廈沙高速公路戴云山隧道施工及監(jiān)控量測技術研究

■陳英平（泉州市公路局惠安分局，惠安362100）

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廈沙高速公路戴云山隧道施工及監(jiān)控量測技術研究

■陳英平
（泉州市公路局惠安分局，惠安362100）

本文結合實際的工程案例，闡述了戴云山隧道施工中的降水及隧道監(jiān)測量測技術。為類似工程建設提供參考。

隧道工程降水技術開挖支護監(jiān)測

0概述

在交通工程建設領域中，隧道工程與其它工程相比具有隱蔽性、施工復雜性等突出特點，隧道工程因具有十分強的隱蔽性，其建設的難度也就更大，特別是其施工建設期間極易受到地質(zhì)變化等因素的影響。從而加大了施工難度和施工風險性。隧道工程的建設與人們生活息息相關，其建設質(zhì)量直接影響到人們正常的生活與生產(chǎn)，甚至是人們的生命健康安全，因而對隧道施工的管理提出更高要求。因此，必須嚴格把控隧道工程建設各個環(huán)節(jié)，防止事故的發(fā)生，促進隧道工程建設領域的安全健康發(fā)展。

1工程概況

戴云山隧道位于廈沙高速公路泉州德化段A3和A4合同段分界處，隧道左線長3462.923m，右線長3455m，左線起止樁號ZK81+241.077～ZK84+704，右線起止樁號YK81+245～YK84+700。隧址區(qū)屬構造侵蝕低山地貌，隧道軸線大致呈南北走向，地形起伏較大，隧道最大埋深約350m，地表植被較發(fā)育，覆蓋層較薄。進口側山坡自然坡度約25°～30°，出口側山坡自然坡度約35°～40°。

本隧址場區(qū)表層多為第四系殘坡積土，下伏侏羅系南園組（J3n）凝灰熔巖及其風化層。隧址區(qū)及其附近新構造運動不強烈，未見影響場地穩(wěn)定的活動性斷裂。但受南北向及北東向構造影響，隧址區(qū)發(fā)育構造帶7條，部分節(jié)理密集帶與隧道洞身呈較小角度相交，影響隧道圍巖級別。此外，場區(qū)未見大型滑坡、崩塌及泥石流和巖溶塌陷等不良地質(zhì)作用，隧址區(qū)現(xiàn)狀整體較穩(wěn)定，基本適宜隧道建設。

該隧道進洞口為淺埋段覆蓋層較薄，圍巖穩(wěn)定性較差，施工過程中極易造成垮塌。加之隧道下穿既有縣道和居民區(qū)，施工容易引起地表開裂甚至倒塌而影響鄰近結構物安全。因此淺埋段施工工藝的選擇直接關系到前期進洞和下穿施工的成敗。

2地表降水和洞內(nèi)降水

2.1地表降水

（1）降水參數(shù)：通過地面線測量及工程地質(zhì)、水文情況，確定降水井孔徑為150mm，井點降水管采用內(nèi)徑120mm的高強度PVC管，管壁切割2mm透水縫，填充（3～5）mm碎石反濾層，降水井沿隧道開挖外輪廓線1m對稱布置，縱向間距（5～10）m，井深（18～26）m（井底高度均控制在仰拱以下5m處）。降水機械采用地表輕型降水鉆機與地表重型降水鉆機（圖1、圖2）。

（2）技術措施：井點降水在隧道開挖前10天開始。降水時，根據(jù)出水量確定水泵下放深度（水泵離井底1.2m為宜），泵管連接密閉不透水，降水開始后，進行地表監(jiān)控量測，以防降水過快導致地表下沉。

圖1　地表輕型降水鉆機

2.2洞內(nèi)降水

因隧道內(nèi)圍巖為全風化粘粒，巖質(zhì)極軟，侵水易軟化，手易捏碎。洞內(nèi)采用輕型井點降水法，降水機械采用射流泵（圖3），鉆井管采用150mm鋼管，濾管采用130mm高強度PVC降水管。

