盧超波，鐘乃龍，姜洪亮

(1.廣西交通科學(xué)研究院，廣西　南寧　530007；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西　南寧　530007)

?

監(jiān)控量測(cè)技術(shù)在上榕隧道淺埋偏壓段中的應(yīng)用

盧超波1，2，鐘乃龍1，2，姜洪亮1，2

(1.廣西交通科學(xué)研究院，廣西南寧530007；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530007)

監(jiān)控量測(cè)是隧道新奧法施工的重要組成部分，文章以上榕隧道淺埋偏壓段施工為例，介紹了隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)的應(yīng)用方法。

隧道；監(jiān)控量測(cè)；淺埋偏壓段；施工；應(yīng)用

0　引言

近年來(lái)，隨著新奧法(NATM)在公路隧道施工中的廣泛運(yùn)用，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)作為新奧法的靈魂也得到了廣泛的關(guān)注。新奧法作為一種全新的隧道施工理念，其基本原理是運(yùn)用各種手段(開挖方法-弱爆破、支護(hù)形式-早封閉、監(jiān)控量測(cè)-勤量測(cè))抑制圍巖的變形，最大限度地發(fā)揮圍巖自穩(wěn)能力。目前，我國(guó)的高速公路已然向山區(qū)發(fā)展，穿越淺埋偏壓不良地質(zhì)條件已是屢見不鮮，因而現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)顯得更加重要。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)動(dòng)態(tài)地掌握圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和應(yīng)力等信息并及時(shí)反饋，便于優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工、驗(yàn)證支護(hù)結(jié)構(gòu)形式及支護(hù)參數(shù)等，保證隧道施工中的安全性、經(jīng)濟(jì)性[1]。

1　工程概況

廣西三江至柳州高速公路上榕隧道位于廣西壯族自治區(qū)柳州市境內(nèi)，為雙向分離式隧道，是三柳高速公路全線控制性工程之一。左線起訖樁號(hào)PK147+520～PK147+990，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為470 m；右線起訖樁號(hào)OK147+520～OK148+075，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為555 m。隧區(qū)屬低山地貌，地形起伏較大，溝谷發(fā)育。沿隧道走向地表大部分基巖裸露，局部地段由殘坡積層覆蓋，植被較發(fā)育。隧區(qū)的巖土體主要由第四系殘坡積層粉質(zhì)粘土(Qdl+el)、中～全風(fēng)化砂巖，節(jié)理裂隙較大，巖質(zhì)較軟，呈塊碎狀～松散狀結(jié)構(gòu)。隧道施工過(guò)程中存在洞身埋深較淺、偏壓等施工風(fēng)險(xiǎn)。

2　上榕監(jiān)控量測(cè)方案

2.1監(jiān)控量測(cè)目的和任務(wù)

(1)通過(guò)監(jiān)控量測(cè)掌握隧道各個(gè)施工階段中的圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)的變化情況，判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠性，當(dāng)隧道塌方、變形過(guò)大時(shí)能夠及時(shí)采取措施，避免事故的發(fā)生。

(2)及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，相應(yīng)調(diào)整施工方法，為圍巖級(jí)別以及支護(hù)結(jié)構(gòu)變更提供依據(jù)。

(3)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，確定二次襯砌合理的施作時(shí)間。

2.2監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目確定

根據(jù)設(shè)計(jì)文件顯示，上榕隧道隧區(qū)軟弱圍巖比例較高，其中Ⅳ、Ⅴ級(jí)軟弱圍巖比例達(dá)到78.2%，隧道在施工過(guò)程中圍巖變更較多，且均為Ⅲ級(jí)圍巖變更為Ⅳ級(jí)或Ⅳ級(jí)圍巖變更為Ⅴ級(jí)，隧道進(jìn)、出口埋深較淺，左線出口段還存在偏壓現(xiàn)象。因此，在左線出口段確立的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)內(nèi)容為：洞內(nèi)外觀察、拱頂沉降量測(cè)和水平收斂量測(cè)、地表沉降量測(cè)。

