■陳英平（泉州市公路局惠安分局，惠安362100）

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廈沙高速公路戴云山隧道施工及監(jiān)控量測(cè)技術(shù)研究

■陳英平
（泉州市公路局惠安分局，惠安362100）

本文結(jié)合實(shí)際的工程案例，闡述了戴云山隧道施工中的降水及隧道監(jiān)測(cè)量測(cè)技術(shù)。為類似工程建設(shè)提供參考。

隧道工程降水技術(shù)開挖支護(hù)監(jiān)測(cè)

0概述

在交通工程建設(shè)領(lǐng)域中，隧道工程與其它工程相比具有隱蔽性、施工復(fù)雜性等突出特點(diǎn)，隧道工程因具有十分強(qiáng)的隱蔽性，其建設(shè)的難度也就更大，特別是其施工建設(shè)期間極易受到地質(zhì)變化等因素的影響。從而加大了施工難度和施工風(fēng)險(xiǎn)性。隧道工程的建設(shè)與人們生活息息相關(guān)，其建設(shè)質(zhì)量直接影響到人們正常的生活與生產(chǎn)，甚至是人們的生命健康安全，因而對(duì)隧道施工的管理提出更高要求。因此，必須嚴(yán)格把控隧道工程建設(shè)各個(gè)環(huán)節(jié)，防止事故的發(fā)生，促進(jìn)隧道工程建設(shè)領(lǐng)域的安全健康發(fā)展。

1工程概況

戴云山隧道位于廈沙高速公路泉州德化段A3和A4合同段分界處，隧道左線長3462.923m，右線長3455m，左線起止樁號(hào)ZK81+241.077～ZK84+704，右線起止樁號(hào)YK81+245～YK84+700。隧址區(qū)屬構(gòu)造侵蝕低山地貌，隧道軸線大致呈南北走向，地形起伏較大，隧道最大埋深約350m，地表植被較發(fā)育，覆蓋層較薄。進(jìn)口側(cè)山坡自然坡度約25°～30°，出口側(cè)山坡自然坡度約35°～40°。

本隧址場(chǎng)區(qū)表層多為第四系殘坡積土，下伏侏羅系南園組（J3n）凝灰熔巖及其風(fēng)化層。隧址區(qū)及其附近新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不強(qiáng)烈，未見影響場(chǎng)地穩(wěn)定的活動(dòng)性斷裂。但受南北向及北東向構(gòu)造影響，隧址區(qū)發(fā)育構(gòu)造帶7條，部分節(jié)理密集帶與隧道洞身呈較小角度相交，影響隧道圍巖級(jí)別。此外，場(chǎng)區(qū)未見大型滑坡、崩塌及泥石流和巖溶塌陷等不良地質(zhì)作用，隧址區(qū)現(xiàn)狀整體較穩(wěn)定，基本適宜隧道建設(shè)。

該隧道進(jìn)洞口為淺埋段覆蓋層較薄，圍巖穩(wěn)定性較差，施工過程中極易造成垮塌。加之隧道下穿既有縣道和居民區(qū)，施工容易引起地表開裂甚至倒塌而影響鄰近結(jié)構(gòu)物安全。因此淺埋段施工工藝的選擇直接關(guān)系到前期進(jìn)洞和下穿施工的成敗。

2地表降水和洞內(nèi)降水

2.1地表降水

（1）降水參數(shù)：通過地面線測(cè)量及工程地質(zhì)、水文情況，確定降水井孔徑為150mm，井點(diǎn)降水管采用內(nèi)徑120mm的高強(qiáng)度PVC管，管壁切割2mm透水縫，填充（3～5）mm碎石反濾層，降水井沿隧道開挖外輪廓線1m對(duì)稱布置，縱向間距（5～10）m，井深（18～26）m（井底高度均控制在仰拱以下5m處）。降水機(jī)械采用地表輕型降水鉆機(jī)與地表重型降水鉆機(jī)（圖1、圖2）。

（2）技術(shù)措施：井點(diǎn)降水在隧道開挖前10天開始。降水時(shí)，根據(jù)出水量確定水泵下放深度（水泵離井底1.2m為宜），泵管連接密閉不透水，降水開始后，進(jìn)行地表監(jiān)控量測(cè)，以防降水過快導(dǎo)致地表下沉。

圖1　地表輕型降水鉆機(jī)

2.2洞內(nèi)降水

因隧道內(nèi)圍巖為全風(fēng)化粘粒，巖質(zhì)極軟，侵水易軟化，手易捏碎。洞內(nèi)采用輕型井點(diǎn)降水法，降水機(jī)械采用射流泵（圖3），鉆井管采用150mm鋼管，濾管采用130mm高強(qiáng)度PVC降水管。

圖2　地表重型降水鉆機(jī)

