潘寶志
上海同納建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司(200331)
東馬場1#隧道為左右線分離式隧道,左線樁號ZK70+180~ZK75+278,全長共5098m。右線樁號K70+130~K75+335,全長5205m。左右幅共計為10303m。隧道最大埋深613m,穿越程海全新世活動發(fā)震斷裂,受其影響較大,隧道區(qū)域內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力大,圍巖破碎軟弱,自穩(wěn)性差。
東馬場1#隧道變形段地質(zhì):進(jìn)口為侏羅系泥質(zhì)粉砂巖,裂隙發(fā)育,呈碎塊狀,片理化明顯,層間有明顯擦痕,自穩(wěn)性差,鑒定結(jié)果為絹云母泥巖。出口為泥盆系白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r,出現(xiàn)結(jié)晶體、顆?;⑹闆r,裂隙發(fā)育,呈碎塊狀,軟弱夾層,自穩(wěn)性差,鑒定結(jié)果為泥質(zhì)板巖。受程海斷裂帶構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)烈作用,進(jìn)出口段均有不同程度的變質(zhì)作用影響。
馬場1#隧道為左右線分離式隧道,左線樁號ZK70+180~ZK75+278,全長共5098m。右線樁號K70+130~K75+335,全長5205m。左右幅共計為10303m。其中設(shè)計Ⅲ級圍巖3204m(占比31.1%),Ⅳ級圍巖3359m(占比32.6%),Ⅴ級圍巖3740m(占比36.3%)。隧道最大埋深613m,隧址區(qū)巖性復(fù)雜,主要地質(zhì)問題有全新世活動的程海-賓川斷裂帶、軟巖大變形、極高地應(yīng)力、突泥涌水等,為華麗高速公路項目的控制性工程之一。
檢測目的是根據(jù)變形速度、變形連續(xù)性、變形總量及變形收斂情況:判斷圍巖的穩(wěn)定性;確定初期支護(hù)的安全性;確定施工方法的合理性。
對于拱頂沉降位移進(jìn)行測量,獲得數(shù)據(jù)能夠直觀了解斷面變形狀態(tài)等實際情況,以此來確定隧道拱頂是否穩(wěn)定。根據(jù)變形速率來判斷隧道圍巖的穩(wěn)定,能夠幫助施工人員尋求到更好的支護(hù)時機(jī),從多個角度強(qiáng)化工程穩(wěn)定性,為施工人員創(chuàng)建和諧、安全的施工環(huán)境,從而更好地開展施工活動,提高施工有效性。
對于工程中遇到的不良地質(zhì)、突水等,要立足于實際情況,充分考慮到停車、通道交叉地段等設(shè)置監(jiān)控測量斷面,在隧道拱頂部位設(shè)置3~5個監(jiān)測點,并計算好各個監(jiān)測點之間的距離。通常來說,測點要在距離開挖面2m的位置設(shè)置,確保爆破后12 h以內(nèi)或者下次爆破前,測量出讀數(shù)。
目前,常用的測量方法為水準(zhǔn)抄平法。由于基準(zhǔn)點分別設(shè)置在洞內(nèi)外,視線長度在30m以內(nèi),誤差控制在1mm以內(nèi)。如有必要,可以借助冗余觀測法來提高監(jiān)測精度,確保數(shù)據(jù)真實、可靠,能夠更好地開展工作。
在使用臺階法時,水準(zhǔn)抄平測量拱頂極有可能出現(xiàn)下沉現(xiàn)象,而上臺階無法設(shè)置測量站,導(dǎo)致臺階法無法有效發(fā)揮作用。對于此類情況,可以采用非接觸法開展工作,把鋼尺掛在預(yù)埋測點上,并掛好1kg的錘球,以此來讀取數(shù)據(jù),實現(xiàn)對工程實際情況的了解和掌握[1]。工程施工現(xiàn)場復(fù)雜,對于人員無法到達(dá)的位置,可以采用高精度全站儀等設(shè)備輔助測量,提高測量精準(zhǔn)度。
對于測點的布設(shè)(如圖1所示),要立足于實際情況,堅持針對性原則。具體來說,在測點處要借助小型鉆機(jī)打孔,將膨脹螺絲打入孔內(nèi),并借助扳手進(jìn)行擰緊處理,為后續(xù)測量提供幫助。對上下臺階開挖時,一般要設(shè)置三個測點,每個分別相距2m。針對三臺階法來說,下臺階開挖等要根據(jù)實際情況,適當(dāng)增加監(jiān)測頻率,確保獲取的數(shù)據(jù)真實可靠。
圖1 拱頂下沉測點布置圖
根據(jù)開挖方式及圍巖級別的不同,Ⅴ級圍巖應(yīng)在5~10m布置一個測量斷面,Ⅳ級圍應(yīng)不大于25 m布置一個測量斷面,III級圍巖應(yīng)不大于40m布置一個測量斷面,破碎帶段等不良地質(zhì)段及加寬帶段按5~10m布置一個測量斷面。具體布設(shè)斷面的間距參照設(shè)計文件關(guān)于監(jiān)控量測項目布置斷面里程和相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。
