羅明恒 王世平

(神農(nóng)架神松建筑有限責(zé)任公司，湖北 神農(nóng)架 442400)

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公路隧道洞口段施工技術(shù)及變形控制監(jiān)測(cè)

羅明恒 王世平

(神農(nóng)架神松建筑有限責(zé)任公司，湖北 神農(nóng)架 442400)

受淺埋、偏壓、巖體破碎等因素影響，晏家隧道的洞口段施工尤為困難，為解決該隧道進(jìn)洞難題，現(xiàn)場(chǎng)采用了“綜合超前支護(hù)+CRD開(kāi)挖工法+復(fù)雜初期支護(hù)”相結(jié)合的洞口段施工技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)密監(jiān)控量測(cè)，對(duì)地表沉降、拱頂沉降、洞內(nèi)收斂進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)反饋給施工及設(shè)計(jì)進(jìn)行修正，使隧道洞口段得以順利成洞，表明該施工技術(shù)能夠?yàn)楣匪淼蓝纯诙问┕ぬ峁﹨⒖肌?/p>

公路隧道，洞口段，圍巖變形，監(jiān)控量測(cè)

0 引言

該隧道在施工過(guò)程中發(fā)生了諸多工程地質(zhì)問(wèn)題及工程事故，如：隧道洞口段施工十分困難、圍巖大變形頻發(fā)、隧道塌方掉塊嚴(yán)重等等，這些問(wèn)題的發(fā)生，與隧道所處的特殊地質(zhì)條件有直接關(guān)系。受淺埋、偏壓、巖體破碎等因素影響，該隧道的洞口段施工尤為困難，為解決該隧道進(jìn)洞難題，現(xiàn)場(chǎng)采用了“綜合超前支護(hù)+CRD開(kāi)挖工法+復(fù)雜初期支護(hù)”相結(jié)合的洞口段施工技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)密監(jiān)控量測(cè)，使隧道得以順利進(jìn)洞，表明該施工技術(shù)能夠?qū)匪淼蓝纯诙问┕ぬ峁┯行е笇?dǎo)。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

晏家隧道區(qū)地形屬于沖溝、斜坡，地貌形態(tài)為構(gòu)造剝蝕侵蝕中低山。該隧道途經(jīng)區(qū)域地貌整體呈波狀起伏，高程約為610.0 m～780.0 m，擬建橫向穿越山脊，在跨越山體分水嶺后，隧道穿出山體。隧道進(jìn)洞口段里程為ZK227+340，洞口段存在一處邊坡，坡角較陡，呈40°～70°。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

隧道地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，洞身穿越楊家山向斜內(nèi)，該向斜屬于北西向的竹溪褶皺束，地層主要為志留系，隧址位于向斜翼部，整體產(chǎn)狀為單斜產(chǎn)狀，傾向北東，產(chǎn)狀為27°～40°∠34°～36°，節(jié)理發(fā)育。隧道區(qū)未見(jiàn)發(fā)育的區(qū)域性斷裂。

1.3 地層巖性

隧道區(qū)主要發(fā)育第四系全新統(tǒng)、志留系中統(tǒng)竹溪群等地層。隧道穿越強(qiáng)風(fēng)化絹云母片巖：淺灰色，母巖結(jié)構(gòu)大部分已被破壞，構(gòu)造不清晰，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，礦物成分已顯著變化，巖芯多呈碎塊狀，原巖遇水極易軟化，強(qiáng)度明顯降低，手摸有滑膩感。隧道洞口段巖體破碎程度大，強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，表明該處巖體工程力學(xué)性質(zhì)較差。

2 隧道洞口段施工

受隧道淺埋、偏壓、巖體破碎以及巖體強(qiáng)度低等因素的影響，晏家隧道的洞口段施工尤為困難，為解決該隧道進(jìn)洞難題，現(xiàn)場(chǎng)采用了“綜合超前支護(hù)+CRD開(kāi)挖工法+復(fù)雜初期支護(hù)”相結(jié)合的洞口段施工技術(shù)。

2.1 綜合超前支護(hù)