圖3　輕降射流泵

降水井用鋼管高壓風(fēng)水沖孔法成孔，濾管安裝完成后，在井壁和水管間填充3～5mm碎石，反濾層施工完成后，清空安裝水泵。

降水井布置于第一臺(tái)階開挖支護(hù)完成后，位于第二臺(tái)階的頂部（或在仰拱填充頂面），位于隧道初期支護(hù)后1.5m處。在第一臺(tái)階開挖完畢后，洞內(nèi)降水（2～3）天，水位下降了（3～4）m，確保了第二臺(tái)階和仰拱處圍巖的硬塑狀，為隧道持續(xù)安全開挖創(chuàng)造了有利條件。

3洞身開挖及支護(hù)

原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中，開挖方法采用CD法，將隧道劃分為4個(gè)作業(yè)面，每個(gè)作業(yè)面較小，無法在小斷面內(nèi)留足核心土施工，作業(yè)空間不足，因三臺(tái)階部法開挖各超前的開挖與支護(hù)沿隧道縱向錯(cuò)開、平行推進(jìn)，施工空間大，方便機(jī)械化施工，綜合考慮，決定采用短距離三臺(tái)階七部法施工（圖4）。為了防止因巖體壓力導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，決定在每個(gè)作業(yè)面底部安裝臨時(shí)仰拱，臨時(shí)仰拱可采用C20模筑混凝土施工。

圖4　短距離三臺(tái)階七部法開挖示意圖

3.1開挖及支護(hù)方法

（1）上臺(tái)階開挖支護(hù)

洞身開挖時(shí)，在隧道拱部外圍鉆設(shè)單排超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前注漿加固巖體，小導(dǎo)管采用φ42×3.5mm無縫鋼管，L=3.5m，環(huán)向間距20cm，外插角10～15°，導(dǎo)管搭接1m以上。漿液采用水泥水玻璃雙漿液（添加水泥重量5%的水玻璃）。

注漿完成后，環(huán)向開挖1部弧形導(dǎo)坑，預(yù)留核心土，核心土長度為3～5m，寬度為隧道開挖寬度的1/3～1/2。開挖循環(huán)進(jìn)尺按照40cm支護(hù)間距進(jìn)行初期支護(hù)，開挖后立即初噴（3～5）cm混凝土。上臺(tái)階開挖矢跨比應(yīng)大于0.3，開挖后及時(shí)進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，架設(shè)鋼架，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角30°打設(shè)鎖腳鋼管，特別注意系統(tǒng)錨桿、鎖腳鋼管和鋼架間的連接，三者一定要密貼焊接牢固。然后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

（2）中臺(tái)階開挖

2、3部中臺(tái)階開挖：開挖進(jìn)尺和上臺(tái)階步調(diào)一致，開挖高度一般為（3～3.5）m，2、3部臺(tái)階錯(cuò)開（2～3）m，開挖后立即初噴（3～5）cm混凝土，及時(shí)進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，接長鋼架，在鋼架墻腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角30°打設(shè)鎖腳鋼管，鎖腳鋼管與鋼架牢固焊接，然后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。同時(shí)加強(qiáng)隧道拱部沉降和兩側(cè)的收斂量測(cè)，當(dāng)量測(cè)數(shù)據(jù)變化較大時(shí)，可在中臺(tái)階處增設(shè)臨時(shí)仰拱支撐，減少初期支護(hù)變形。

（3）下臺(tái)階開挖

4、5部下臺(tái)階開挖：開挖進(jìn)尺和中臺(tái)階步調(diào)一致，開挖高度一般為（3～3.5）m，4、5部臺(tái)階錯(cuò)開（2～3）m，開挖后立即初噴（3～5）cm混凝土，及時(shí)進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，接長鋼架，在鋼架墻腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角30°打設(shè)鎖腳鋼管，鎖腳鋼管與鋼架牢固焊接，然后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

由于在雨季施工，巖體孔隙水受大氣降水影響，得以補(bǔ)給，致使4部邊墻開挖時(shí)，出現(xiàn)流泥現(xiàn)象，拱部支護(hù)出現(xiàn)較大沉降變化，為了防止沉降持續(xù)發(fā)展，該部開挖之前，在2、3部邊墻拱腳以上1m處，俯角45°鉆設(shè)6m長Φ89×6mm無縫鋼管，注漿加固。

（4）仰拱開挖支護(hù)

因地表坡度呈35°～40°，地勢(shì)較陡，縱向土體壓力較大，加之三臺(tái)階七步法開挖步距較短。7部仰拱開挖支護(hù)時(shí)必須按照“短開挖，快支護(hù)”的原則進(jìn)行施工，在開挖前備足仰拱鋼架和鋼筋網(wǎng)片，每循環(huán)開挖控制在（4～6）m以內(nèi)，開挖完成后迅速安裝并澆筑仰拱混凝土。

3.2錨網(wǎng)噴砼與鋼管抗滑樁法

錨網(wǎng)噴砼與鋼管抗滑樁法是將錨網(wǎng)噴砼支護(hù)整體性強(qiáng)的特點(diǎn)和鋼管抗滑樁強(qiáng)度高，抗彎能力大的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合應(yīng)用的一種新型巖體加固技術(shù)。該技術(shù)在廈門翔安海底隧道施工中得到了廣泛應(yīng)用。

