雙連拱隧道施工變形監(jiān)測與控制技術(shù)研究

郭藝輝 劉曉龍 吳崗 王勇

摘要：隧道施工過程中的變形監(jiān)測是保障施工安全的重要環(huán)節(jié)。本文以楊真隧道為例，介紹雙連拱隧道再施工過程中通過洞內(nèi)外地質(zhì)和支護(hù)工程、地表及周邊位移、拱頂?shù)茸冃斡^測，過程中進(jìn)行變形分析，并指定變形控制措施，為雙連拱隧道的安全施工提供保障具有重要意義。

關(guān)鍵詞：雙洞拱隧道;變形監(jiān)測;變形控制技術(shù)

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隨著山嶺地區(qū)公路建設(shè)的不斷發(fā)展和公路等級的不斷提高，公路隧道的建設(shè)規(guī)模和數(shù)量日益增多[1～2]。連拱隧道因在短隧道中避免洞口分幅，洞口占地面積較少：可保持路線線型流暢：城市中連拱隧道可以大大減少拆遷，降低工程造價，在城市道路中已有多處應(yīng)用的實例[3～5]。但由于隧道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工工序多，且多處于城市中，周邊構(gòu)筑物一般較多，埋深也較淺，增加了隧道施工過程中變形和穩(wěn)定控制的難度[6～7]。所以在施工過程中通過現(xiàn)場監(jiān)控量測并結(jié)合現(xiàn)場綜合地質(zhì)信息，對圍巖穩(wěn)定性做出判斷，并及時調(diào)整設(shè)計，對保障隧道施工和周邊環(huán)境的安全，具有現(xiàn)實意義和實際應(yīng)用價值。

以楊真隧道為例，根據(jù)楊真隧道圍巖組成特點，選擇地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀測.周邊位移量測.拱頂下沉量測.地表下沉量測等，同時開展圍巖內(nèi)部位移.圍巖壓力.鋼支撐內(nèi)力及外力.噴射混凝土軸向應(yīng)力.復(fù)合式襯砌圍巖壓力及接觸壓力監(jiān)測等。總結(jié)本工程出不良地層區(qū)段圍巖變形基本規(guī)律.揭示圍巖變形機(jī)理，選擇二次襯砌施作時機(jī)，提出楊真隧道穿越不良地質(zhì)段圍巖最終穩(wěn)定性判據(jù)，同時對現(xiàn)場應(yīng)力測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評判圍巖及支護(hù)體系的變形及受力狀況，反饋于施工過程及支護(hù)體系設(shè)計，為實際施工提供同步或超前信息。

1 工程概況

楊真隧道位于南平市延平區(qū)，北起內(nèi)環(huán)路與馬坑路交叉口處，南至環(huán)城路（市拖拉機(jī)廠附近）彎道處，里程為K0+070-K0+270。隧道為雙洞連拱布置，明洞采用整體式襯砌，暗洞采用復(fù)合式襯砌，隧道長200m。隧道采用雙洞，單個洞寬度12.75m，隧道最大埋深45.6m。洞門型式為端墻式。

楊真隧道場址屬于丘陵地帶，區(qū)內(nèi)海拔標(biāo)高一般在80-200米之間，地形坡度在15-35。之間，植被發(fā)育，為人工雜木林和灌木及菜地。根據(jù)野外鉆探揭露巖土芯鑒別，結(jié)合現(xiàn)場原位標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗與取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗結(jié)果，隧址區(qū)地層主要有第四系人工填土層（04ml）;雜填土：二疊系翠屏山組（炭質(zhì)）：粉砂層。隧道區(qū)地下水主要為雜填土中的孔隙潛水及風(fēng)化巖中的孔隙裂隙水。

隧道開挖和施工順序見圖3，中導(dǎo)洞和左.右側(cè)導(dǎo)洞超前開挖，初期支護(hù)緊跟。結(jié)構(gòu)設(shè)計為復(fù)合襯砌，以錨桿濕噴混凝土.鋼筋網(wǎng)等為初期支護(hù)，并輔以管棚.鋼支架.超前小導(dǎo)管等支護(hù)措施。由于該隧道開挖跨度大，施工工序轉(zhuǎn)換復(fù)雜，特別是受工期影響，中導(dǎo)洞和左.右側(cè)導(dǎo)洞一起掘進(jìn)，圍巖不穩(wěn)定性因素大大增加。為此，對隧道施工和周邊環(huán)境進(jìn)行了全過程的變形現(xiàn)場監(jiān)測，并及時反饋信息以指導(dǎo)施工。

2 監(jiān)控量測方案與布置

1. 洞內(nèi)外地質(zhì)和支護(hù)狀況觀測

洞內(nèi)主要觀察工作面狀態(tài).圍巖變形.風(fēng)化變質(zhì)情況.節(jié)理裂隙.斷層分布和形態(tài).地下水情況以及初期支護(hù)效果。觀察后及時繪制地質(zhì)素描圖，填寫工作面狀態(tài)記錄表和圍巖類別判定卡。對已施工區(qū)段噴碎.錨桿.鋼架的狀況每天至少觀察一次：洞外觀察包括對洞口地表情況.地表沉陷.邊坡及仰坡的穩(wěn)定以及地表水滲透等的觀察。

