隋文忠

摘 要：以滬蓉國道主干線恩施至利川高速公路齊心坪隧道為例，分析研究施工過程中存在的問題，總結現(xiàn)場監(jiān)控量測工作經(jīng)驗、主要量測方法和分析結果，為今后類似工程提供參考。

關鍵詞：高速公路；公路施工；隧道施工；監(jiān)控量測

中圖分類號：U456.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）06-0092-02

目前，我國公路隧道的設計普遍采用的是新奧法設計——復合式襯砌。為了掌握施工中圍巖穩(wěn)定程度和支護結構受力、變形的力學動態(tài)和信息，以判斷設計、施工的安全性和經(jīng)濟性來確定施工工序，保證施工安全，必須將現(xiàn)場監(jiān)控量測項目列入設計文件和施工組織計劃，并在施工過程中認真實施。監(jiān)控量測需要解決的問題是在隧道施工階段和營運階段，使用各種量測儀表和工具對圍巖變化情況和支護結構的工作狀態(tài)進行量測，及時提供圍巖穩(wěn)定程度和支護結構可靠性的安全信息，預見事故和險情，作為調(diào)整和修改支護設計的依據(jù)，并在復合式襯砌中，依據(jù)測量結果確定二次襯砌施作的時間，以達到監(jiān)控隧道圍巖和支護結構的變位與應力不超過設計標準。下文結合滬蓉國道主干線恩施至利川高速公路齊心坪隧道施工過程中監(jiān)控量測的應用，進行以下幾方面的淺談。

1 隧道概況

齊心坪隧道位于湖北省利川市團堡鄉(xiāng)齊心坪村境內(nèi)，呈近284°方向展布，左線長789 m，右線長768 m，屬分離式單向行車雙線隧道，如下圖1所示。

隧道左線起訖樁號為ZK268+945～ZK269+734，長789 m，路面設計標高1 172.733～1 167.741m；右線起訖樁號為YK268+976～YK269+744，長768 m，路面設計標高1 176.662～1 168.159 m，隧道最大埋深左線約152 m，右線約122 m。隧道左右線出口隧道平面均位于半徑為R左-4 500圓曲線上。左線隧道縱坡為-1.0%和-0.536%的復合下坡，右線隧道縱坡為-0.7%和-1.404%的復合下坡。

根據(jù)野外調(diào)查、鉆探資料和物探資料，隧道區(qū)按工程地質(zhì)特性劃分共2層，即亞黏土層和微風化、弱風化灰?guī)r層。隧道圍巖為3疊系下統(tǒng)嘉陵江組中段（T1j2）灰?guī)r，隧道區(qū)圍巖類別以V類為主，洞口處和局部地段為Ⅱ，Ⅲ類。

2 監(jiān)控量測的目的、主要內(nèi)容和方法

2.1 實施監(jiān)控量測的目的

根據(jù)新奧法的基本原理和要求，齊心坪隧道實施監(jiān)控量測的主要目的是：①掌握圍巖動態(tài)，對圍巖穩(wěn)定性作出評價；②確定支護結構型式、支護參數(shù)和支護時間；③了解支護結構的受力狀態(tài)和應力分布情況；④評價支護結構的合理性和其安全性。

2.2 監(jiān)控量測內(nèi)容

本次監(jiān)控量測項目分為必測項目和選測項目。必測項目為日常施工管理必須進行的量測，包括地質(zhì)和支護狀況觀測，圍巖周邊位移量測，拱頂下沉、仰拱隆起、底板下沉量測，地表沉降觀測，圍巖內(nèi)部位移（洞口邊仰坡設點）量測；選測項目是為未開挖地段的設計和施工計劃提供數(shù)據(jù)而進行的量測項目，包括圍巖壓力、圍巖內(nèi)部位移（洞內(nèi)設點）、錨桿軸力、初期支護、二次襯砌混凝土應力、圍巖壓力、層間支護壓力和鋼支撐應力量測。

