大斷面小凈距公路隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析研究

陳元忠

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司)

1 引 言

巖石的力學(xué)性態(tài)受很多因素的制約和影響，例如巖體生成時(shí)的條件、地質(zhì)的作用影響，如何開(kāi)挖隧道、支護(hù)時(shí)機(jī)和支護(hù)參數(shù)等。影響因子越多，對(duì)于結(jié)果的預(yù)測(cè)就越困難，想要做出正確反映巖體性態(tài)的力學(xué)模型并不是一件容易的事情，因而監(jiān)控測(cè)量以及整合分析監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)是非常必要的程序，最后綜合確定出下一步施工方案，完善設(shè)計(jì)。以可以作為典型的福建省鶴上隧道為例進(jìn)行分析和研究，展開(kāi)論述。

2 工程背景介紹

鶴上隧道位于福州國(guó)際機(jī)場(chǎng)高速公路工程A3 標(biāo)段，是省內(nèi)的第一座三車道小凈距公路隧道，即使從全國(guó)范圍來(lái)看也屬于比較罕見(jiàn)的。隧道所在的路段屬于剝蝕低山丘陵地貌。V 級(jí)圍巖段采用中隔壁法來(lái)實(shí)施，要在開(kāi)挖前進(jìn)行注漿加固，采用復(fù)合襯砌，初期支護(hù)采用鋼支撐、錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土的錨噴支護(hù)形式。

3 監(jiān)測(cè)概述

由于圍巖的力學(xué)性態(tài)的模型很難構(gòu)建，影響因素眾多，所以現(xiàn)場(chǎng)施工的監(jiān)控是必不可少的手段。在進(jìn)行開(kāi)挖的時(shí)候必然會(huì)影響到圍巖的穩(wěn)定性，這很容易發(fā)生危險(xiǎn)，也很難從理論上進(jìn)行推算。從前人的經(jīng)驗(yàn)上來(lái)看，方法并沒(méi)有成體系，不夠成熟，這更表明了監(jiān)測(cè)的重要性。分析小間距隧道的特點(diǎn)之后我們能夠得知監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主要包括襯砌內(nèi)力、圍巖變形及地表沉降監(jiān)測(cè)，一共設(shè)有三個(gè)代表性的監(jiān)測(cè)斷面和若干一般性監(jiān)測(cè)斷面。

4 監(jiān)測(cè)分析研究

(1)拱頂下沉

左右兩個(gè)洞的拱頂下沉的多角度監(jiān)測(cè)圖如圖1 所示。

圖1 拱頂下沉的縱向分布

在圖1 中，對(duì)于平均拱頂下沉度來(lái)說(shuō)，左洞比右洞稍微大一些，左右洞的下沉值分別是15 mm 和11 mm，洞口變形大于洞身段，這表明了開(kāi)發(fā)右洞對(duì)左洞有著一定程度的影響。

在表1 中，數(shù)據(jù)顯示出圍巖變形和穩(wěn)定的時(shí)間跟地質(zhì)的條件也有著一定的關(guān)系，拱頂下沉的變形程度和地質(zhì)條件成反比的關(guān)系，和穩(wěn)定時(shí)間成正比。有了錨噴的支護(hù)的五級(jí)圍巖，開(kāi)挖的初期拱頂下沉增長(zhǎng)較快，下沉速率減小，變形緩慢增長(zhǎng)，之后基本達(dá)到穩(wěn)定，對(duì)于三、四級(jí)的圍巖來(lái)說(shuō)，錨噴支護(hù)后能更快達(dá)到穩(wěn)定，下沉速率也會(huì)有所減緩。

圖2 拱頂下沉的時(shí)程曲線圖

表1 以圍巖為分級(jí)單位的拱頂下沉統(tǒng)計(jì)總值

(2)洞周收斂

在隧道洞口發(fā)現(xiàn)淺埋段的巖性較差，使得施工的難度加大，干擾因素多，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定。對(duì)于V 級(jí)圍巖，穩(wěn)定的時(shí)間大約需要30 d，IV，III 級(jí)圍巖大約需要20 d來(lái)達(dá)到穩(wěn)定。整體上，水平測(cè)線收斂變形比其他測(cè)線收斂變形大，可以認(rèn)為變形主要來(lái)自山體兩側(cè)，表明圍巖水平擠壓作用較明顯。

(3)地表下沉

圖3 K6 +630 斷面的各個(gè)測(cè)點(diǎn)地表的下沉變形分析圖

在圖3 中，施工開(kāi)挖對(duì)地表地質(zhì)產(chǎn)生了巨大的影響。左洞中線表明了左洞表面的土壤質(zhì)地松散，在進(jìn)行爆破時(shí)會(huì)有較大的振動(dòng)。而基巖大多都集中在了中間巖柱上，計(jì)算時(shí)可以較少的考慮振動(dòng)因素。右洞是在左洞施工之后進(jìn)行開(kāi)挖的，同樣經(jīng)受了多次的擾動(dòng)和振動(dòng)爆破，左洞的地表受到了劇烈的影響，開(kāi)始逐漸下沉。這就解釋了為何左洞地表下沉值平均大于右洞。

隨著隧道的進(jìn)一步開(kāi)挖，地表各測(cè)點(diǎn)下沉的波動(dòng)都會(huì)變得較大，上斷面開(kāi)挖和仰拱的開(kāi)挖對(duì)地表下沉的影響較為顯著。

