復(fù)雜地質(zhì)條件下監(jiān)控測量在隧道施工中的應(yīng)用

李　寧　陳　勇　唐林軍　金愛兵

(1.中核第四研究設(shè)計工程有限公司；2.核工業(yè)北京化工冶金研究院；3.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院)

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復(fù)雜地質(zhì)條件下監(jiān)控測量在隧道施工中的應(yīng)用

李寧1陳勇1唐林軍2金愛兵3

(1.中核第四研究設(shè)計工程有限公司；2.核工業(yè)北京化工冶金研究院；3.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院)

摘要以渝北—廣安高速公路(重慶段)TJ-2標(biāo)段華鎣山隧道施工監(jiān)控量測工作為例，闡述了隧道施工監(jiān)控測量測點布設(shè)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理的基本方法。通過分析監(jiān)控測量數(shù)據(jù)并結(jié)合地質(zhì)資料，優(yōu)化了現(xiàn)場施工順序，對于確保隧道安全施工有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞隧道工程監(jiān)控測量施工順序

隧道監(jiān)控測量工作是通過在隧道內(nèi)布設(shè)各種測點，采集圍巖、支護、襯砌等變形和受力數(shù)據(jù)，并對所得數(shù)據(jù)進行分析處理從而判斷隧道圍巖的穩(wěn)定性。渝北—廣安高速公路(重慶段)TJ-2標(biāo)段華鎣山隧道圍巖穩(wěn)固性較差，易坍塌，成洞條件差[1-4]。在該段隧道施工過程中，通過合理布設(shè)監(jiān)控測量測點，準(zhǔn)確采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析整理并及時反饋，以準(zhǔn)確掌握隧道圍巖變形趨勢和穩(wěn)定狀態(tài)，優(yōu)化現(xiàn)場施工順序，確保隧道施工安全。

1隧道工程概況

渝北—廣安高速公路(重慶段)是京昆高速公路復(fù)線的一部分，路線全長約69.69 km，擬建的華鎣山特長隧道為該段線路中重要的控制性工程之一。該隧道設(shè)計起點位于北碚區(qū)靜觀鎮(zhèn)西山村，設(shè)計終點位于合川區(qū)清平鎮(zhèn)桃李園村，隧道橫穿華鎣山背斜中段，總體走向約N59°W。隧道設(shè)計為相距30 m分修的雙洞，三車道，人字型縱坡，凈空高度8.0 m，高度12.50 m。渝北—廣安高速公路(重慶段)TJ-2標(biāo)段華鎣山隧道進口某段圍巖以泥巖為主，屬軟質(zhì)巖，易風(fēng)化和遇水軟化，珍珠沖組的泥巖局部有弱膨脹性，節(jié)理發(fā)育，圍巖較破碎，圍巖總體受風(fēng)化作用、裂隙、埋深等因素影響，洞身圍巖穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生頂拱坍塌變形，成洞條件差。泥巖屬軟質(zhì)巖，易風(fēng)化和遇水軟化，局部有弱膨脹性，隧道在該段施工更易出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)。

2隧道施工監(jiān)控測量工作實施

2.1監(jiān)控測量內(nèi)容

依據(jù)相關(guān)規(guī)范和設(shè)計要求，結(jié)合隧道地質(zhì)情況和現(xiàn)場施工需要，本研究編制了科學(xué)合理的監(jiān)控測量方案，選定的監(jiān)控測量項目見表1。

表1　隧道監(jiān)控測量項目

2.2監(jiān)控測量方法

2.2.1隧道地質(zhì)和支護狀態(tài)觀察

采用地質(zhì)羅盤、地質(zhì)錘及目測方法觀察開挖工作面工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況，包括巖石種類、產(chǎn)狀、巖性特征、節(jié)理性質(zhì)、地下水及斷層情況等；觀察已支護段支護狀態(tài)，包括噴射混凝土有無裂縫及滲漏水、鋼拱架有無被壓屈、錨桿有無被拉壞等情況；同時進行必要的洞外觀察，確認地表下沉對隧道圍巖穩(wěn)定性及地上結(jié)構(gòu)物的影響。每次隧道開挖工作面爆破后立即觀察并按要求及時記錄和整理，若有異常情況發(fā)生，應(yīng)立刻通知現(xiàn)場管理人員并做好詳細記錄，同時詳細整理附近監(jiān)測點的各項監(jiān)測數(shù)據(jù)以備檢查。

2.2.2隧道拱頂下沉、周邊收斂監(jiān)測

根據(jù)圍巖情況與現(xiàn)場施工監(jiān)測需要，沿隧道走向每隔5～10 m布設(shè)1個洞內(nèi)監(jiān)控測量斷面。在該段隧道共布置了8個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面布置1個拱頂下沉測點、1對周邊收斂監(jiān)測點。同時在隧道內(nèi)布設(shè)了2個監(jiān)控測量基準(zhǔn)點。拱頂下沉使用全站儀進行觀測，為確保測量精度，全站儀的測角精度控制在2″以內(nèi)，測距精度控制在±(2 mm+2×10-6)以內(nèi)，現(xiàn)場監(jiān)測時，全站儀視準(zhǔn)軸仰角30°～60°，前視點與后視點的距離50～100 m。周邊收斂使用JSS30A型數(shù)顯收斂計，為掛鉤彈簧式，儀器最小讀數(shù)0.01 mm，測量精度±0.06 mm，每次觀測至少完成3次讀數(shù)，取其均值作為當(dāng)次觀測讀數(shù)值，監(jiān)測頻率見表2。

