiān)測分析研究，僅僅是利用人為推斷確定主滑方向以及滑動(dòng)模式進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性判定的話，則很可能在抗滑工程以及消耗支擋結(jié)構(gòu)的前提下仍然不能很好的消除邊坡的變形以及滑動(dòng)趨勢。因此。在穩(wěn)定連拱隧道邊坡的過程中，應(yīng)充分考慮到隧道的主滑方向以及三維變形的特點(diǎn)。根據(jù)連拱隧道邊坡的三維變形情況有效利用抗滑樁的方法對隧道邊坡進(jìn)行有效的穩(wěn)定處理，并在下行線的隧道出口位置右側(cè)設(shè)置一排抗滑樁，來抵抗主滑方向的隧道邊坡推力。并在樁頂位置設(shè)置兩根預(yù)應(yīng)力錨索，其錨索的間距是四米，長度是三十米，錨固段的長度是十米，其樁中心距是五米，總共設(shè)置五根抗滑樁。之后在上行線的連拱隧道出口位置的右側(cè)設(shè)置一排抗滑樁，總共設(shè)置四根抗滑樁，一號抗滑樁以及二號抗滑樁的長度是十五米，而其他的抗滑樁的長度是二十米，實(shí)際樁中心距是五米[5]。確?？够瑯兜膶?shí)際埋入深度不能少于八米，并根據(jù)連拱隧道的實(shí)際地形情況，有效設(shè)置兩排鋼管樁，呈現(xiàn)出梅花形布置，通過以上措施的有效處理，最大限度減少邊坡支擋結(jié)構(gòu)具體施工建設(shè)過程中出現(xiàn)的襯砌裂縫問題，使首次襯砌以及二次襯砌期間所受到的荷載力明顯減輕，從而達(dá)到預(yù)期的最佳效果?？傊?，連拱隧道邊坡所誘發(fā)的滑坡災(zāi)害不僅會嚴(yán)重威脅到工程施工建設(shè)現(xiàn)場相關(guān)施工人員的生命財(cái)產(chǎn)與安全，還會對隧道的結(jié)構(gòu)情況以及整個(gè)工程造成不同程度的影響，造成連拱隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫或者是破壞，從而帶來不可挽回的損失。借助連拱隧道邊坡的三維監(jiān)測工作以及隧道洞內(nèi)的變形監(jiān)測工作，能夠?yàn)檫B拱隧道的邊坡穩(wěn)定性分析研究與后期的治理工作提供可靠的依據(jù)，具有非常高的參考價(jià)值。

結(jié)語：

連拱隧道的跨度相對較大、其空間的利用率相對較高、引線占地面積相對較少以及線形順暢，在洞口位置選擇以及平面線路選擇方面與分離式隧道相比較，具有非常大的優(yōu)越性，特別是能夠解決在復(fù)雜地段建設(shè)分離式隧道帶來的困難，從而使其逐漸成為在特定情況下，建設(shè)隧道過程中采用相對較多的大跨度式的結(jié)構(gòu)形式。然而因連拱隧道的跨度相對較大、開挖和支護(hù)交錯(cuò)實(shí)施以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力的變化與支護(hù)荷載的轉(zhuǎn)換非常復(fù)雜，因此，在連拱隧道工程修建期間，要加大連拱隧道邊坡的三維監(jiān)測力度以及洞內(nèi)的變形監(jiān)測力度，促進(jìn) 連拱隧道的順利運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]覃慶通.大跨度連拱隧道支護(hù)體系的現(xiàn)場監(jiān)測及數(shù)值模擬[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2014，01：54-57.

[2]丁智，何佳威，陳春來等.連拱隧道中隔墻應(yīng)力實(shí)測分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2014，05：129-133+138.

[3]馬建，孫守增，趙文義等.中國隧道工程學(xué)術(shù)研究綜述·2015[J].中國公路學(xué)報(bào)，2015，05：1-65.

[4]Li Dongsheng，Wei Longhai shallow covered arch tunnel optimization and supporting structure safety analysis [J] Sichuan Building Science，2013，05：338-342.

[5]曹偉飚，曾毅.雙連拱隧道施工工序的有限元分析及施工監(jiān)測研究[J].地下工程與隧道，2012，04：7-12+57.