綜合超前支護(hù)包括超前錨桿、超前小導(dǎo)管、超前管棚、預(yù)注漿加固為主的支護(hù)方案[1-4]。

2.1.1 超前支護(hù)參數(shù)選取

晏家隧道洞口段淺埋、偏壓，且?guī)r體風(fēng)化程度大，造成進(jìn)洞十分困難，而管棚能夠有效解決主要的承力問(wèn)題。故在ZK227+340～ZK227+370區(qū)段采用超前管棚，選斷面ZK227+355作為研究對(duì)象。管棚的材料參數(shù)：長(zhǎng)度30 m、直徑108 mm、壁厚5 mm的鋼管。傾角與線路縱坡平行，方向與線路中線一致，相鄰鋼管之間的接頭應(yīng)至少錯(cuò)開(kāi)1 m，管環(huán)之間的距離為40 cm，鋼管內(nèi)注入水泥漿(水灰比0.8∶1，注漿壓力0.5 MPa～1.0 MPa)，如圖1所示。

2.1.2 超前支護(hù)施工工序

晏家隧道洞口進(jìn)口段綜合超前支護(hù)的施工順序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備(場(chǎng)地平整、施工平臺(tái)搭設(shè))→測(cè)量放樣→鉆機(jī)就位(校正角度)→上鉆具和套管→鉆進(jìn)→退鉆桿和鉆具→管棚加工及安裝→封閉管尾→注漿施工。

2.2 CRD開(kāi)挖工法

針對(duì)隧道洞口段淺埋偏壓的特點(diǎn)，施工方法的選擇非常重要，經(jīng)過(guò)比選，晏家隧道洞口進(jìn)口段選用的開(kāi)挖方法是CRD法。

CRD開(kāi)挖方法的開(kāi)挖步驟：Ⅰ為施作超前支護(hù)；1為左側(cè)上部開(kāi)挖；Ⅱ?yàn)樽髠?cè)上部初期支護(hù)；2為右側(cè)上部開(kāi)挖；Ⅲ為右側(cè)上部初期支護(hù)；3為左側(cè)下部開(kāi)挖；Ⅳ為左側(cè)下部初期支護(hù)；4為右側(cè)下部開(kāi)挖；Ⅴ為右側(cè)下部初期支護(hù)；Ⅵ為仰拱填充澆筑；Ⅶ為施作二次襯砌，CRD開(kāi)挖方法施工工序橫斷面圖見(jiàn)圖2。

2.3 復(fù)雜初期支護(hù)

由于晏家隧道洞口段屬于Ⅴ級(jí)圍巖，因此設(shè)計(jì)復(fù)雜初期支護(hù)包括噴射混凝土→立鋼架→掛鋼筋網(wǎng)→打錨桿→錨桿注漿→再次噴射混凝土。

3 隧道洞口段變形監(jiān)控量測(cè)

在采用“綜合超前支護(hù)+CRD開(kāi)挖工法+復(fù)雜初期支護(hù)”相結(jié)合的洞口段施工技術(shù)對(duì)晏家隧道洞口開(kāi)挖后，還必須實(shí)施嚴(yán)密現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，以掌握控制洞口段開(kāi)挖后的圍巖穩(wěn)定性及變形，并動(dòng)態(tài)反饋以便采取進(jìn)一步的措施。

選用晏家隧道洞口段ZK227+355監(jiān)測(cè)斷面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，測(cè)點(diǎn)的安設(shè)應(yīng)能保證在初支后2 h內(nèi)和下一循環(huán)開(kāi)挖前測(cè)到初次讀數(shù)，并安設(shè)在距開(kāi)挖面2 m范圍內(nèi)，拱頂下沉和水平收斂量測(cè)都在同一掌子面。

3.1 地表沉降分析

地表沉降量測(cè)主要是量測(cè)地表布置點(diǎn)垂直方向的位移，選取典型的5個(gè)沉降測(cè)點(diǎn)，得出各測(cè)點(diǎn)時(shí)態(tài)曲線如圖3所示。從測(cè)點(diǎn)的地表沉降可以看出，拱頂上方中間點(diǎn)的沉降值比較大，說(shuō)明該地段圍巖處于淺埋段，開(kāi)挖很明顯影響到地表的垂直位移。沉降圖形顯示隧道左右側(cè)沉降不對(duì)稱且有明顯差異，說(shuō)明隧道進(jìn)口存在一定偏壓。