表2　拱頂下沉、周邊收斂量測頻率(按位移速度)

2.2.3隧道圍巖壓力監(jiān)測

根據(jù)隧道圍巖狀態(tài)及現(xiàn)場施工監(jiān)測需要，結(jié)合各方面情況綜合考慮，對第3-3#、5-5#斷面進行圍巖壓力監(jiān)測，各斷面分別在拱頂和左右拱腰設(shè)置圍巖壓力監(jiān)測點。根據(jù)具體情況及要求，定期進行測量，每次每個壓力盒的測量不少于3次，確保測量數(shù)值可靠、穩(wěn)定，做好原始記錄，并整理分析測量數(shù)據(jù)。

3監(jiān)測結(jié)果

3.1隧道地質(zhì)和支護狀態(tài)觀察結(jié)果

根據(jù)地質(zhì)狀況和施工進度，對該段隧道選取了8個監(jiān)測斷面進行觀察分析并繪制了掌子面素描圖。觀測結(jié)果表明，圍巖以泥巖為主，節(jié)理發(fā)育，圍巖較破碎，圍巖總體受風(fēng)化作用、裂隙和埋深等因素影響，洞身圍巖穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生拱頂坍塌變形，成洞條件差?，F(xiàn)場觀察結(jié)果與超前地質(zhì)預(yù)報基本一致。對隧道支護情況進行觀察分析表明，該段隧道開挖工作面穩(wěn)定，初支噴層表面均勻平整，無剪切破壞，隧道未出現(xiàn)裂縫，無滲水現(xiàn)象，頂板無剝落現(xiàn)象，支護段無底鼓現(xiàn)象，后續(xù)支護需進一步觀察。

3.2隧道拱頂下沉、周邊收斂監(jiān)測結(jié)果

各斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在隧道開挖初期，拱頂沉降速度與周邊收斂速度均發(fā)生急劇變化，沉降速率與收斂速率均達到1 mm/d以上，隨著監(jiān)測斷面開挖時間的增加，拱頂沉降與周邊收斂速度逐漸減小。經(jīng)過15～20 d，各監(jiān)測點數(shù)據(jù)趨于收斂，圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài)。在監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)圍巖變形較大的情況，及時反饋給現(xiàn)場管理人員，并通過加強支護和優(yōu)化現(xiàn)場施工順序的方法，控制了圍巖的較大變形，確保了隧道施工安全。隧道拱頂沉降與周邊收斂典型歷時曲線如圖1、圖2所示。

圖1　隧道拱頂沉降歷時曲線

圖2　隧道周邊收斂歷時曲線

3.3隧道圍巖壓力監(jiān)測結(jié)果

隧道圍巖壓力監(jiān)測結(jié)果表明，自監(jiān)測之日起，監(jiān)測斷面拱頂處、左右拱腰圍巖壓力逐漸增大并趨于穩(wěn)定，拱腳處壓力分布逐漸增大，分布對稱，趨于穩(wěn)定，各監(jiān)測點圍巖壓力均處于合理區(qū)間內(nèi)，該斷面圍巖壓力已穩(wěn)定，可正常施工。

4結(jié)論

(1)在復(fù)雜地質(zhì)條件下開挖隧道時應(yīng)加強監(jiān)控測量工作。通過加大監(jiān)測頻率、準(zhǔn)確采集數(shù)據(jù)、及時分析數(shù)據(jù)并反饋等手段，使工程施工管理人員及時掌握隧道圍巖的變形情況和支護效果，便于做出正確決策。

(2)各監(jiān)測斷面拱頂沉降與周邊收斂在隧道開挖15～20 d后呈成收斂趨勢，日變形速率均小于0.2 mm/d，且未發(fā)生偏壓，說明隧道施工所采用的支護工藝較合理。

(3)在圍巖較差區(qū)段，進行監(jiān)控測量工作時應(yīng)確保較小的監(jiān)測斷面間距和較大的監(jiān)測頻率，根據(jù)圍巖變形情況及時進行動態(tài)調(diào)整。

參考文獻

[1]王建宇.隧道工程監(jiān)測和信息化設(shè)計原理[M].北京：中國鐵道出版社，1990.

[2]夏才初，李永盛.地下工程測試理論與監(jiān)測技術(shù)[M].上海：同濟大學(xué)出版社，2002.

[3]關(guān)寶樹.隧道力學(xué)概論[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，1993.

[4]夏才初，潘國榮.土木工程監(jiān)測技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

(收稿日期2015-09-18)

李寧(1989—)，男，碩士，100083 北京市海淀區(qū)學(xué)院路30號。