2.3現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)方案

2.3.1洞內(nèi)外觀察

上榕隧道洞內(nèi)外觀察主要是運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)素描、地質(zhì)羅盤和數(shù)碼攝像等方法對(duì)掌子面圍巖和已施工區(qū)段進(jìn)行觀察。

(1)對(duì)未進(jìn)行初期支護(hù)的開挖區(qū)，在噴射混凝土前觀察工作面的圍巖破碎情況和富水現(xiàn)象，對(duì)掌子面圍巖進(jìn)行地質(zhì)描述、繪制地質(zhì)素描圖、填寫地質(zhì)觀察記錄表，并收集相關(guān)攝像資料，及時(shí)將信息反饋。若觀察發(fā)現(xiàn)圍巖變化較大或出現(xiàn)富水等不良現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的處治措施，預(yù)防事故的發(fā)生。

(2)對(duì)初期支護(hù)完成區(qū)段的觀察分別在噴射混凝土前、后進(jìn)行。噴射混凝土前觀察內(nèi)容：錨桿數(shù)量、錨桿長(zhǎng)度、錨桿安裝位置及方向、注漿效果；鋼拱架間距是否滿足設(shè)計(jì)要求，背后與圍巖緊貼程度；噴射混凝土厚度是否滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土噴射是否密實(shí)。噴射混凝土完成后，觀察是否產(chǎn)生裂縫、裂縫位置、裂縫長(zhǎng)度及寬度，并進(jìn)行記錄，對(duì)圍巖較差區(qū)段進(jìn)行重點(diǎn)觀察[2，3]。

2.3.2拱頂沉降量測(cè)和水平收斂量測(cè)、地表沉降量測(cè)

(1)拱頂沉降與水平收斂量測(cè)在同一樁號(hào)進(jìn)行，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范要求，結(jié)合隧道淺埋偏壓段的特點(diǎn)，對(duì)PK147+950斷面拱頂沉降(A、B、C三個(gè)沉降測(cè)點(diǎn)，分別位于隧道的左拱腰、拱頂、右拱腰)與水平收斂量測(cè)(DE測(cè)線、FG測(cè)線)的布設(shè)見圖1；地表沉降測(cè)試點(diǎn)布設(shè)(a、b、c、d、e、f、g、h、i九個(gè)地表沉降觀測(cè)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)之間的間距為3 m)見圖2。

圖1　上榕隧道左線PK147+950斷面洞內(nèi)測(cè)試點(diǎn)布置示意圖

圖2　上榕隧道左線PK147+950斷面地表沉降測(cè)試點(diǎn)布置示意圖

(2)測(cè)量方法

根據(jù)(JTG F60-2009)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》[3]規(guī)定，確定上榕隧道監(jiān)控量測(cè)方法(見表1)。

表1　上榕隧道測(cè)量方法表

注：b——隧道開挖寬度

(3)測(cè)量頻率

根據(jù)(JTG F60-2009)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》[3]規(guī)定，確定上榕隧道監(jiān)控量測(cè)頻率(見表2)，當(dāng)施工過(guò)程中發(fā)生位移變化較大時(shí)，增加監(jiān)測(cè)頻率。

表2　上榕隧道測(cè)量頻率表

注：b——隧道開挖寬度

3　現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析

上榕隧道左線全長(zhǎng)470 m，右線長(zhǎng)555 m。圍巖分為Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)淺埋以及Ⅴ級(jí)深埋4種形式，均采用臺(tái)階法開挖。由于左線出口段有偏壓不良地質(zhì)特征，故取左線出口淺埋偏壓段作為分析對(duì)象，本文以左線PK147+950斷面數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，該斷面洞內(nèi)監(jiān)測(cè)與地表沉降監(jiān)測(cè)分別從2015-03-10、2015-03-03開始，均于2015-05-08結(jié)束該斷面的監(jiān)測(cè)工作。

