高速公路隧道群洞室安全控制指標

董國棟

（滄州市交通運輸局公路工程質量監(jiān)督處，河北 滄州061000）

0 引言

張涿高速公路保定段是河北省高速公路規(guī)劃網(wǎng)的重要組成部分。本項目起點接張涿高速公路張家口段，經(jīng)淶水縣九龍鎮(zhèn)、三坡鎮(zhèn)、婁村鄉(xiāng)、王村鄉(xiāng)，終于涿州市榆林村，路線總長71.976km。全線共設置特大橋1160m/1 座，大橋6091m/18座，中橋973m/19 座，小橋29m/2 座，涵洞36 座，隧道共16 座（其中特長隧道13977m/4 座，長隧道8908m/5 座，中隧道2876m/4 座，短隧道605.5m/3座）。主線橋梁和隧道總長度為35.104km，占路線總長的48.77%，山區(qū)段山勢險峻、地質情況極為復雜，橋隧比高達72%。

1 工程地質條件及水文地質條件

張涿高速公路保定段高速公路隧道群地位于太行山東麓低山丘陵地帶，地形、地貌較復雜，各種溝谷、陡坎及沖溝較發(fā)育，海拔高度為325.00～485.00m。隧道穿越區(qū)地層主要為古生界寒武系上統(tǒng)長山組及風山組，巖性主要為中～厚層狀灰?guī)r，夾薄層泥巖、泥灰?guī)r及竹葉狀灰?guī)r，屬較堅硬～堅硬巖。另外，灰?guī)r呈灰色，微晶結構，節(jié)理、裂隙發(fā)育，溶隙及溶洞發(fā)育，巖體為破碎～完整。

隧道進口位于山坡上，工程地質條件差，巖洞發(fā)育，巖體穩(wěn)定性差，易發(fā)生巖體崩塌及冒頂災害，應加強支護措施。隧道出口位于山谷坡地，工程地質條件較好。

依據(jù)野外工程地質調繪、工程鉆探及物探分析，隧道圍巖級別劃分結果為：左線Ⅴ級圍巖41m，Ⅳ級圍巖1 035m，Ⅲ級圍巖340m；右線Ⅴ級圍巖46m，Ⅳ級圍巖1 115m，Ⅲ級圍巖290m。

隧道區(qū)普遍發(fā)育有較多的溶蝕裂隙和溶洞，這些裂隙和溶洞與地表風化裂隙相互貫通，成為地下水流通和儲存的場所，施工中可造成隧道涌水和崩塌。

2 高速公路隧道群洞室安全控制指標

2.1 洞周相對容許收斂量

通過對高速公路隧道群的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計，得出該隧道的洞周相對容許收斂量，如表1所示。如果量測的相對位移超過表1 所示的臨界值，即意味著圍巖不穩(wěn)定，支護系統(tǒng)必須加強。

表1 高速公路隧道群洞周相對容許收斂量

2.2 拱頂最大沉降值

根據(jù)《公路隧道施工技術規(guī)范》（JTJ 042—94）的規(guī)定，地下工程允許沉降量如表2 所示。初選變形量可參考此表，但更重要的是靠工程積累。

表2 允許最大拱頂沉降量

以西馬各莊隧道ZK85+990 斷面為例，斷面為Ⅴ級圍巖，埋深為30m，拱頂沉降最大值達到42.5mm，量測數(shù)據(jù)已基本穩(wěn)定，小于拱頂最大允許沉降值，隧道圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，可進行正常施工。

蘭德為此撰寫的報告于1995年發(fā)布，長達近400頁。研究報告發(fā)現(xiàn)，幾乎沒有證據(jù)表明選擇可用性阻礙了GPS的商業(yè)發(fā)展以及它仍然是一種軍事必需品。更重要的是，報告最后總結說，美國須明確聲明，它將繼續(xù)為GPS系統(tǒng)提供資金，并將其作為全球的黃金標準加以維護。

2.3 容許變形速率

按照《公路隧道施工技術規(guī)范》（JTJ 042—94）的規(guī)定，隧道周邊位移速率小于0.1～0.2mm/d或拱頂下沉速率小于0.07～0.15mm/d時，方可施作二次襯砌。