2. 地表沉降觀測

隧道洞頂?shù)乇沓两翟谒淼郎形撮_挖前就開始進(jìn)行，借以獲得開挖過程中全位移曲線。地表沉降監(jiān)測可采用普通水平儀，配合水平尺進(jìn)行，測點和拱頂下沉量測布置在同一斷面上。地表下沉量測斷面布置詳見圖4。

③周邊位移.拱頂下沉觀測

周邊位移選用Jss30—10/15A型數(shù)顯式收斂儀及專用測點量測，拱頂下沉量測采用精密水準(zhǔn)儀配合水準(zhǔn)尺.鋼尺進(jìn)行，兩者在同一量測斷面內(nèi)進(jìn)行，測線具體布置見圖5。

量測斷面布置間距及量測頻率一般情況按設(shè)計要求辦理，洞口段.斷層破碎帶或圍巖發(fā)生變化處，加密布置。測點在避免爆破破壞的前提下，盡可能靠近工作面布置，一般為0.5C2m，并在下次爆破循環(huán)前獲得初始數(shù)據(jù)。

3 量測數(shù)據(jù)處理與分析

通過對隧道拱頂下沉位移及水平收斂位移的分析，變形位移與圍巖類別.穩(wěn)定時間有一定的對應(yīng)關(guān)系，可以看出∶圍巖位移基本上是連續(xù)的，拱頂下沉量大于水平收斂位移量，圍巖位移沒有產(chǎn)生突變現(xiàn)象，圍巖類別越高，收斂位移越小。位移在前期隨時間增長而迅速加大，位移速率逐漸減低。當(dāng)?shù)竭_(dá)一定時間后，位移趨向穩(wěn)定。

變形大體經(jīng)歷了三個階段即∶增長和急劇增長階段，其持續(xù)時間大約為20C40c，此階段變形量約占趨向穩(wěn)定時總變形量的80%左右：慢增長階段，持續(xù)時間大約20C30c：以后是開始趨向穩(wěn)定階段。穩(wěn)定時間基本按Ⅳ—Ⅲ—Ⅱ類圍巖的次序遞增，這是因為圍巖越穩(wěn)定，位移穩(wěn)定時間就越快。到緩慢增長變形階段，變形已釋放程度達(dá)90%以上，基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 變形控制措施

為避免施工過程中中導(dǎo)洞和側(cè)導(dǎo)洞發(fā)生較大的變形，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫甚至局部破壞，特別是在隧道出洞口段。通過現(xiàn)場監(jiān)測資料的反饋信息，施工中采取了以下工程措施達(dá)到了控制大變形的效果∶

（1）針對出洞口段導(dǎo)洞開挖過程中變形比較大的情況，對洞周2C3m內(nèi)圍巖用水泥_水玻璃雙液漿進(jìn)行系統(tǒng)徑向注漿加固，并在大管棚基礎(chǔ)上，再用超前小導(dǎo)管加固工作面前方圍巖，以改善支護(hù)的受力條件，限制過大變形。

（2）嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺和臺階長度，施工中盡量減少對圍巖的擾動，采用掘進(jìn)機(jī)或人工開挖的方式進(jìn)行。

（3）在鋼架拱腳處采用注漿錨管進(jìn)行加固。

（4）開挖成形后及時進(jìn)行初期支護(hù)，扣緊工序銜接，盡早施作仰拱，形成封閉環(huán)。封閉支護(hù)結(jié)構(gòu)是改善結(jié)構(gòu)受力.抑制隧道變形的有效途徑。

仰拱及時封閉是隧道施工安全的保證，監(jiān)測資料表明∶在施工完成二次襯砌到仰拱封閉前，下沉量比較大，仰拱封閉后達(dá)到基本穩(wěn)定。

（5）根據(jù)監(jiān)測反饋信息，為了更好地保護(hù)洞頂建筑物，采取了地面加固和洞內(nèi)加強(qiáng)的工程措施，對地表進(jìn)行注漿加強(qiáng)，洞內(nèi)拱頂設(shè)置超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)。

5 結(jié)束語

現(xiàn)場監(jiān)控量測是判斷圍巖和隧道的穩(wěn)定狀態(tài).保證施工安全.指導(dǎo)施工生產(chǎn).進(jìn)行施工管理和提供設(shè)計信息的重要手段。

本文根據(jù)以往類似隧道施工經(jīng)驗，結(jié)合設(shè)計文件，在施工過程中，按照《城市軌道交通設(shè)施運(yùn)營監(jiān)測技術(shù)規(guī)范第3部分∶隧道》（CB/T39559.3-2020）的要求進(jìn)行監(jiān)控量測，以量測資料為基礎(chǔ)及時修正支護(hù)參數(shù)，使支護(hù)參數(shù)與地層相適應(yīng)并充分發(fā)揮圍巖的自承能力，圍巖與支護(hù)體系達(dá)到最佳受力狀態(tài)，并在施工中進(jìn)行信息化動態(tài)管理，達(dá)到確保工程質(zhì)量.施工安全和進(jìn)度，合理控制投資的目的：同時根據(jù)掌握圍巖和支護(hù)的動態(tài)信息并及時反饋到施工作業(yè)，對圍巖和支護(hù)的變位.應(yīng)力量測，及時提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)和可靠預(yù)測，修改支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計：對已開挖.支護(hù)段的力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行評價，在有險情時及時采取必要補(bǔ)救措施，可確保隧道安全.經(jīng)濟(jì).快速地施工。

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