3.1洞內(nèi)外觀察

在上榕隧道淺埋段的施工過(guò)程中，2015年3月在洞內(nèi)曾出現(xiàn)3處不同程度的環(huán)向裂縫，其中PK147+951斷面拱腰處出現(xiàn)一條長(zhǎng)度約1.5 m，寬度最大處達(dá)到14 mm；PK147+951.8和PK147+950.2也出現(xiàn)不同長(zhǎng)度連續(xù)的環(huán)向小裂縫。

經(jīng)分析，主要原因是隧道處于淺埋偏壓段且連續(xù)降雨造成圍巖變形過(guò)大，土體的含水量增大，支護(hù)結(jié)構(gòu)下部的土體的承載力降低，不同位置出現(xiàn)不同程度的沉降，以至于拱腰附近出現(xiàn)環(huán)向裂縫。

為了掌握該淺埋段偏壓段的圍巖位移變化狀態(tài)，該段在變形初期就加強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，在該測(cè)段上布設(shè)拱頂沉降觀測(cè)點(diǎn)、水平收斂觀測(cè)點(diǎn)、地表沉降觀測(cè)點(diǎn)，并嚴(yán)格按照(JTG F60-2009)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》[3]測(cè)量方法、測(cè)量頻率執(zhí)行。

3.2位移量測(cè)量結(jié)果分析

在樁號(hào)為PK147+950上布設(shè)監(jiān)控量測(cè)拱頂沉降觀測(cè)點(diǎn)、水平收斂觀測(cè)點(diǎn)、地表沉降觀測(cè)點(diǎn)，并對(duì)位移量變化情況進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)。

(1)拱頂沉降

該斷面從2015-03-10開始監(jiān)測(cè)，上臺(tái)階開挖后拱部A、B、C三個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)沉降速率逐漸減小，2015-03-13又開始逐漸增大，分別于2015-03-15達(dá)到最大值，其中測(cè)點(diǎn)A速率為7.34 mm/d，測(cè)點(diǎn)B速率為8.13 mm/d，測(cè)點(diǎn)C速率為9.45 mm/d，2015-03-13沉降速率增大的原因主要是隧道洞身埋深較淺、大氣降雨，支承初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的下部土體含水量增加，土體的承載力降低，造成初期支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的沉降，不同部位出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，加之隧道右側(cè)受到偏壓作用，使得測(cè)點(diǎn)C發(fā)生的沉降速率最大。通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)性的存在，施工隊(duì)于2015-03-15采取洞內(nèi)注漿處理，使得沉降速度得到了有效控制，遏制沉降速率進(jìn)一步增大。2015-03-16后速率逐漸減小，于2015-04-23趨于收斂(各個(gè)測(cè)點(diǎn)沉降速率均<0.2 mm/d)，至2015-05-08基本處于收斂狀態(tài)(見圖3)。測(cè)點(diǎn)A、測(cè)點(diǎn)B、測(cè)點(diǎn)C的最終沉降值分別為52.27 mm、65.96 mm、74.22 mm，各個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量曲線(見下頁(yè)圖4)。

圖3　PK147+950斷面各個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)沉降速率曲線圖

圖4　PK147+950斷面各個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量曲線圖

(2)水平收斂量

由于上榕隧道左線PK147+950處于淺埋偏壓作用，故在監(jiān)測(cè)方案制定時(shí)對(duì)該斷面布設(shè)DE測(cè)線和FG測(cè)線兩條測(cè)線，分別在上臺(tái)階初期支護(hù)結(jié)束和下臺(tái)階初期支護(hù)結(jié)束時(shí)布設(shè)，測(cè)量水平收斂量變化規(guī)律。

