王 玨

0 引言

由于塌方產(chǎn)生原因的多樣性,造成了塌方預(yù)測的巨大困難,但是,隨著大量工程數(shù)據(jù)和經(jīng)驗的積累,土木工程實驗技術(shù)的日新月異,以及計算機科學(xué)和有限元數(shù)值模擬方法的飛速進步,特別是新奧法施工技術(shù)的廣泛應(yīng)用以后,超前地質(zhì)預(yù)報和工程監(jiān)測以及施工反饋技術(shù)相結(jié)合,使得隧道塌方預(yù)警系統(tǒng)逐漸發(fā)展成為一門完善的系統(tǒng)。目前,關(guān)于隧道塌方預(yù)警預(yù)報體系的警戒值,國內(nèi)外的相關(guān)隧道施工技術(shù)規(guī)范都有一定的規(guī)定。

規(guī)范規(guī)定:當位移—時間曲線出現(xiàn)反彎點時,則表明圍巖的支護已呈不穩(wěn)定狀態(tài),此時應(yīng)密切監(jiān)視圍巖動態(tài),并加強支護,必要時暫停開挖[1]。隧道周壁任意點的實測相對位移值或用回歸分析推算的總相對位移值均小于規(guī)定數(shù)值。當位移速率無明顯下降,而此時實測位移值已接近該表所列數(shù)值,或噴層表面出現(xiàn)明顯裂縫時,應(yīng)立即采取補強措施,并調(diào)整原支護設(shè)計參數(shù)或開挖方法。

1 塌方監(jiān)測預(yù)警體系

根據(jù)公路隧道圍巖變形特性,本文設(shè)計了基于第一級預(yù)兆預(yù)警值和塌方預(yù)警值的兩階段五級報警體系,見表1。

表1 五級報警體系

2 塌方判斷體系和五級報警體系應(yīng)用實例

某隧道為夾心連拱四車道高速公路短隧道,隧道出口左線掌子面圍巖主要為弱～微風化灰?guī)r夾頁巖,薄～中厚層狀,局部巖芯見溶蝕痕跡,裂隙較發(fā)育,部分裂隙被方解石脈充填,脈寬一般為2 mm～5 mm。圍巖穩(wěn)定性總體較好。覆蓋層中的淺層滑動現(xiàn)象較為常見,隧道洞口邊仰坡穩(wěn)定性較差。出口右線掌子面圍巖主要為弱～微風化灰?guī)r夾頁巖,厚層～巨厚層狀,局部巖芯見溶蝕痕跡,裂隙較發(fā)育,部分裂隙被方解石脈充填,開挖后穩(wěn)定性較差。

隧道2007年9月8日凌晨在隧道進口左線K163+376～K163+440發(fā)生塌方,本文選取了處于塌方區(qū)的監(jiān)測點ZK163+410處監(jiān)測數(shù)據(jù)做位移與時間變化規(guī)律的分析(見圖1)。

根據(jù)隧道ZK163+410監(jiān)測數(shù)據(jù)分析整理出各發(fā)展階段的洞周收斂相對值、最大收斂速率、最大負值收斂加速度、最大正值收斂加速度,如表2所示。

表2 隧道左線出口ZK163+410拱頂下沉詳表

根據(jù)第一趨穩(wěn)階段判斷指標(Ⅳ級圍巖最大下沉速率小于第一階段最大下沉速率的1/20的同時最大收斂加速度為局部最大正值)和第二階段判斷指標(Ⅳ級圍巖最大下沉速率小于第一階段最大下沉速率的1/20的同時拱頂下沉相對值每日變化值小于-0.00001)可以迅速判斷出圍巖的第一階段和第二階段,根據(jù)第三階段判斷指標(Ⅳ級圍巖拱頂下沉相對值每日變化值小于-0.00005),曲線發(fā)展階段大致可以如下所示:

6月24日～7月 8日,第一階段,此時拱頂沉降的速率較大。

7月8日～7月21日,經(jīng)歷第一趨穩(wěn)階段進入第二階段,此時圍巖相對變小。

7月21日～8月2日,經(jīng)歷第二趨穩(wěn)階段進入過渡階段,需要注意的是第三階段持續(xù)13 d,比較短暫。

8月2日～8月 26日,第四階段,此時圍巖位移變化速率較大,進入突變階段,是塌方的第一級預(yù)兆。

8月26日～9月8日,此時最大下沉速率繼續(xù)增大,是塌方的預(yù)兆,意味著進入破壞階段,當拱頂下沉量達到一定程度時,襯砌和圍巖將發(fā)生塌陷破壞。

根據(jù)五級報警體系可以看出在第三階段處于第一級預(yù)警的第Ⅳ級報警等級,在第四階段處于塌方預(yù)警的第Ⅳ級報警等級(一個以上測線或測點達到預(yù)警值150%,變化速率連續(xù)三天超過5 mm/d),在第五階段處于塌方預(yù)警的第Ⅴ級報警等級(一個以上測線或測點達到預(yù)警值150%,變化速率連續(xù)三天超過8 mm/d)。

3 結(jié)語

通過對大量現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)整理和分析,并且結(jié)合有關(guān)規(guī)范提出監(jiān)控量測預(yù)警值和五級報警體系。以某隧道塌方作為工程實例,對基于監(jiān)測曲線的塌方判斷體系和塌方預(yù)警值及五級報警體系進行工程驗證,結(jié)果證明監(jiān)測曲線的塌方判斷體系可以準確判斷監(jiān)測曲線的發(fā)展階段,塌方預(yù)警值及五級報警體系對隧道塌方具有較好的預(yù)警作用。

[1]JTG D70-2004,公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[2]任占彪.超前地質(zhì)預(yù)報與監(jiān)控量測在隧道中的應(yīng)用[J].山西建筑,2008,34(26):321-322.