本隧道在開挖過程中，不同程度的出現(xiàn)過掌子面流泥現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)土體流泥現(xiàn)象時(shí)，采用φ42×3.5mm（或φ89×6mm）無縫鋼管，以群樁的形式布置，用重錘、風(fēng)鉆打入或潛孔鉆機(jī)頂入土體，然后及時(shí)掛設(shè)鋼筋網(wǎng)噴射混凝土封閉開挖工作面，再通過導(dǎo)管注漿加固圍巖及核心土體（圖5）。

圖5　錨網(wǎng)噴砼與鋼管抗滑樁掌子面封閉

4監(jiān)控量測(cè)

監(jiān)控量測(cè)是隧道在施工過程中不可缺少的內(nèi)容，通過對(duì)監(jiān)測(cè)地層、圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系、淺埋段圍巖、支護(hù)動(dòng)態(tài)及既有建（構(gòu)）筑物的比對(duì)分析，及時(shí)調(diào)整相應(yīng)的施工方法及二襯合理的施作時(shí)間，確保施工過程和既有建筑的安全。

4.1量測(cè)方法和頻率

（1）洞內(nèi)觀察分為開挖工作面觀察和初期支護(hù)觀察。圍巖地質(zhì)支護(hù)概況進(jìn)行合理的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，所以對(duì)開挖后的每一個(gè)工作面都應(yīng)及時(shí)進(jìn)行地質(zhì)素描及數(shù)碼成像，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行物理力學(xué)試驗(yàn)。初期支護(hù)完成后應(yīng)進(jìn)行噴層表面裂縫及其發(fā)展、滲水、變形觀察和記錄。

（2）洞外觀察包括邊仰坡穩(wěn)定，地表水滲透等觀察。

（3）凈空變形量測(cè)斷面的間距應(yīng)根據(jù)圍巖級(jí)別、隧道斷面尺寸、埋置深度等確定，其間距按表1布置。拱頂下沉量測(cè)與凈空水平收斂量測(cè)應(yīng)在同一斷面內(nèi)進(jìn)行，因采用相同的量測(cè)頻率，應(yīng)從表2根據(jù)變形速度和距開挖工作面距離較高的一個(gè)量測(cè)頻率。

表1　拱頂下沉及周邊收斂量測(cè)間距表

（4）地表下沉量測(cè)應(yīng)根據(jù)隧道埋置深度、地質(zhì)條件［1］、地表有無建筑物、所采用的開挖方式等因素確定是否進(jìn)行。地表下沉量測(cè)的測(cè)點(diǎn)應(yīng)與凈空水平收斂及拱頂下沉量測(cè)的測(cè)點(diǎn)布置在同一斷面內(nèi)［2］。

（5）需要進(jìn)行橫斷面方向地表下沉量測(cè)時(shí)，其測(cè)點(diǎn)間距應(yīng)采取（2～5）m，在同一量測(cè)斷面內(nèi)應(yīng)取7～11個(gè)測(cè)點(diǎn)。地表下沉的量測(cè)頻率應(yīng)和拱頂下沉及凈空水平收斂的量測(cè)頻率相同。地表下沉量測(cè)應(yīng)在開挖工作面前方H0+ B（隧道埋置深度+隧道最大開挖寬度）處開始，直至襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止時(shí)為止。

4.2數(shù)據(jù)采集及信息反饋

對(duì)水平相對(duì)凈空變化、地表水平和垂直位移（沉降）、拱頂垂直位移（沉降）、仰拱隆起，采用高精度全站儀及高精度數(shù)字式水準(zhǔn)儀進(jìn)行人工數(shù)據(jù)采集。

每次量測(cè)后應(yīng)及時(shí)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并繪制量測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)態(tài)曲線和距開挖面關(guān)系圖，以尋求數(shù)據(jù)之間的規(guī)律，通過數(shù)據(jù)反饋信息了解隧道變形規(guī)律；對(duì)初期的時(shí)態(tài)曲線進(jìn)行回歸分析，對(duì)數(shù)據(jù)最終位移、變形速率的變化、時(shí)空變化等進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；數(shù)據(jù)異常時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況及時(shí)采取加厚噴層、加密或加長錨桿、增加鋼架等加固措施。

5結(jié)束語

綜上所述，通過事先對(duì)技術(shù)難題的科研立項(xiàng)與規(guī)劃，實(shí)施過程中及時(shí)將理論分析成果、既有工程經(jīng)驗(yàn)與施工過程的安全監(jiān)測(cè)分析等手段相結(jié)合，能夠較好地解決施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高這類工程難題，值得借鑒和參考。

［1］周坤，方俊波.地表水文監(jiān)測(cè)在巖溶隧道施工中的應(yīng)用［J］.隧道建設(shè)，2013（4）.

［2］夏至光，李燦華.地下工程測(cè)試?yán)碚撆c監(jiān)測(cè)技術(shù)［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2007.

［3］佟發(fā)偉.意大利中部兩種不同水文地質(zhì)條件下地下水對(duì)隧道開挖的影響［J］.四川建材，2013（6）.