DE測(cè)線從2015-03-10開始監(jiān)測(cè)，終止于2015-05-08。隧道開挖后DE測(cè)線的水平收斂速率逐漸增大，2015-03-12水平收斂速率有所減小，但隨后又逐漸增大，在2015-03-15達(dá)到峰值，水平收斂速率值達(dá)到了6.21 mm/d；2015-03-16開始水平收斂速率整體開始逐漸減小，2015-04-18水平收斂速率趨向于收斂(DE測(cè)線水平收斂速率<0.2 mm/d)，2015-05-08基本處于收斂狀態(tài)(見圖5)，此時(shí)DE測(cè)線的累計(jì)水平收斂量為35.88 mm(見圖6)。

圖5　PK147+950斷面DE測(cè)線水平收斂速率曲線圖

圖6　PK147+950斷面DE測(cè)線累計(jì)水平收斂量曲線圖

FG測(cè)線從2015-04-06開始監(jiān)測(cè)，終止于2015-05-08。下臺(tái)階開挖后FG測(cè)線的水平收斂速率逐漸增大，2015-04-07水平收斂速率達(dá)到最大值，水平收斂速率為3.13 mm/d。但隨后水平收斂速率呈逐漸減小趨勢(shì)，2015-04-23水平收斂值趨向于收斂(FG測(cè)線水平收斂速率<0.2 mm/d)，2015-05-08基本處于收斂狀態(tài)(見圖7)，此時(shí)FG測(cè)線的累計(jì)水平收斂量為14.17 mm(見圖8)。

圖7　PK147+950斷面FG測(cè)線水平收斂速率曲線圖

圖8　PK147+950斷面FG測(cè)線累計(jì)水平收斂量曲線圖

(3)地表沉降量

2015-03-03開始布設(shè)地表沉降觀測(cè)點(diǎn)，分別為a、測(cè)點(diǎn)b、測(cè)點(diǎn)c、測(cè)點(diǎn)d、測(cè)點(diǎn)e、測(cè)點(diǎn)f、測(cè)點(diǎn)g、測(cè)點(diǎn)h、測(cè)點(diǎn)i、，并進(jìn)行地表沉降測(cè)量，布設(shè)于樁號(hào)為PK147+950地表上，此時(shí)掌子面樁號(hào)為PK147+957，各個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量結(jié)束時(shí)間是2015-05-08(即：PK147+950后方85 m開挖結(jié)束，樁號(hào)：PK147+865)。經(jīng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)a在PK147+950前方3～7 m范圍內(nèi)沉降速率為負(fù)值、測(cè)點(diǎn)b在PK147+950前方4～7 m范圍內(nèi)沉降速率為負(fù)值、測(cè)點(diǎn)c在PK147+950前方5～7 m范圍內(nèi)沉降速率為負(fù)值、測(cè)點(diǎn)h在PK147+950前方5～7 m范圍內(nèi)沉降速率為負(fù)值、測(cè)點(diǎn)i在PK147+950前方4～7 m范圍內(nèi)沉降速率為負(fù)值，測(cè)點(diǎn)a、測(cè)點(diǎn)b、測(cè)點(diǎn)c、測(cè)點(diǎn)h、測(cè)點(diǎn)i出現(xiàn)小幅的隆起現(xiàn)象，主要原因是PK147+950斷面前方開挖，隧道軸線方向上的圍巖向開挖方向發(fā)生移動(dòng)，觀測(cè)斷面上兩側(cè)的觀測(cè)點(diǎn)受到往兩側(cè)的側(cè)向應(yīng)力作用。各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在PK147+950前方2 m至后方11 m范圍內(nèi)沉降速率較大，在這段范圍內(nèi)測(cè)點(diǎn)f的沉降速率最大，在PK147+950上時(shí)沉降速率達(dá)到10.79 mm/d，測(cè)點(diǎn)f的沉降速率最大，主要是隧道受到右側(cè)偏壓作用，導(dǎo)致沉降速度最大；其次是隧道中心線上的測(cè)點(diǎn)e；而測(cè)點(diǎn)a和測(cè)點(diǎn)i沉降速率值較小，主要是觀測(cè)點(diǎn)距離隧道開挖面較遠(yuǎn)；開挖至PK147+950后方2 m時(shí)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的沉降速率出現(xiàn)迅速增大的現(xiàn)象，主要原因是連續(xù)的大氣降雨且隧道處于施工狀態(tài)。各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在PK147+950后方21 m至后方47 m范圍內(nèi)各測(cè)點(diǎn)沉降速率出現(xiàn)增大后又減小現(xiàn)象，主要原因是隧道下臺(tái)階開挖造成。各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在PK147+950后方55 m之后各個(gè)測(cè)點(diǎn)沉降速率趨向于收斂狀態(tài)(各個(gè)測(cè)點(diǎn)沉降速率均<0.2 mm/d)。各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在PK147+950后方85 m之后各個(gè)測(cè)點(diǎn)沉降速率處于收斂狀態(tài)，此時(shí)測(cè)點(diǎn)a的沉降量為3.67 mm、測(cè)點(diǎn)a的沉降量為3.67 mm、測(cè)點(diǎn)b的沉降量為6.28 mm、測(cè)點(diǎn)c的沉降量為24.42 mm、測(cè)點(diǎn)d的沉降量為49.62 mm、測(cè)點(diǎn)e的沉降量為84.86 mm、測(cè)點(diǎn)f的沉降量為100.25 mm、測(cè)點(diǎn)g的沉降量為70.17 mm、測(cè)點(diǎn)i的沉降量為5.30 mm(見圖9～10)。

