連拱隧道整體式中墻無中導洞施工監控量測技術

【中圖分類號】 TU456.3+1

【文獻標志碼】 A

0 引言

近年來伴隨著高速公路網的不斷完善，已經和正在修建了大量的公路隧道。連拱隧道因其適用于一些特殊地形和地質條件，建設成本較低、可大量縮短工期、無需地面占用空間的地下交通工程，越來越受到人們的關注和青睞，發展十分迅速，也由這些寶貴的工程實踐積累了大量經驗。但當前也存在著一些技術難題，連拱隧道跨度大，結構復雜，各種不利因素比較多，施工困難，可供類比的工程很少，難以尋求到可供借鑒的工程實例[1]。因此如何有效地監控和量測施工過程中的各項技術參數，通過監控量測技術形成正反饋指導施工，成為了連拱隧道無中導洞施工過程中亟需解決的問題。

文章首先著重介紹了連拱隧道無中導洞的施工特點和存在的問題，隨后詳細闡述了連拱隧道無中導洞施工監控量測技術的原理、方法和實施步驟，并舉例說明了在實際工程中該技術的應用效果。最后總結了該技術在溜筒河雙線隧道工中的監控量測經驗與一些工程實踐經驗。

1溜筒河隧道工程概況

溜筒河雙線隧道，左線長度為 2365m，V 級圍巖 1013m 、IV級圍巖 1252m Ⅲ級圍巖 80m;V 級圍巖占 42.8% ，最大V級圍巖連續長度 300m ；溜筒河隧道右線 K94+699～K97+ 100，右線長為 2401m，V 級圍巖 1112m.IV 級圍巖 1198m 、IⅢI級圍巖 80m;V 級圍巖占 46.3% ，最大 ΔV 級圍巖長 320m 進口段左線 ZK94+699.9～ZK94+962.5 為連拱隧道段，長293m ，隧道連拱段最大埋深約 262m ；隧道所在縱坡為-0.900% ，洞口為連拱端墻式，連拱一小凈距一分離式的特殊地質結構形式。

隧道進口位于溜筒河右側斜坡，地形較陡，斜坡坡度 35^° ～50^° ，基巖大面積出露。進口端接溜筒河特大橋，施工便道無法修建便道通往洞口，即無進洞條件。

2 隧道無中導洞施工難點

連拱隧道無中導洞是指在連續拱片的基礎上，通過采用特殊的施工工藝，使拱片之間不再需要中間的導洞來實現拱頂的支撐，這種施工方式具有減少施工量、縮短施工周期、提高施工質量等優點，但同時也存在一些問題，主要表現在幾個方面。

2.1 施工難度大

由于連拱隧道無中導洞需要采用特殊的施工工藝，因此其施工難度較大，需要對施工工藝和施工過程進行精細化管理和控制，否則容易出現施工質量不佳的情況。具體難點如下：

（1）現有無中導洞法中墻頂部的回填不密實以及主洞支護與中墻的連接施作不便。從結構角度分析，易出現中隔墻近似懸臂受力狀態存，且在初支與中隔墻接頭處剛度突變，易變形、開裂等風險，施工工序多、工藝復。從巖土角度考慮對周圍圍巖擾動較大，圍巖壓力增大，長期受力變化機理不明。

（2）中墻部位防排水構造復雜、質量控制難。

（3）對已建成的連拱隧道病害進行了調查，從隧道出現裂縫的部位來看，大多出現在施工縫與變形縫（溫度縫、沉降縫）位置、中墻頂與拱部接觸部位、中墻墻腳部位，一級邊墻與拱部接觸帶，其中以中墻與拱部交接處出現裂縫居多[1]，未來養護難度較大。

故需研發出一套新型無中導洞施工連拱隧道的方法；即本項目中采用的先行洞擴挖 + 中墻和仰拱跟進無中導洞施工連拱隧道施工工法。

2.2參數監控困難

由于連拱隧道無中導洞的施工過程比較復雜，需要對各項參數（如位移、變形、應力等）進行實時監控和量測，以保證施工質量和安全。然而，由于施工區域狹小、地質條件復雜等因素，傳統的監測方法（如人工量測、傳統量測儀器）存在監測精度低、監測周期長、監測數據不可靠等問題，難以滿足實時監測和量測的需求。

