賈軍政，李圍，陳磊，李成

（1貴州大學(xué)土木建筑工程學(xué)院 貴陽(yáng) 550003 2甕福(集團(tuán))有限公司 貴陽(yáng) 550003）

巖溶地質(zhì)條件下廠區(qū)公路隧道施工監(jiān)控量測(cè)技術(shù)

賈軍政1，李圍1，陳磊2，李成1

（1貴州大學(xué)土木建筑工程學(xué)院 貴陽(yáng) 550003 2甕福(集團(tuán))有限公司 貴陽(yáng) 550003）

本文以穿巖洞隧道為工程對(duì)象，介紹了巖溶地質(zhì)條件下礦山專用交通隧道的施工監(jiān)控量測(cè)技術(shù)。通過(guò)對(duì)掌子面地質(zhì)觀察、地表沉降、拱頂下沉及洞周收斂位移等監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的綜合分析及回歸處理，直接指導(dǎo)了該隧道的施工過(guò)程，確保了施工安全，對(duì)類似工程具有參考價(jià)值。

巖溶；采礦；公路隧道；施工；監(jiān)控量測(cè)

1 工程概況

穿巖洞隧道位于貴州省黔南州甕安縣境內(nèi)巖英坪村，該隧道為礦山專用交通隧道，主要作為后期礦料開(kāi)采的運(yùn)輸通道。該工程主體隧道為單洞雙向雙車道，全長(zhǎng)920m，其中明洞12m，暗洞段908m，隧道縱坡4%；隧道建筑限界凈寬9.5m，凈高5m，行車道寬8m（含路緣），檢修道寬0.75m。本區(qū)巖溶較發(fā)育，屬重山地區(qū)，山間溝谷地貌。隧道所經(jīng)地段主要為重山山脊地帶，海拔高程在1100～1500m，相對(duì)高差近400m。隧道出、入口段均為山脊斜坡地段，地表自然坡度在25o～30o之間。隧道穿越地層有第四系坡殘積層和寒武系層，巖性主要為白云巖、灰?guī)r、頁(yè)巖、粉砂巖、砂巖和泥巖等。K0+060～K0+115段圍巖巖層產(chǎn)狀與隧道軸向近乎垂直，節(jié)理較發(fā)育，主要有兩組產(chǎn)狀為70°∠62°和320°∠65°，節(jié)理間距多為20～30cm，寬度在1～3mm,多為密閉，部分微張,未見(jiàn)有地下水。根據(jù)洞內(nèi)觀察，綜合評(píng)價(jià)該段圍巖為Ⅳ級(jí)圍巖，與設(shè)計(jì)文件Ⅲ級(jí)圍巖不符，建議施工單位按Ⅳ級(jí)圍巖進(jìn)行支護(hù)。

2 監(jiān)控量測(cè)方案

隧道是一種特殊的工程結(jié)構(gòu)物，其受力特點(diǎn)與地面工程有很大的不同。隧道處于復(fù)雜多變的地質(zhì)體中，所受外力具有不確定性。隧道從開(kāi)挖起，直到地應(yīng)力重新分布趨于穩(wěn)定，圍巖應(yīng)力、支護(hù)和襯砌的內(nèi)力及變形都在變化。同時(shí)由于勘探工作有限，隧道所穿越的實(shí)際圍巖情況與設(shè)計(jì)的圍巖級(jí)別會(huì)有出入，并可能在未探明的地質(zhì)地段出現(xiàn)溶洞、斷層和破碎帶。因此，有必要進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)工作，以便判斷隧道開(kāi)挖后圍巖的實(shí)際類別。為了充分發(fā)揮圍巖的自承能力，在經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)條件下，達(dá)到安全性的目的，采用以監(jiān)控量測(cè)為基礎(chǔ)的信息化施工具有重要意義。

為了確保隧道施工安全及順利進(jìn)行，并準(zhǔn)確地掌握施工過(guò)程中圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，檢測(cè)各項(xiàng)初期支護(hù)的效果，對(duì)穿巖洞公路隧道施工進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)主要監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表1。