圖9　PK147+950斷面地表各個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)沉降速度曲線圖

圖10　PK147+950斷面地表各個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量曲線圖

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上榕隧道淺埋偏壓段(樁號(hào)：PK147+950)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)得到以下結(jié)論：

(1)在隧道左側(cè)受到偏向作用下左拱腰附近出現(xiàn)不同長(zhǎng)度的裂隙，出現(xiàn)裂縫的部位位于拱頂沉降觀測(cè)點(diǎn)C和地表沉降觀測(cè)點(diǎn)f附近，測(cè)點(diǎn)C的沉降量達(dá)到74.22 mm，測(cè)點(diǎn)f沉降量達(dá)到100.25 mm。

(2)2015-05-08拱頂沉降、水平收斂和地表沉降量基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，可以進(jìn)行二次襯砌澆筑。

(3)將拱頂沉降、水平收斂和地表沉降等現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)內(nèi)容作為施工管理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)科學(xué)、準(zhǔn)確分析監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，有效地保證了施工安全和工程質(zhì)量問(wèn)題。

[1]李曉紅.隧道新奧法及其量測(cè)技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[2]JTGD70-2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JTGF60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

Application of Monitoring Measurement Technology in the Shallow-buried Bias Section of Shangrong Tunnel

LU Chao-bo1，2，ZHONG Nai-long1，2，JIANG Hong-liang1，2

(1.Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007；2.Guangxi Key Laboratory of Road Structure and Materials，Nanning，Guangxi，530007)

Monitoring measurement is an important part of NATM tunnel construction，then，with Shan-grong Tunnel shallow-buried bias section construction as the example，this article described the appli-cation methods of tunnel monitoring measurement technology.

Tunnel；Monitoring measurement；Shallow-buried bias section；Construction；Application

2016-03-30

U452.1A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.06.018

1673-4874(2016)06-0069-05

盧超波(1982—)，工學(xué)博士，主要從事巖土體檢測(cè)監(jiān)測(cè)、加固技術(shù)、設(shè)備等方面的研究工作；

鐘乃龍(1986—)，助理工程師，碩士，研究方向：橋梁與隧道工程檢測(cè)及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究；

姜洪亮(1980—)，工程師，碩士，研究方向：橋梁與隧道工程檢測(cè)及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究。