如圖3所示地表沉降時(shí)態(tài)曲線表明了監(jiān)測(cè)點(diǎn)在每個(gè)分部開(kāi)挖前后變化明顯，變形曲線出現(xiàn)了反彎點(diǎn)，這些反彎點(diǎn)表示每部的開(kāi)挖對(duì)地表都有影響。拱頂上部的點(diǎn)影響比較明顯，遠(yuǎn)離拱頂垂直方向的點(diǎn)沉降值較小。

3.2 拱頂沉降分析

拱頂沉降測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)斷面拱頂下沉?xí)r態(tài)曲線如圖4所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工發(fā)展情況，拱頂沉降圖主要表現(xiàn)為臺(tái)階式下降曲線，具有四個(gè)明顯的階段，監(jiān)測(cè)斷面的各個(gè)分部開(kāi)挖時(shí)都出現(xiàn)了明顯的反彎點(diǎn)。它們主要說(shuō)明了每個(gè)部分開(kāi)挖時(shí)相互之間有干擾現(xiàn)象，其中開(kāi)挖各分部對(duì)左邊拱頂測(cè)點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)Z)變形的影響較大，并且從大到小為：①>③>②>④，說(shuō)明采用CRD開(kāi)挖方法后各施工部受偏壓影響相對(duì)較小，施工工法合理。

3.3 洞內(nèi)收斂分析

隧道洞內(nèi)周邊收斂主要通過(guò)收斂趨勢(shì)來(lái)判斷隧道側(cè)向的穩(wěn)定性，監(jiān)測(cè)斷面周邊收斂時(shí)態(tài)曲線如圖5所示。

從圖5中可以看出測(cè)線AC洞周水平收斂時(shí)態(tài)曲線劃分為四個(gè)階段，并且在①部開(kāi)挖時(shí)變形最大，隨著②部的開(kāi)挖，測(cè)線AC和測(cè)線BC變化趨勢(shì)出現(xiàn)了相反現(xiàn)象，主要是由于①部開(kāi)挖后及時(shí)做了臨時(shí)支護(hù)，所以變形慢慢變小并趨于穩(wěn)定趨勢(shì)。測(cè)線BC在④部開(kāi)挖后趨于穩(wěn)定但仍然比測(cè)線AC的收斂值大，主要是由于右邊部分受到偏壓的影響。測(cè)線DF和測(cè)線EF的水平收斂較小，主要是因?yàn)镃RD施工工法中的臨時(shí)支撐起到了作用，并且從水平收斂圖中可以看出偏壓現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

本文經(jīng)過(guò)上述研究，得到以下結(jié)論：

1)對(duì)于受淺埋、偏壓、巖體破碎等因素影響難以進(jìn)洞的隧道，采用“綜合超前支護(hù)+CRD開(kāi)挖工法+復(fù)雜初期支護(hù)”相結(jié)合的洞口段施工技術(shù)能夠取得滿意的效果。

2)除了采取上述洞口段施工技術(shù)外，嚴(yán)密的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控量測(cè)，也是必不可少的，監(jiān)控量測(cè)的實(shí)施，一方面能實(shí)時(shí)掌握隧道洞口開(kāi)挖后的穩(wěn)定性，另一方面能夠動(dòng)態(tài)反饋給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)及施工人員，以便及時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采取進(jìn)一步處治措施。

[1]舒家華,閆天俊,謝超美.復(fù)雜地層隧道洞口施工方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)的探討.地質(zhì)科技情報(bào),1999(S1):104-105.

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Construction technology and monitoring of deformation control of tunnel entrance section in highway tunnel

Luo Mingheng Wang Shiping

(ShennongjiaShensongConstructionCo.,Ltd,Shennongjia442400,China)

As the shallow buried, bias, crushing of rock mass, the entrance section construction of Yanjia tunnel is particularly difficult. In order to solve the problem of tunnel entrance, this paper has adopted the combining construction technology of “comprehensive forepole+CRD excavation method+ primary support complex”. Further more, closely monitoring measurement was taken, such as the surface settlement, vault subsidence, hole convergence. Feedback the dynamic monitoring data to the construction and design to some modification if that is need. The tunnel entrance section smoothly into a hole show that the construction technology of highway tunnel entrance section could provide effective reference to the similar engineering.

highway tunnel， tunnel entrance section， surrounding rock deformation， monitoring measurement

1009-6825(2015)18-0185-03

2015-04-20

羅明恒(1983- )，男，工程師； 王世平(1969- )，男，工程師

U455.4

A