2.3 量測方法

2.3.1 地質(zhì)和支護狀況觀察

隧道各個掌子面爆破后和初噴后，通過肉眼觀察、地質(zhì)羅盤觀察和錘擊檢查，描述和記錄圍巖地質(zhì)狀況、巖層產(chǎn)狀、裂縫、溶洞、地下水和支護效果，對圍巖穩(wěn)定性進行評價，判斷圍巖類別是否與設計相符，必要時應拍照記錄，并測量地下水流量，每一量測斷面應有一張記錄表并配圖說明。

2.3.2 圍巖周邊位移量測

在預設點的斷面隧道開挖爆破過后，盡可能早地在沿隧道周邊的拱頂、拱腰和邊墻部位埋設測樁。測樁埋設深度30 cm左右，鉆孔直徑同錨桿，用快凝水泥或早強錨固劑固定，測樁需設保護罩。采用鋼尺式周邊收斂計量測周邊收斂變形，隧道洞門和洞身Ⅱ，Ⅲ，Ⅴ類圍巖地段各設若干個測量斷面，斷面之間平均間距30～40 m。

2.3.3 拱頂下沉、仰拱隆起、底板下沉量測

拱頂下沉、仰拱隆起、底板下沉量測是周邊位移量測的補充，在周邊位移量測同一斷面中軸線處的拱頂處設置1個拱頂下沉量測錨樁，錨樁的埋設要求同周邊位移收斂計測樁相同；在中軸線處隧道底板處埋設底板下沉量測與仰拱隆起量測測點，根據(jù)隧道設計是否有仰拱來決定測點為仰拱隆起量測測點還是底板下沉量測測點。用DSZ6高精度水準儀、銦鋼尺量測或者采用SWJ-Ⅲ型周邊位移計量測。

2.3.4 地表沉降觀測

在隧道淺埋段處設置量測斷面，在選定的量測斷面區(qū)域內(nèi)設一個通視條件較好、量測方便、牢固的基準點。測點沿地面在隧道軸線和其兩側共計13個測點，測點采用如下方式制作：在20 cm×20 cm×20 cm的土坑中打入直徑20 mm、長50 cm的鋼筋，外露5 cm并用混凝土填實。測量放線定位，用高精度水準儀和平板測微器進行沉降觀測，隧道開挖至距測點30 m處時開始量測，隧道開挖超過測點30 m，在沉降穩(wěn)定后停止量測。作為必測項目，可視施工現(xiàn)場需要適當加密沉降觀測點。

2.3.5 圍巖內(nèi)部位移量測

隧道明洞和洞門開挖過后，破壞了原地貌的穩(wěn)定坡腳，因此邊仰坡防護完成過后對邊仰坡的變形監(jiān)測是很必要的。洞口邊仰破圍巖內(nèi)部位移量測采用多點桿式位移計進行量測，多點桿式位移計按照原地貌坡度埋設，4點深度按照6 m、4 m、2 m、0.5 m埋設，設置測量基準板，采用深度游標卡尺進行讀數(shù)，讀數(shù)精度達到0.01 mm。

2.4 數(shù)據(jù)采集

監(jiān)控量測斷面的設置和數(shù)據(jù)采集的頻率應不少于規(guī)范要求，在必要時應該加密量測斷面、增加數(shù)據(jù)采集的頻率。數(shù)據(jù)采集頻率見下表1.

每次采集的數(shù)據(jù)都應該及時輸入計算機，進行線性回歸分析，并將分析結果制成圖表，及時報送現(xiàn)場施工人員和業(yè)主，以指導施工。通過分析所采集的數(shù)據(jù)可知，當圍巖達到基本穩(wěn)定后，以1次/周的量測頻率量測2～3周后，可結束量測。endprint

2.5 選測項目

隧道圍巖的變形和應力狀態(tài)是隧道建設者最關心的問題之一，是直接與圍巖穩(wěn)定狀態(tài)相聯(lián)系的宏觀物理量，它是圍巖和周圍環(huán)境等各種因素綜合作用的結果。圍巖變形信息是巖體開挖時發(fā)出的信息，是工程圍巖穩(wěn)定性的真實反映。此外，圍巖的應力狀態(tài)也不可忽視，探明隧道開挖前后的應力狀態(tài)能更好地指導施工，可以防止工程施工中巖爆等重大地質(zhì)災害的發(fā)生。