圖2　地表重型降水鉆機

圖3　輕降射流泵

降水井用鋼管高壓風水沖孔法成孔，濾管安裝完成后，在井壁和水管間填充3～5mm碎石，反濾層施工完成后，清空安裝水泵。

降水井布置于第一臺階開挖支護完成后，位于第二臺階的頂部（或在仰拱填充頂面），位于隧道初期支護后1.5m處。在第一臺階開挖完畢后，洞內(nèi)降水（2～3）天，水位下降了（3～4）m，確保了第二臺階和仰拱處圍巖的硬塑狀，為隧道持續(xù)安全開挖創(chuàng)造了有利條件。

3洞身開挖及支護

原圖紙設計中，開挖方法采用CD法，將隧道劃分為4個作業(yè)面，每個作業(yè)面較小，無法在小斷面內(nèi)留足核心土施工，作業(yè)空間不足，因三臺階部法開挖各超前的開挖與支護沿隧道縱向錯開、平行推進，施工空間大，方便機械化施工，綜合考慮，決定采用短距離三臺階七部法施工（圖4）。為了防止因巖體壓力導致支護結構失穩(wěn)，決定在每個作業(yè)面底部安裝臨時仰拱，臨時仰拱可采用C20模筑混凝土施工。

圖4　短距離三臺階七部法開挖示意圖

3.1開挖及支護方法

（1）上臺階開挖支護

洞身開挖時，在隧道拱部外圍鉆設單排超前小導管進行超前注漿加固巖體，小導管采用φ42×3.5mm無縫鋼管，L=3.5m，環(huán)向間距20cm，外插角10～15°，導管搭接1m以上。漿液采用水泥水玻璃雙漿液（添加水泥重量5%的水玻璃）。

注漿完成后，環(huán)向開挖1部弧形導坑，預留核心土，核心土長度為3～5m，寬度為隧道開挖寬度的1/3～1/2。開挖循環(huán)進尺按照40cm支護間距進行初期支護，開挖后立即初噴（3～5）cm混凝土。上臺階開挖矢跨比應大于0.3，開挖后及時進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護，架設鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30°打設鎖腳鋼管，特別注意系統(tǒng)錨桿、鎖腳鋼管和鋼架間的連接，三者一定要密貼焊接牢固。然后復噴混凝土至設計厚度。

（2）中臺階開挖

2、3部中臺階開挖：開挖進尺和上臺階步調(diào)一致，開挖高度一般為（3～3.5）m，2、3部臺階錯開（2～3）m，開挖后立即初噴（3～5）cm混凝土，及時進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護，接長鋼架，在鋼架墻腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30°打設鎖腳鋼管，鎖腳鋼管與鋼架牢固焊接，然后復噴混凝土至設計厚度。同時加強隧道拱部沉降和兩側的收斂量測，當量測數(shù)據(jù)變化較大時，可在中臺階處增設臨時仰拱支撐，減少初期支護變形。

（3）下臺階開挖

4、5部下臺階開挖：開挖進尺和中臺階步調(diào)一致，開挖高度一般為（3～3.5）m，4、5部臺階錯開（2～3）m，開挖后立即初噴（3～5）cm混凝土，及時進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護，接長鋼架，在鋼架墻腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30°打設鎖腳鋼管，鎖腳鋼管與鋼架牢固焊接，然后復噴混凝土至設計厚度。

由于在雨季施工，巖體孔隙水受大氣降水影響，得以補給，致使4部邊墻開挖時，出現(xiàn)流泥現(xiàn)象，拱部支護出現(xiàn)較大沉降變化，為了防止沉降持續(xù)發(fā)展，該部開挖之前，在2、3部邊墻拱腳以上1m處，俯角45°鉆設6m長Φ89×6mm無縫鋼管，注漿加固。

（4）仰拱開挖支護

因地表坡度呈35°～40°，地勢較陡，縱向土體壓力較大，加之三臺階七步法開挖步距較短。7部仰拱開挖支護時必須按照“短開挖，快支護”的原則進行施工，在開挖前備足仰拱鋼架和鋼筋網(wǎng)片，每循環(huán)開挖控制在（4～6）m以內(nèi)，開挖完成后迅速安裝并澆筑仰拱混凝土。

3.2錨網(wǎng)噴砼與鋼管抗滑樁法

錨網(wǎng)噴砼與鋼管抗滑樁法是將錨網(wǎng)噴砼支護整體性強的特點和鋼管抗滑樁強度高，抗彎能力大的優(yōu)點結合應用的一種新型巖體加固技術。該技術在廈門翔安海底隧道施工中得到了廣泛應用。