項目需要對檢測項目、現場測點布設位置、測量儀器的選擇、監測頻率的掌控有針對性的設計和選擇。只有保證了監控量測前期準備工作，才能保證后期采集數據的準確性和預埋量測設備存活率。

2.3施工過程中存在的風險

由于連拱隧道無中導洞的施工過程比較復雜，涉及到對地質環境、地下水位、建筑結構等多個方面的考慮，因此在施工過程中存在的風險也比較大，需要對施工過程進行持續性的風險評估和管理。

為了解決上述問題，需要采用一種高效、準確的連拱隧道無中導洞施工監控量測技術方案以保證施工安全性及工法可行性。

3隧道無中導洞施工方法

隧道先行洞采用多級臺階法開挖（擴挖至中墻邊緣），仰拱及中墻跟進閉合成環，設置拱腰補強C30混凝土填充區（內增設勁性骨架），并施加臨時支撐及錨桿；后行洞采用循環短進尺多步多次爆破開挖施工工法進行開挖及支護；主洞初支閉合成環后二襯施工前拆除臨時支護，最后二襯跟進。

后行洞掌子面宜落后先行洞掌子面 50～80m ，且后行洞需在先行洞初期支護閉合成環、中墻及臨時支錨形成強度后才能進行開挖。為確保施工安全，避免二襯出現開裂，要求左右洞各配置一臺二次襯砌模板臺車。

3.1施工步驟一

（1）先行洞上臺階超前支護；（2）先行洞上臺開挖及初期支護。

3.2施工步驟二

（1）先行洞中臺階L2-1區域初支，見圖1。

（2）先行洞中臺階L2-2區域初支，見圖1。

圖1施工步驟二

3.3施工步驟三

（1）中墻位置基礎開挖及初期支護；（2）中墻基礎清理；（3）對應中墻基礎位置增設 ?42 鎖腳錨桿；（4）中墻基礎用C30調平層施工。

3.4施工步驟四

（1）中墻厚度小于 2m 段按設計圖紙進行鋼筋安裝并完成預埋件安裝；（2）中墻模板安裝；（3）中墻混凝土澆筑養護后拆模。

3.5施工步驟五

（1）先行洞仰拱開挖及支護；（2）先行洞仰拱施工及回

填閉合成環；（3）拱腰補強鋼架及鋼筋安裝；（4）拱腰補強鋼架外 20cm 厚噴射混凝土；（5）拱腰補強C30混凝土填充;（6）臨時支撐安裝；（7）準備先行洞二襯跟進及后行洞開挖。

3.6施工步驟六

（1）后行洞I區域超前支護、開挖及初期支護，并完成M20注漿區注漿，見圖2；（2）后行洞Ⅱ區域開挖及初期支護；（3）后行洞Ⅲ區域開挖及初期支護；（4）拆除先行洞侵入的初支護；（5）仰拱施工及回填閉合成環；（6）進行后行洞二襯跟進。

圖2施工步驟六

4連拱段監控量測階段

選用先進的監控量測技術在隧道連拱段施工階段進行施工指導分析。

主要內容為：拱頂下沉、水平位移、鋼架內力及外力、圍巖壓力、兩層支護間壓力、錨桿軸力、支護與襯砌內應力、中墻應力、爆破振動等。根據分析得到在該施工工法下圍巖及支護最不利受力位置及施工階段，為后續監測方案制定提供指導。以部分斷面的選測項目量測數據為例展開說明（案例K94+740 斷面）。

4.1施鋼架測點布置

現在先行洞、后行洞每個斷面布置數個測點，表貼式應變計分別沿工字鋼拱架的內外邊緣布設，通過將鋼筋及兩端的鐵桿與工字鋼焊接完成固定。此外，為防止焊接過程中溫度過高對傳感器造成損壞，應該在焊點與傳感器之間不斷澆水降溫。

4.2圍巖壓力測點布置

在圍巖與初支之間布置壓力盒，先行洞、后行洞每個斷面布置多個壓力盒，各測點處沿徑向布設壓力盒，用SCJM振弦測試儀測定圍巖作用于襯砌的壓力。

4.3圍兩層支護間壓力盒布置

壓力盒布置在初次襯砌與二襯之間，先行洞和后行洞分別布置壓力盒，各測點處沿徑向布設壓力盒，用SCJM振弦測試儀測定圍巖作用于襯砌的壓力。

根據已建小凈距和連拱隧道工程經驗可知，相關類型隧道由于前后施工導洞前后距離控制不合理，先行導洞施工爆破產生擾動導致先行洞二襯（尚未達到設計強度期間）靠近后行洞一側產生較多裂縫。因此通過壓力盒數據來指導施工先后掌子面距離控制具有重要意義。