以西馬各莊隧道ZK85+990 斷面為例，斷面的拱頂下沉量現(xiàn)在每天變化值為0.01mm，水平凈空收斂值每天變化為零，基本已經(jīng)穩(wěn)定，符合《公路隧道施工技術規(guī)范》（JTJ 042—94）的規(guī)定，可施作二次襯砌，隧道圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.4 爆破震動

隧道爆破施工穿過Ⅲ、Ⅳ級圍巖，灰色石灰?guī)r，層間結合較差，圍巖穩(wěn)定性較差，地下水集中，隧道上方多有溶洞，圍巖強度低，穩(wěn)定性差。

Ⅲ、Ⅳ級圍巖采用臺階法施工，隧道上半斷面拱部爆破時，采用弱震直眼掏槽形式，可明顯減少掏槽爆破的地震強度，有效地控制圍巖的變形，保持圍巖的穩(wěn)定。其減震原理為：掏槽時分段爆破，逐步擴大形成槽腔。

爆破時，兩個中空眼起臨空作用，其比掏槽眼深20cm，掏槽眼比其他炮眼深15～25cm。掏槽爆破的炮眼布置較密，段數(shù)多，每段裝藥量比其他炮眼少，按此設計爆破夾制作用小，能充分保證掏槽效果和減輕震動強度。采用弱震掏槽形式，則不會產(chǎn)生最大質點震動速度。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB 6722—2003）中采用的不同類型隧洞的爆破震動安全允許標準可知：交通隧道的爆破震動安全允許標準為10～20cm/s。本文選取控制最大臨界爆破震動速度為V≤15cm/s。

采用雙重復式楔形掏槽，周邊眼光面爆破。全斷面分成7 部分開挖。按式（1）計算最大一段裝藥量，炮眼深為1.5～2.0m。

測試得到：K=150,α=1.6,Qmax＜3kg。

在隧道拱頂和周邊共布置了10 個觀測斷面，監(jiān)測34次，其中94.3%（21次）的數(shù)據(jù)顯示Vmax均小于15cm/s。

西馬各莊隧道兩條隧道線間距為34m，凈間距為15m。施工時左線先進，右線滯后。為確保兩洞開挖面爆破時合理的安全距離，進行了兩洞開挖面不同距離左線爆破右線洞內的震動測量，結果如表3所示。

表3 震動測量結果

由表3知，采用微震動爆破方法施工的左線隧道，兩洞開挖面間距在10m以上即可保證兩個隧道同時安全掘進施工。

2.5 容許涌水量

按鉆孔單位涌水量q，隧道容許涌水量分為以下4級：

（1）滲水：q≤1.0L/（s·m）；

（2）少量水：1.0L/（s·m）＜q≤5.0L/（s·m）；

（3）中等程度：5.0L/（s·m）＜q≤20.0L/（s·m）；

（4）大涌水：q＞20.0L/（s·m）。

以鉆孔單位涌水量口徑91mm、抽水水位降深10m為準，來評價含水層的富水性。若口徑、降深與上述不符時，應進行換算后再比較富水性。換算方法為：

（1）先根據(jù)抽水時涌水量Q和降深S，用最小二乘法或圖解法確定Q=f(S)曲線，根據(jù)Q-S曲線確定降深10m時抽水孔的涌水量；

（2）通過式（2）計算孔徑為91mm 時的涌水量，最后除以10m即為單位涌水量。

式中：Q91，R91，r91分別為孔徑為91 mm 的鉆孔的涌水量、影響半徑和鉆孔半徑；Q孔，R孔，r孔分別為孔徑為r的鉆孔的涌水量、影響半徑和鉆孔半徑。

通過式（2）計算可得西馬各莊隧道的涌水量（見表4）。由表4可知，在Ⅲ、Ⅳ級地段部分圍巖處涌水量較大，需做好防護突水的措施。

表4 西馬各莊隧道涌水量

2.6 巖石完整性

巖石完整性包含的內容較多，其主要是指圍巖被各種結構面切割成單元體的特征及其被切割后的塊度大小。它是評價圍巖穩(wěn)定程度最直接、最重要的指標。西馬各莊隧道圍巖完整性如表5所示。

表5 西馬各莊隧道圍巖特征

3 結語

本文通過對大量監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進行分析，并結合現(xiàn)有隧道塌方監(jiān)測和預警方面的國內外成果，歸納總結了現(xiàn)有的國內外隧道洞室穩(wěn)定控制指標種類，并結合張涿高速公路隧道，制定了該項目的預警建議標準。

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