隧道圍巖變形是圍巖應(yīng)力動(dòng)態(tài)變化最直接的表現(xiàn)，可根據(jù)洞周收斂位移量及速率的大小來(lái)判斷圍巖是否穩(wěn)定，為隧道的二次襯砌提供合理的支護(hù)時(shí)間，從而來(lái)指導(dǎo)隧道施工現(xiàn)場(chǎng)的施工和變更設(shè)計(jì)。因此，隧道周邊收斂位移量測(cè)是隧道監(jiān)控量測(cè)的重要項(xiàng)目，量測(cè)斷面測(cè)線布置見(jiàn)圖1。為了有效地對(duì)隧道施工進(jìn)行指導(dǎo)，可根據(jù)地質(zhì)條件對(duì)洞內(nèi)測(cè)點(diǎn)斷面間距進(jìn)行必要的調(diào)整。

3 監(jiān)控量測(cè)結(jié)果與分析

表1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目

圖1 隧道斷面測(cè)線布置圖

3.1 周邊位移量測(cè)分析

隧道周邊位移是指隧道內(nèi)壁相對(duì)方向兩個(gè)固定點(diǎn)連線上的相對(duì)位移值，此值稱為“收斂”。它是隧道開(kāi)挖所引起圍巖變形最直觀的表現(xiàn)，同時(shí)，根據(jù)所測(cè)結(jié)果繪制成時(shí)態(tài)曲線，再根據(jù)時(shí)態(tài)曲線的變化情況判斷圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)。判斷依據(jù)如下：

（1）當(dāng)變形曲線d2u/dt2＜0時(shí)，表明曲線變形速率下降，變形曲線趨于平緩。此時(shí)，曲線為正常曲線，表明圍巖變形向穩(wěn)定方向發(fā)展。

（2）當(dāng)變形曲線d2u/dt2=0時(shí)，表明曲線變形速率勻速變化，變形曲線直線上升，表明圍巖不穩(wěn)定，應(yīng)立即通知施工單位管理人員和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理，檢查圍巖和支護(hù)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)裂紋擴(kuò)大或有擴(kuò)大趨勢(shì)應(yīng)立即對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行加固，嚴(yán)重時(shí)應(yīng)停止掘進(jìn)。

（3）當(dāng)變形曲線d2u/dt2＞0時(shí)，表明曲線變化速率出現(xiàn)了拐點(diǎn)，即變形速率逐步增大，此時(shí)變形曲線為反常曲線，表明圍巖即將失穩(wěn)，應(yīng)立即通知施工單位管理人員和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理，暫停施工。

本文取有代表性的圍巖斷面進(jìn)行分析。Ⅴ級(jí)圍巖取K0+045斷面（該斷面圍巖為中風(fēng)化白云巖，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，巖體整體性不好，較破碎、自穩(wěn)能力較差）、Ⅳ級(jí)圍巖取K0+100斷面（本斷面埋深50～60m，圍巖為弱風(fēng)化灰?guī)r，細(xì)晶結(jié)構(gòu)，巖體整體性良好，有較強(qiáng)的自穩(wěn)能力）為例進(jìn)行洞周位移分析。圖2是根據(jù)K0+045斷面洞周收斂位移實(shí)測(cè)值所繪制的圖形以及回歸曲線 （回歸曲線所采用方法為兩倍時(shí)差法）。從圖2可以看出，在掌子面開(kāi)挖一月后，隧道洞周收斂速率明顯減小，圍巖趨于穩(wěn)定，實(shí)測(cè)值為3.12mm，趨于最大值；從圖3(K0+100斷面洞周時(shí)態(tài)曲線)中可以看出，該斷面洞周收斂值較小，實(shí)測(cè)值2.07mm接近回歸曲線最大值2.05mm，開(kāi)始時(shí)洞周收斂速率較大，呈直線式增長(zhǎng)，初期支護(hù)10天后，洞周收斂處于緩慢增長(zhǎng)階段，最后趨于穩(wěn)定，表明圍巖被擾動(dòng)后，要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能穩(wěn)定。從上面洞周位移時(shí)態(tài)曲線的變形趨勢(shì)看，監(jiān)測(cè)結(jié)果基本反映了隧道內(nèi)周邊收斂的基本特征。