4.4錨桿軸力點測點布置

先行洞與后行洞每個斷面分別布置測點，每個測點安裝2個測力錨桿（由3節錨桿主體與2個鋼筋應力計采用絲扣連接組成）。按照錨桿施工工藝安裝測力錨桿，錨桿安裝好

待漿液（或錨固劑）固結牢靠后使用SCJM振弦測試儀測讀鋼筋應力計的讀數。

4.5支護、襯砌內應力測點布設

對于初次襯砌內應力，在埋設時將埋入式應變計按環向輕綁在鋼筋網片上，開始噴射混凝土，先行洞、后行洞每個斷面布一定數量的應變計，采用SCJM型振弦測試儀測讀出微應變（ μ_με： ）值，應變值乘以襯砌混凝土的彈性模量得出應力值。中墻和二次襯砌布置方法大致相同。

根據監測數據分析可知，該斷面初期支護混凝土內應力較小，受力不均，多數在不超過一個月逐漸達到穩定；最大支護內應力在測點CN3處，其值為 1.15MPa ，在支護可控的范圍內，未觀察到裂紋出現。變化曲線及分布示意如圖3、圖4所示。“ + ”號和“-”號均表示受力方向。

圖3 K94+740 斷面支護內應力時間曲線

圖4 K94+740 斷面支護內應力分布

4.6爆破振動監測布置

爆破振動監測在先行洞側，沿隧道軸向方向，在中墻側面共布設測點，采用三軸向振動速度傳感器在采集點上進行采集，通過爆破振動測試儀接收爆破產生的信號，最后經過軟件對振動信號的處理，取得振速。

4.7中墻水平監測布置

中墻水平位移監測，在先行洞側，中墻側面共布設1條測線，采用全站儀固定設站進行非接觸量測，獲取被測點的空間位移信息，監測時與必測項自周邊位移量測中測線C1C2共同進行。其布置方式見圖5。如圖6所示中墻位移監測中，位移速率及累計位移值均較小，中墻處于穩定狀態，未見明顯開裂及傾斜。

通過監控量測前行洞、后行洞鋼拱架內力與外力并統計最大內力見表1，最大內力均分布在中墻兩側，結合中墻水平位移監測結果分析。應采取有效措施，防止施工中主洞拱部水平推力對中墻結構產生不利影響[2]

為預防后行洞因出現偏壓而導致可能出現的塌方、冒頂問題的出現，建議加強初期支護。彈塑性數值計算和施工實踐表明，左右洞進洞次序的選擇，以巖性較差的一側隧洞先開挖，而巖性較好的另一側隧洞后開挖為宜[3]。預防因中墻因位移出現拉應力，需加強中墻底部和頂部拱腳落架點配筋，防止因應力集中出現中墻開裂問題。

圖5中墻位移測點布置

圖6 K94+740 斷面中墻位移時態曲線

表1前行洞、后行洞鋼拱架最大力 單位： MPa

5 結論

（1）監控量測作為新奧法的一大支柱，通過多種現場量測手段，對圍巖和支護結構進行動態監測，及時反饋圍巖和支護結構的位移信息及其變化，指導隧道的設計和施工具有重要作用。（2）要加強監測點位的保護作用，完善檢查、驗收措施。保證數據的準確性和有效數據的充足，以便分析施工階段的支護是否合理。（3）通過分析溜筒河雙線隧道的監控量測數據，連拱隧道整體式中墻無中導洞施工要關注中墻部位的受力情況、變形情況，確保施工安全。（4）當前連拱隧道由于跨度大、形狀較為扁平、結構較為復雜，現行設計規范有關條款還不夠完善，此外如何考慮不同施工階段支護結構受力狀態及圍巖穩定性的設計方法等，都有待進一步深入研究。

參考文獻

[1] 李志厚，朱合華，丁文其.公路連拱隧道設計與施工關鍵技術[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2] 公路隧道設計規范第一冊土建工程：JTG3370.1-2018［S].北京：人民交通出版社，2018.

[3] 姚振凱，李世清，朱琪，等.公路連拱隧道技術新進展[M].北京：人民交通出版社，2011.