本隧道在開挖過程中，不同程度的出現(xiàn)過掌子面流泥現(xiàn)象。當出現(xiàn)土體流泥現(xiàn)象時，采用φ42×3.5mm（或φ89×6mm）無縫鋼管，以群樁的形式布置，用重錘、風鉆打入或潛孔鉆機頂入土體，然后及時掛設鋼筋網(wǎng)噴射混凝土封閉開挖工作面，再通過導管注漿加固圍巖及核心土體（圖5）。

圖5　錨網(wǎng)噴砼與鋼管抗滑樁掌子面封閉

4監(jiān)控量測

監(jiān)控量測是隧道在施工過程中不可缺少的內(nèi)容，通過對監(jiān)測地層、圍護結構體系、淺埋段圍巖、支護動態(tài)及既有建（構）筑物的比對分析，及時調(diào)整相應的施工方法及二襯合理的施作時間，確保施工過程和既有建筑的安全。

4.1量測方法和頻率

（1）洞內(nèi)觀察分為開挖工作面觀察和初期支護觀察。圍巖地質(zhì)支護概況進行合理的穩(wěn)定性評價，所以對開挖后的每一個工作面都應及時進行地質(zhì)素描及數(shù)碼成像，必要時應進行物理力學試驗。初期支護完成后應進行噴層表面裂縫及其發(fā)展、滲水、變形觀察和記錄。

（2）洞外觀察包括邊仰坡穩(wěn)定，地表水滲透等觀察。

（3）凈空變形量測斷面的間距應根據(jù)圍巖級別、隧道斷面尺寸、埋置深度等確定，其間距按表1布置。拱頂下沉量測與凈空水平收斂量測應在同一斷面內(nèi)進行，因采用相同的量測頻率，應從表2根據(jù)變形速度和距開挖工作面距離較高的一個量測頻率。

表1　拱頂下沉及周邊收斂量測間距表

（4）地表下沉量測應根據(jù)隧道埋置深度、地質(zhì)條件［1］、地表有無建筑物、所采用的開挖方式等因素確定是否進行。地表下沉量測的測點應與凈空水平收斂及拱頂下沉量測的測點布置在同一斷面內(nèi)［2］。

（5）需要進行橫斷面方向地表下沉量測時，其測點間距應采?。?～5）m，在同一量測斷面內(nèi)應取7～11個測點。地表下沉的量測頻率應和拱頂下沉及凈空水平收斂的量測頻率相同。地表下沉量測應在開挖工作面前方H0+ B（隧道埋置深度+隧道最大開挖寬度）處開始，直至襯砌結構封閉，下沉基本停止時為止。

4.2數(shù)據(jù)采集及信息反饋

對水平相對凈空變化、地表水平和垂直位移（沉降）、拱頂垂直位移（沉降）、仰拱隆起，采用高精度全站儀及高精度數(shù)字式水準儀進行人工數(shù)據(jù)采集。

每次量測后應及時對原始數(shù)據(jù)進行整理，并繪制量測數(shù)據(jù)時態(tài)曲線和距開挖面關系圖，以尋求數(shù)據(jù)之間的規(guī)律，通過數(shù)據(jù)反饋信息了解隧道變形規(guī)律；對初期的時態(tài)曲線進行回歸分析，對數(shù)據(jù)最終位移、變形速率的變化、時空變化等進行預測預報；數(shù)據(jù)異常時，應根據(jù)具體情況及時采取加厚噴層、加密或加長錨桿、增加鋼架等加固措施。

5結束語

綜上所述，通過事先對技術難題的科研立項與規(guī)劃，實施過程中及時將理論分析成果、既有工程經(jīng)驗與施工過程的安全監(jiān)測分析等手段相結合，能夠較好地解決施工難度大、安全風險高這類工程難題，值得借鑒和參考。

［1］周坤，方俊波.地表水文監(jiān)測在巖溶隧道施工中的應用［J］.隧道建設，2013（4）.

［2］夏至光，李燦華.地下工程測試理論與監(jiān)測技術［M］.武漢：武漢大學出版社，2007.

［3］佟發(fā)偉.意大利中部兩種不同水文地質(zhì)條件下地下水對隧道開挖的影響［J］.四川建材，2013（6）.