根據(jù)齊心坪隧道的工程地質(zhì)資料和相關文件，研究內(nèi)容主要包括：①通過Ansys軟件建立模型計算，對隧道工程區(qū)域巖體在天然狀態(tài)下應力場的分布特征進行分析；②對隧道開挖后，在初期支護條件下，分析圍巖應力場的分布特征和隧道斷面的圍巖變形趨勢；③隧道在二次襯砌支護的條件下，對隧道支護措施給出綜合的評價。

2.5.1 研究方法和技術路線

本項研究依照了地質(zhì)原型調(diào)研和地質(zhì)過程分析的傳統(tǒng)，遵循“地質(zhì)模型現(xiàn)場調(diào)查—地質(zhì)工程機制分析—量化評價”的學術思想和系統(tǒng)工程地質(zhì)分析原理，通過研究、分析隧道開挖巖體結構特征和隧道開挖后變形趨勢模式，采用基于有限元理論的Ansys軟件建立模型，計算分析隧道圍巖應力場變化和其變形趨勢，綜合評價隧道支護系統(tǒng)的合理性。研究的技術路線如下圖2所示。

2.5.2 模型的建立

模型以隧道中軸為起點，向兩邊延伸6倍隧道的開挖寬度為邊界；X軸與隧道的中軸線平行，并指向開挖的方向；Y軸與隧道近于垂直，并指向巖體內(nèi)部；Z軸豎直向上自高程1 100.00～1 252.00 m。隧道整體模型共劃分了513 424個單元和113 431個節(jié)點。該模型的力學邊界采用兩邊側面（X方向）、前后側面（Y方向）水平約束，底面（Z方向）垂直方向約束，地面為自由面。根據(jù)上述原則建立如圖3所示的齊心坪隧道三維模型。

由于隧道屬于細長結構物，即隧道的橫斷面相對于縱向的長度來說很小，可以假定在圍巖荷載作用下，其縱向不發(fā)生位移，只有橫向發(fā)生位移。所以，隧道的力學分析采用彈性理論中的平面應變模型，在結構設計中采用荷載結構法進行二次襯砌的設計；用平面應變模型進行隧道施工方法選擇和初期支護參數(shù)的確定；用三維模型進行隧道縱向分析，以便得出隧道隨著縱向的開挖其縱向圍巖的應力變化及其所引起的變形。

2.5.3 參數(shù)的選取

工程區(qū)部位的應力場以重力場為主；根據(jù)隧道勘查報告和《公路隧道設計規(guī)范》（JTJ 026—90）等規(guī)范，結合其他相關工程資料，進行綜合取值，所涉及到的各種物理單元力學參數(shù)見下表2.

3 結束語

在齊心坪隧道施工過程中，制訂了詳細的監(jiān)控量測計劃，并將監(jiān)控量測計劃寫入了施工設計中。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測必測項目量測所采集到的數(shù)據(jù)，進行線性回歸分析得出，隧道在開挖過后圍巖整體穩(wěn)定性都比較好；根據(jù)監(jiān)控量測選測項目量測中所采集到的數(shù)據(jù)，與設計計算結果相對比，隧道支護結構上的應力和應變均能符合設計要求。通過對齊心坪隧道監(jiān)控量測施工的分析，比較其數(shù)據(jù)結果，及時對局部不穩(wěn)定圍巖進行加固，避免了安全事故的發(fā)生，保證了今后隧道的營運安全。

參考文獻

[1]招商局重慶交通科研設計院有限公司.JTJ 042—94 公路隧道施工技術規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，1995.

[2]黃成光.公路隧道施工[M].北京：人民交通出版社，2001.