根據(jù)變形速度、變形連續(xù)性、變形總量及變形收斂情況,判斷圍巖的穩(wěn)定性;確定初期支護(hù)的安全性;確定施工方法的合理性。另外,隧道周邊位移是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化的最直接反映,測量周邊位移可為判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠的信息;根據(jù)變形速率判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度,為二次襯砌提供合理的支護(hù)時機(jī);同時判斷初期支護(hù)設(shè)計與施工方法選取的合理性,用以指導(dǎo)設(shè)計與施工。
由于斷面分布范圍較大,多集中在側(cè)墻和拱頂位置,因此應(yīng)在這些位置多設(shè)置測量點,利用收斂計、全站儀對周圍實際情況進(jìn)行監(jiān)督和控制,及時發(fā)現(xiàn)這些位置的變化情況。測點間距最好控制在2 m左右,并確保爆破后12h以內(nèi)讀數(shù),以此來確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。
除此之外,還可以采用無尺量測技術(shù)。監(jiān)測人員可以利用高精度全站儀自由設(shè)站等方式,在隧道中靈活調(diào)整測量方式,對隧道變形情況進(jìn)行監(jiān)督和控制。與其他方式和方法不同,這種方法具有較強(qiáng)的靈活性,能夠有效抵御其他影響因素對施工的干擾,測量速度較快,效率高。在實踐中,可以將儀器設(shè)備架設(shè)在安全區(qū)進(jìn)行測量,減少并避免對量測監(jiān)測人員的傷害,監(jiān)測人員無須到達(dá)危險區(qū),便可以完成測量,實現(xiàn)安全作業(yè)。
在確定監(jiān)測的隧道斷面開挖后盡早進(jìn)行,對于兩車道隧道全斷面開挖時,每測量斷面設(shè)置1對測線。當(dāng)采用臺階開挖方式時,在拱腰和邊墻各布置一條水平測線。測樁埋深約15cm,鉆孔直徑約20 mm,用早強(qiáng)錨固劑錨固,測樁位置設(shè)置保護(hù)罩。臺階開挖中,應(yīng)隨開挖分次布置監(jiān)測測點,其測點布置原則同全斷面開挖。在隧道周邊位移測量中采用傳統(tǒng)測量(收斂計)或無尺測量技術(shù)(高精度全站儀)。
使用高精度LEICATS09plus全站儀進(jìn)行量測(角度精度指標(biāo)0.5″、分辨率0.1″,1mm+1ppm的測距精度,分辨率0.1mm)。
根據(jù)開挖方式及圍巖級別的不同,Ⅴ級圍巖應(yīng)于5~10m布置一個量測斷面,Ⅳ級圍應(yīng)不大于25 m布置一個量測斷面,III級圍巖應(yīng)不大于40m布置一個量測斷面,破碎帶段等不良地質(zhì)段及加寬帶段按5~10m布置一個量測斷面[2]。
1)整體變形情況:上臺階施工階段以沉降為主,線路右側(cè)G3點(靠山側(cè))日均沉降60~80mm。左側(cè)G2點日均沉降50~80mm,局部滲水段日均沉降最大達(dá)200cm。上臺階BC日均收斂10~20mm,持續(xù)時長5d。中臺階施工至下臺階施工以收斂為主,中臺階DE(邊墻)日均收斂30~50mm,拱頂日均沉降20~40mm,持續(xù)時長7d。仰拱澆筑前,拱頂日均沉降10~20mm,周邊位移日均收斂20~40mm,持續(xù)時長8d。仰拱澆筑完成后,拱頂日均沉降5~10 mm,周邊位移日均收斂10~20mm,持續(xù)時長10d。同時開始出現(xiàn)初支噴射混凝土掉塊,拱頂鋼架局部斷裂,邊墻鋼架內(nèi)擠或折疊斷裂。二襯澆筑前初支變形仍有5~15mm變形。
2)變形速率高:東馬場1#隧道目前施工過程中最大變形速率達(dá)到249mm/d,最大收斂變形達(dá)到92.5mm/d。
3)持續(xù)時間長:隧道開挖后,圍巖應(yīng)力重分布需要一定時間,所以變形具有持續(xù)時間長、后期衰減慢的特點。東馬場1#隧道變形持續(xù)時間279d后仍在持續(xù)變形。
4)支護(hù)破壞形式多樣:圍巖具有各向異性,原始地應(yīng)力方向復(fù)雜,使得初期支護(hù)受力不均勻,破壞形式多樣。在高地應(yīng)力作用下,初期支護(hù)往往會發(fā)生混凝土噴混凝土開裂、剝落,型鋼拱架發(fā)生扭曲、變形等破壞現(xiàn)象。在二次襯砌施作以后,大變形也會使襯砌開裂,造成仰拱底鼓等現(xiàn)象。
根據(jù)監(jiān)控測量數(shù)據(jù)分析,隧道的累計位移值大于預(yù)留變形量,隧道的日均位移值大于2mm/d。東馬場1#隧道目前沉降值不可控,隧道存在較大的安全風(fēng)險隱患。
隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),高速公路工程建設(shè)日新月異,工程規(guī)模大,覆蓋范圍廣,導(dǎo)致軟巖大變形隧道也隨之增加,對施工量測提出了更高的要求。因此要加強(qiáng)對監(jiān)控測量管理,及時引進(jìn)高新技術(shù),收集各方面數(shù)據(jù)信息,真實反映出圍巖動態(tài),營造和諧、安全的施工環(huán)境,提高施工有效性,從而推動本省經(jīng)濟(jì)發(fā)展。