圖2 K0+045斷面洞周收斂位移時(shí)態(tài)曲線

圖3 K0+100斷面洞周收斂位移時(shí)態(tài)曲線

同時(shí)從時(shí)態(tài)曲線（圖2和圖3）還可以看出，隧道周邊收斂位移變形大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：（1）急劇變化期，持續(xù)時(shí)間8～10天，此階段的變形量約占趨于穩(wěn)定時(shí)總變形量的75%；(2)緩慢增長(zhǎng)期，持續(xù)時(shí)間在10～30d間，此時(shí)變形量已釋放90%以上；（3）基本穩(wěn)定期。在一般情況下，隧道洞周收斂位移量與圍巖條件有一定的聯(lián)系，圍巖越好，洞周收斂位移值就越小，反之，圍巖越差，洞周收斂位移值就越大。

3.2 隧道拱頂下沉量測(cè)分析

隧道拱頂內(nèi)壁的絕對(duì)下沉量為拱頂下沉值，單位時(shí)間內(nèi)拱頂下沉值稱為拱頂下沉速度。拱頂下沉量測(cè)數(shù)據(jù)是判斷支護(hù)效果、指導(dǎo)施工工序、保證施工質(zhì)量和安全的必要資料。一般情況下，隧道拱頂下沉量測(cè)與隧道周邊位移收斂量測(cè)是同步進(jìn)行的。圖4是K0+045斷面拱頂下沉量時(shí)態(tài)曲線圖，圖5是K0+100斷面拱頂下沉量時(shí)態(tài)曲線圖。

從圖4時(shí)態(tài)曲線中可以看出，該斷面拱頂下沉值較大，最大值為12.77mm，接近回歸曲線最大值12.93mm。開(kāi)始時(shí)，拱頂下沉速率較大，最大速率為4.62mm/d，由于及時(shí)施作初期支護(hù)，拱頂下沉速率有所降低，圍巖變形得到了有效的控制。變形歷經(jīng)半個(gè)月左右，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，位移幾乎不再增加，表明圍巖已趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

從時(shí)態(tài)曲線圖5中可以看出，曲線開(kāi)始段拱頂下沉實(shí)測(cè)值與回歸曲線擬合有一定的誤差，曲線后半段擬合較好，兩者幾乎重合。拱頂沉降量最大值為5.52mm，變化速率多數(shù)處在0.2～0.5mm/d，最大速率為3.11mm/d；剛開(kāi)始時(shí)拱頂下沉速率較大，經(jīng)過(guò)15天左右，沉降量進(jìn)入緩慢增長(zhǎng)階段，速率明顯減緩，最后圍巖趨于穩(wěn)定。說(shuō)明該斷面圍巖自穩(wěn)性較好，沉降速率在正常變化范圍之內(nèi)，無(wú)異?，F(xiàn)象，不存在大變形的可能性。

圖4 K0+045斷面拱頂下沉?xí)r態(tài)曲線

圖5 K0+100斷面拱頂下沉?xí)r態(tài)曲線

從圖4和圖5的對(duì)比中可以看出，拱頂下沉量與圍巖級(jí)別存在著極大的關(guān)系，圍巖越好，拱頂下沉越小，反之，圍巖越差，拱頂下沉越大。綜合兩斷面的洞周收斂位移時(shí)態(tài)曲線圖分析，不難得出，在一般情況下，圍巖級(jí)別對(duì)拱頂?shù)挠绊懴鄬?duì)較大，洞周收斂相對(duì)較小。

3.3 地表沉降觀測(cè)與分析

淺埋隧道和隧道的洞口段通常位于軟弱、破碎、自穩(wěn)時(shí)間較短的圍巖中，施工方法不妥極易發(fā)生冒頂塌方或地表有害下沉，因此，地表下沉量測(cè)具有重要的意義。針對(duì)本隧道，在隧道進(jìn)口端淺埋段地表埋設(shè)了一組地表橫斷面，測(cè)點(diǎn)布置如圖6所示，該斷面埋深淺，覆蓋層約在10～15m內(nèi)，距洞口8m左右，圍巖為中風(fēng)化白云巖，薄至厚層狀，部分地段呈塊狀，局部間夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r，裂隙、節(jié)理較發(fā)育，圍巖整體性較差。圖7是圖6中各測(cè)點(diǎn)的沉降曲線圖。

圖6 隧道進(jìn)口端地表沉降測(cè)點(diǎn)布置圖(單位：cm)