〔編輯：李玨〕endprint

2.5 選測項目

隧道圍巖的變形和應力狀態(tài)是隧道建設者最關心的問題之一，是直接與圍巖穩(wěn)定狀態(tài)相聯(lián)系的宏觀物理量，它是圍巖和周圍環(huán)境等各種因素綜合作用的結果。圍巖變形信息是巖體開挖時發(fā)出的信息，是工程圍巖穩(wěn)定性的真實反映。此外，圍巖的應力狀態(tài)也不可忽視，探明隧道開挖前后的應力狀態(tài)能更好地指導施工，可以防止工程施工中巖爆等重大地質(zhì)災害的發(fā)生。

根據(jù)齊心坪隧道的工程地質(zhì)資料和相關文件，研究內(nèi)容主要包括：①通過Ansys軟件建立模型計算，對隧道工程區(qū)域巖體在天然狀態(tài)下應力場的分布特征進行分析；②對隧道開挖后，在初期支護條件下，分析圍巖應力場的分布特征和隧道斷面的圍巖變形趨勢；③隧道在二次襯砌支護的條件下，對隧道支護措施給出綜合的評價。

2.5.1 研究方法和技術路線

本項研究依照了地質(zhì)原型調(diào)研和地質(zhì)過程分析的傳統(tǒng)，遵循“地質(zhì)模型現(xiàn)場調(diào)查—地質(zhì)工程機制分析—量化評價”的學術思想和系統(tǒng)工程地質(zhì)分析原理，通過研究、分析隧道開挖巖體結構特征和隧道開挖后變形趨勢模式，采用基于有限元理論的Ansys軟件建立模型，計算分析隧道圍巖應力場變化和其變形趨勢，綜合評價隧道支護系統(tǒng)的合理性。研究的技術路線如下圖2所示。

2.5.2 模型的建立

模型以隧道中軸為起點，向兩邊延伸6倍隧道的開挖寬度為邊界；X軸與隧道的中軸線平行，并指向開挖的方向；Y軸與隧道近于垂直，并指向巖體內(nèi)部；Z軸豎直向上自高程1 100.00～1 252.00 m。隧道整體模型共劃分了513 424個單元和113 431個節(jié)點。該模型的力學邊界采用兩邊側面（X方向）、前后側面（Y方向）水平約束，底面（Z方向）垂直方向約束，地面為自由面。根據(jù)上述原則建立如圖3所示的齊心坪隧道三維模型。

由于隧道屬于細長結構物，即隧道的橫斷面相對于縱向的長度來說很小，可以假定在圍巖荷載作用下，其縱向不發(fā)生位移，只有橫向發(fā)生位移。所以，隧道的力學分析采用彈性理論中的平面應變模型，在結構設計中采用荷載結構法進行二次襯砌的設計；用平面應變模型進行隧道施工方法選擇和初期支護參數(shù)的確定；用三維模型進行隧道縱向分析，以便得出隧道隨著縱向的開挖其縱向圍巖的應力變化及其所引起的變形。

2.5.3 參數(shù)的選取

工程區(qū)部位的應力場以重力場為主；根據(jù)隧道勘查報告和《公路隧道設計規(guī)范》（JTJ 026—90）等規(guī)范，結合其他相關工程資料，進行綜合取值，所涉及到的各種物理單元力學參數(shù)見下表2.

3 結束語

在齊心坪隧道施工過程中，制訂了詳細的監(jiān)控量測計劃，并將監(jiān)控量測計劃寫入了施工設計中。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測必測項目量測所采集到的數(shù)據(jù)，進行線性回歸分析得出，隧道在開挖過后圍巖整體穩(wěn)定性都比較好；根據(jù)監(jiān)控量測選測項目量測中所采集到的數(shù)據(jù)，與設計計算結果相對比，隧道支護結構上的應力和應變均能符合設計要求。通過對齊心坪隧道監(jiān)控量測施工的分析，比較其數(shù)據(jù)結果，及時對局部不穩(wěn)定圍巖進行加固，避免了安全事故的發(fā)生，保證了今后隧道的營運安全。

參考文獻

[1]招商局重慶交通科研設計院有限公司.JTJ 042—94 公路隧道施工技術規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，1995.

[2]黃成光.公路隧道施工[M].北京：人民交通出版社，2001.