(4)圍巖內(nèi)部位移

在隧道地表及洞內(nèi)同斷面埋設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)，對(duì)開(kāi)挖過(guò)程中洞周圍巖及中間巖柱的位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖4 K02 多點(diǎn)位移計(jì)觀測(cè)孔內(nèi)各個(gè)測(cè)點(diǎn)位移的時(shí)程曲線

圖5 K02 多點(diǎn)位移計(jì)觀測(cè)孔內(nèi)各個(gè)測(cè)點(diǎn)位移變化的趨勢(shì)線

在圖4 中，隧道洞口周圍巖的位移基本流程是先急速變動(dòng)，接著變化開(kāi)始趨于緩慢和平穩(wěn)，最后走向了穩(wěn)定。隧道開(kāi)挖的初期，洞周圍巖內(nèi)部各測(cè)點(diǎn)的變形很小，當(dāng)隧道各開(kāi)挖先后通過(guò)監(jiān)測(cè)面的時(shí)候，各測(cè)點(diǎn)的位移明顯增長(zhǎng)，同時(shí)距離洞周壁面最近測(cè)點(diǎn)的位移最大，離洞周距離越遠(yuǎn)位移就越小。在穩(wěn)定時(shí)間和空間上，仰拱開(kāi)挖完畢后，測(cè)點(diǎn)位移達(dá)到最大位移的85% 左右，而當(dāng)仰拱面通過(guò)監(jiān)測(cè)面大約30 m時(shí)，各點(diǎn)位移已基本達(dá)到穩(wěn)定。

5 圍巖壓力的分析研究

5.1 平衡拱模型

完成了理論分析之后還要考慮實(shí)際情況。通過(guò)實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)施工開(kāi)始時(shí)中夾演的頂部會(huì)產(chǎn)生一定程度的形變，通過(guò)分析可知引起這一形變的既有附加應(yīng)力，也有爆破震動(dòng)造成的位移。還有一些不可忽略的小因素，如支護(hù)時(shí)間和兩側(cè)隧道掌子面距離。我們結(jié)合規(guī)范單洞隧道荷載的確定方法，建立了完整的深、淺埋小凈距隧道的荷載模型。

5.2 中夾巖加固研究

對(duì)于V 類圍巖段，根據(jù)它自身的性質(zhì)，我們總結(jié)出如下經(jīng)驗(yàn):把小導(dǎo)管放在中夾巖內(nèi)部，進(jìn)行注漿操作，等到凝固以后對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到要求之后，在洞兩側(cè)進(jìn)行開(kāi)挖工作。最后對(duì)導(dǎo)洞進(jìn)行初期支護(hù)。

面對(duì)Ⅳ類圍巖段時(shí)，先認(rèn)真分析此類巖體的特點(diǎn)，類似于V類圍巖段，預(yù)支護(hù)是必要的一個(gè)程序，待中夾巖的漿體達(dá)到預(yù)想強(qiáng)度后，再進(jìn)行開(kāi)挖。同時(shí)在導(dǎo)洞上先噴上一層混凝土。

使用鋼墊板鎖緊一根錨桿，一端放置在中夾巖，形成預(yù)應(yīng)力，把另一端固定在巖體內(nèi)，等一切都鎖定后再開(kāi)始注漿。至于中夾巖加固長(zhǎng)度的選取，原則上是以中夾巖兩側(cè)圍巖類別較低一側(cè)的圍巖長(zhǎng)度為控制設(shè)計(jì)為參照。

如果在完成隧道初期支護(hù)后還能夠及時(shí)的對(duì)隧道進(jìn)行檢測(cè)和改進(jìn)，那么受力條件會(huì)越來(lái)越好，這樣有利于我們下一步的進(jìn)行，在修建中巖墻的時(shí)候，就不會(huì)有那么多的限制，位移會(huì)變小很多，范圍減少，巖墻能夠相對(duì)穩(wěn)定，施工總體來(lái)說(shuō)變的更容易進(jìn)行。

6 分析結(jié)論

(1)綜合比較隧道左、右兩洞的變形和受力狀態(tài)可知，右洞的狀況相比左洞會(huì)好一些，設(shè)計(jì)施工時(shí)候應(yīng)該考慮到右洞對(duì)左洞的影響，制定好正確的施工步驟。

(2)隧道的出口中V 級(jí)圍巖段可以采用中隔壁法分部開(kāi)挖，不可因?yàn)槭┕こ绦驈?fù)雜繁瑣就予以排斥，這樣之后只會(huì)造成更大的麻煩，同時(shí)切記在初期階段能夠較好地控制圍巖變形。

(3)隧道的變形是時(shí)空共同作用的結(jié)果，開(kāi)挖過(guò)程中，圍巖質(zhì)量越好，穩(wěn)定的時(shí)間就會(huì)越短。

(4)從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果來(lái)看，初期支護(hù)所起到的作用非常大。初期支護(hù)后要檢查上斷面拱腳是否穩(wěn)定，這樣就可以防止滑移。對(duì)下斷面的開(kāi)挖完畢后要馬上進(jìn)行支護(hù)措施，保證隧道整體的穩(wěn)定性。

［1］夏才初，龔建伍，唐穎，等.大斷面小凈距公路隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，26(1).

［2］蔡偉，張晨旭. 小凈距公路隧道的研究現(xiàn)狀［J］. 山西建筑，2010，36(22).

［3］蔡偉. 小凈距隧道施工圍巖—結(jié)構(gòu)相互作用的有限元分析［J］.重慶交通大學(xué)，2011.