圖7 各測(cè)點(diǎn)最終沉降曲線圖

從圖7可以看出：淺埋段洞口上方地表沉降呈現(xiàn)出一般的規(guī)律，基本上呈現(xiàn)一漏斗狀曲線，由隧道拱頂逐漸向兩邊擴(kuò)散。沉降曲線幾乎成對(duì)稱布置，但由于埋深的緣故，有非絕對(duì)對(duì)稱。沉降量主要集中在隧道正上方，與Peck曲線的描述基本一致。沉降量最大測(cè)點(diǎn)位于隧道拱頂正上方，沉降值為7.35mm。

4 溶洞的處理技術(shù)

在巖溶段隧道開(kāi)挖過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)隧道周邊收斂位移及拱頂下沉位移值，判斷圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)及時(shí)調(diào)整支護(hù)措施和施工方案有著極其重要的指導(dǎo)意義。根據(jù)以往處理巖溶的經(jīng)驗(yàn)，可以概括為以下幾種工程措施：（1）對(duì)較大的溶洞、暗河，一般以橋涵等建筑物跨越;（2）對(duì)基本停止發(fā)育的干涸溶洞，宜采取堵塞方式；（3）為防止溶洞塌陷和處理巖溶水引起的病害，常采用加固的方法。下面根據(jù)溶洞段K0+165斷面的時(shí)態(tài)曲線進(jìn)行分析判斷及簡(jiǎn)單介紹該隧道溶洞段的處理技術(shù)。

圖8 K0+165斷面洞周收斂位移時(shí)態(tài)曲線

從圖8時(shí)態(tài)曲線中可以看出，溶洞、溶槽段洞周收斂位移開(kāi)始時(shí)變形速率很大，最大速率達(dá)5.97mm/d，圍巖變形持續(xù)4天后，時(shí)態(tài)曲線出現(xiàn)了拐點(diǎn)，即所謂的反常曲線。由于及時(shí)反饋信息，施工單位積極采取了有關(guān)處理措施，圍巖變形才得以控制，避免了圍巖失穩(wěn)事故的發(fā)生。溶洞處理的一般施工原則為：短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、快封閉、勤量測(cè)、強(qiáng)支護(hù)。同時(shí)根據(jù)溶洞的大小、有無(wú)巖溶水及溶洞的發(fā)育狀況等，綜合分析采用加固、跨越及堵塞等方法中的一種或幾種。針對(duì)本隧道溶槽密集段K0+162～K0+170，以加固方式為主，采用多種措施綜合治理。具體措施如下：初期支護(hù)由原設(shè)計(jì)的I14鋼拱架，間距1.2m改為I18鋼拱架，間距0.75m，噴射混凝土厚度由20cmC20改為24cm，二次襯砌改為鋼筋混凝土，同時(shí)增加輔助施工措施超前小導(dǎo)管施工，設(shè)計(jì)參數(shù)為A42mm×3.5mm，環(huán)向間距45cm，長(zhǎng)4.0m的熱軋無(wú)縫注漿鋼管及加設(shè)仰拱；每輪爆破進(jìn)尺1.0m左右，開(kāi)挖后立即進(jìn)行噴射混凝土封閉，并架立初期支護(hù)的鋼拱架及周壁注漿加固措施，漿液采用單一水泥漿漿液。從圖8中可以看出，由于及時(shí)采取施工加強(qiáng)措施，該斷面周邊收斂位移變形約一周后，圍巖變形處于緩慢增長(zhǎng)狀態(tài)，消除了圍巖失穩(wěn)的危險(xiǎn)，保證了施工安全進(jìn)行。同時(shí)在該段加強(qiáng)了監(jiān)控量測(cè)頻率2～3次/天，如發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況第一時(shí)間通知施工單位。最終該溶槽段按改變后的初期支護(hù)參數(shù)及監(jiān)控量測(cè)隨時(shí)反饋的圍巖信息，順利、安全地通過(guò)了該不良地質(zhì)階段，保證了隧道施工的進(jìn)程。

5 結(jié)論與施工建議

（1）K0+060～K0+115段圍巖巖質(zhì)較堅(jiān)硬，屬較堅(jiān)硬巖，但巖體整體性較破碎，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，節(jié)理間距多為20～30cm，寬度在1～3mm,多為密閉，部分微張，未見(jiàn)地下水。該段圍巖級(jí)別大部分與地質(zhì)勘察是相符的，僅少部分有偏差，但溶洞等出現(xiàn)較多。