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2.5 選測項目

隧道圍巖的變形和應力狀態(tài)是隧道建設者最關心的問題之一，是直接與圍巖穩(wěn)定狀態(tài)相聯(lián)系的宏觀物理量，它是圍巖和周圍環(huán)境等各種因素綜合作用的結果。圍巖變形信息是巖體開挖時發(fā)出的信息，是工程圍巖穩(wěn)定性的真實反映。此外，圍巖的應力狀態(tài)也不可忽視，探明隧道開挖前后的應力狀態(tài)能更好地指導施工，可以防止工程施工中巖爆等重大地質(zhì)災害的發(fā)生。

根據(jù)齊心坪隧道的工程地質(zhì)資料和相關文件，研究內(nèi)容主要包括：①通過Ansys軟件建立模型計算，對隧道工程區(qū)域巖體在天然狀態(tài)下應力場的分布特征進行分析；②對隧道開挖后，在初期支護條件下，分析圍巖應力場的分布特征和隧道斷面的圍巖變形趨勢；③隧道在二次襯砌支護的條件下，對隧道支護措施給出綜合的評價。

2.5.1 研究方法和技術路線

本項研究依照了地質(zhì)原型調(diào)研和地質(zhì)過程分析的傳統(tǒng)，遵循“地質(zhì)模型現(xiàn)場調(diào)查—地質(zhì)工程機制分析—量化評價”的學術思想和系統(tǒng)工程地質(zhì)分析原理，通過研究、分析隧道開挖巖體結構特征和隧道開挖后變形趨勢模式，采用基于有限元理論的Ansys軟件建立模型，計算分析隧道圍巖應力場變化和其變形趨勢，綜合評價隧道支護系統(tǒng)的合理性。研究的技術路線如下圖2所示。

2.5.2 模型的建立

模型以隧道中軸為起點，向兩邊延伸6倍隧道的開挖寬度為邊界；X軸與隧道的中軸線平行，并指向開挖的方向；Y軸與隧道近于垂直，并指向巖體內(nèi)部；Z軸豎直向上自高程1 100.00～1 252.00 m。隧道整體模型共劃分了513 424個單元和113 431個節(jié)點。該模型的力學邊界采用兩邊側面（X方向）、前后側面（Y方向）水平約束，底面（Z方向）垂直方向約束，地面為自由面。根據(jù)上述原則建立如圖3所示的齊心坪隧道三維模型。

由于隧道屬于細長結構物，即隧道的橫斷面相對于縱向的長度來說很小，可以假定在圍巖荷載作用下，其縱向不發(fā)生位移，只有橫向發(fā)生位移。所以，隧道的力學分析采用彈性理論中的平面應變模型，在結構設計中采用荷載結構法進行二次襯砌的設計；用平面應變模型進行隧道施工方法選擇和初期支護參數(shù)的確定；用三維模型進行隧道縱向分析，以便得出隧道隨著縱向的開挖其縱向圍巖的應力變化及其所引起的變形。

2.5.3 參數(shù)的選取

工程區(qū)部位的應力場以重力場為主；根據(jù)隧道勘查報告和《公路隧道設計規(guī)范》（JTJ 026—90）等規(guī)范，結合其他相關工程資料，進行綜合取值，所涉及到的各種物理單元力學參數(shù)見下表2.

3 結束語

在齊心坪隧道施工過程中，制訂了詳細的監(jiān)控量測計劃，并將監(jiān)控量測計劃寫入了施工設計中。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測必測項目量測所采集到的數(shù)據(jù)，進行線性回歸分析得出，隧道在開挖過后圍巖整體穩(wěn)定性都比較好；根據(jù)監(jiān)控量測選測項目量測中所采集到的數(shù)據(jù)，與設計計算結果相對比，隧道支護結構上的應力和應變均能符合設計要求。通過對齊心坪隧道監(jiān)控量測施工的分析，比較其數(shù)據(jù)結果，及時對局部不穩(wěn)定圍巖進行加固，避免了安全事故的發(fā)生，保證了今后隧道的營運安全。

參考文獻

[1]招商局重慶交通科研設計院有限公司.JTJ 042—94 公路隧道施工技術規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，1995.

[2]黃成光.公路隧道施工[M].北京：人民交通出版社，2001.

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