（2）地表沉降最大值為7.35mm，沉降量最大值測(cè)點(diǎn)位于隧道拱頂正上方，其它測(cè)點(diǎn)沉降值由隧道拱頂逐漸向兩邊擴(kuò)散，基本上是一漏斗狀曲線。

（3）K0+045斷面(Ⅴ級(jí)圍巖)洞周收斂位移持續(xù)變形時(shí)間25天后，圍巖趨于穩(wěn)定，最大值為3.12mm；K0+100斷面(Ⅳ級(jí)圍巖)洞周收斂位移持續(xù)變形時(shí)間18天后，圍巖基本穩(wěn)定，最大值為2.07mm。

（4）K0+045斷面 (Ⅴ級(jí)圍巖)拱頂下沉量較大，最大值為12.77mm，持續(xù)變形時(shí)間約15天；K0+100斷面(Ⅳ級(jí)圍巖)拱頂下沉持續(xù)變形時(shí)間10天后，圍巖變形基本穩(wěn)定，最大值為5.52mm。

（5）在地質(zhì)圍巖較差段，建議采用“弱爆破、短進(jìn)尺、勤量測(cè)、強(qiáng)支護(hù)、早封閉”的施工方法，必要時(shí)，建議采用“先支后挖”技術(shù)，尤其遇到溶洞、溶槽段必須做好超前支護(hù)(管棚、小導(dǎo)管、超前錨桿等)確保支護(hù)質(zhì)量后方可進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。

[1]0JTJ042-94,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]李曉紅.隧道新奧法及其監(jiān)測(cè)技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2002.

[3]陳建勛.馬建秦.隧道工程試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)[M].人民交通出版社,2006.

[4]關(guān)寶樹(shù).隧道施工要點(diǎn)集[M].人民交通出版社,2003.

[5]吳煥通,崔永軍.隧道施工及組織管理指南[M].人民交通出版社,2004.

責(zé)任編輯：余詠梅

第九屆重慶市期刊好作品評(píng)選《重慶建筑》獲獎(jiǎng)名單

一等獎(jiǎng)

《重慶市陳家坪立交設(shè)計(jì)創(chuàng)作》楊斌、肖宇、唐先成（《重慶建筑》2008年4期）

二等獎(jiǎng)

《重慶市單軌交通結(jié)構(gòu)形式適應(yīng)性分析》吳波、徐湛、劉浪 （《重慶建筑》2008年10期）

《按照建構(gòu)的藝術(shù)去理解建筑 按照建造的邏輯去設(shè)計(jì)建筑》陳豫川、陳榮華、唐紹波（《重慶建筑》2008年12期）

《石板坡長(zhǎng)江大橋復(fù)線橋高性能混凝土質(zhì)量控制》王俊如、王瑞燕、劉強(qiáng)（《重慶建筑》2008年4期）

《兩個(gè)不同坡地生態(tài)式居住小區(qū)規(guī)劃的嘗試》王良道、何勇、陳?。ā吨貞c建筑》2008年4期）

三等獎(jiǎng)

《以他山之石造"重慶森林"之玉》胡紋、陳?。ā吨貞c建筑》2008年11期）

《重慶大學(xué)城規(guī)劃設(shè)計(jì)構(gòu)思中的生態(tài)與人文理念》黃天其（《重慶建筑》2008年1期）

好欄目獎(jiǎng)

看點(diǎn)余詠梅（《重慶建筑》2008年1～12期）

The Technology on Monitoring and Measuring of Highway TunnelConstructed for Mining in CarstArea

This paper introduces the technology on monitoring and measuring of specialand transportable tunnelconstructed for mining in karst Area, on the basis ofthe project"the Chuan Yan Dong tunnel".Itconducts the process ofthe tunnelconstructed and ensures its safe construction by analyzing comprehensively and treating regressively the data ofthe geologicalsurvey,the earth's surface settlement,the arch crown sinkage and the circumference convergence.And ithas some reference forsimilarproject.

karst；mining；highway tunnel；construction；monitoring and measuring

U455

：A

：1671-9107（2010）02-0035-05

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.2.035

2009-12-21

賈軍政（1980-），男，河南上蔡人，在讀碩士研究生。