龔興生，劉海奇

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550001)

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隧道新奧法施工監(jiān)控技術(shù)分析

龔興生，劉海奇

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550001)

將某公路隧道工程作為研究對象，分析了該隧道洞口軟弱圍巖區(qū)域新奧法施工所對應(yīng)的監(jiān)控技術(shù)，為隧道新奧法施工提供必要的指導(dǎo)和參考。

公路隧道；新奧法；監(jiān)控技術(shù)

1 工程概述

某公路隧道是左右分離雙向4車道隧道，長度較大，可達(dá)1 680 m，隧道底端預(yù)埋深度最大值約為153.80 m。該隧道穿過的山體構(gòu)造較為復(fù)雜，地形起伏明顯，高程差約為144.72 m。通過工程測量，決定運(yùn)用臺階法進(jìn)行開挖，隧道初期支護(hù)方式如表1所示。

表1 公路隧道初期支護(hù)方式

2 主要監(jiān)控項目

2.1 周邊收斂與拱頂下沉

通過對隧道地質(zhì)條件的分析確定測點(diǎn)設(shè)置位置與數(shù)量，如表2所示。

表2 公路隧道測點(diǎn)布置

緊停區(qū)域每5 m存在一個斷面，過道為10 m，促使收斂和下沉處于相同里程段，在隧道開始開挖時立即進(jìn)行設(shè)置，同時進(jìn)行系統(tǒng)量測，否則會使量測數(shù)據(jù)失真。通過量測可以很好的把握圍巖形變趨勢及其發(fā)展方向，對圍巖實(shí)際穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，以此選取適宜的支護(hù)方法，對支護(hù)參數(shù)進(jìn)行必要的優(yōu)化設(shè)計。

在上層臺階完成開挖后，拱頂上設(shè)置的測點(diǎn)前期變化速度較快，持續(xù)7 d后增速情況減弱。下層臺階在進(jìn)行開挖時，拱頂下沉速度增快，增速可達(dá)1.2 mm/d，開挖7 d以后，下沉情況有所緩解，20 d之后拱頂可保持平穩(wěn)，拱頂各區(qū)域?qū)嶋H位移量為：左頂16.4 mm、中心15.81 mm、右頂12.98 mm，從整體上看，均處在可控范圍內(nèi)。

2.2 地表沉降觀測

隧道中的淺埋區(qū)大多是土質(zhì)等軟弱型圍巖，通常情況下可能會產(chǎn)生一定沉降，為提供穩(wěn)定性與支護(hù)效果判斷依據(jù)，應(yīng)對隧道進(jìn)行地表量測。由于本隧道的進(jìn)出口為典型的淺埋區(qū)，因此在進(jìn)出口處安置相應(yīng)的沉降斷面，以便沉降量測。

地表量測時，應(yīng)綜合分析開挖的實(shí)際影響區(qū)間，可通過如下公式計算得出

D=B+(H+h)tan(45°-Φ/2)

(1)

式中：D代表斷面波及范圍；B代表斷面的實(shí)際寬度；H代表隧道寬度；h代表地表覆蓋層厚度；Ф代表巖石摩擦角度。

地表沉降斷面設(shè)置應(yīng)按照隧道橫斷面方向進(jìn)行，測點(diǎn)布置在隧道口30 m區(qū)域中，每10 m設(shè)置一個斷面，如果隧道口地形平緩應(yīng)進(jìn)行加密。斷面寬度由36+2H(H代表埋深大小)公式計算得出，單個斷面需設(shè)置七個測點(diǎn)，確保各個測點(diǎn)位于隧道軸線附近，且分散均勻。地表沉降量測選用幾何水平法進(jìn)行，量測精度需保持在1 mm左右。

2.3 地質(zhì)雷達(dá)圖像

(1)屏蔽天線頻率100 MHz，天線設(shè)置間距50 cm；

(2)非屏蔽天線頻率900 MHz，重量輕，體積小，便于使用。

(3)錄入時間、疊加數(shù)據(jù)以及采樣頻率應(yīng)依據(jù)天線實(shí)際頻率進(jìn)行篩選，同時結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際條件作出相應(yīng)調(diào)整。

探測方法為點(diǎn)測法，必要時還可加通過掃面對結(jié)果進(jìn)行比對，保證預(yù)測結(jié)果符合實(shí)際。

按照由左及右的順序進(jìn)行點(diǎn)測，可以得出目標(biāo)前方約15 m區(qū)域中的實(shí)際情況，對探測圖像進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)，含有一定強(qiáng)度的反射，在形成反射波后高頻成分逐漸增多，反射波與相軸之前的區(qū)域是破碎帶。破碎帶中的巖土通常表現(xiàn)節(jié)理明顯、結(jié)塊體積小等特征，由高頻散射作用產(chǎn)生，這也是破碎帶的主要標(biāo)志。雷達(dá)探測結(jié)果得到開挖施工證實(shí)，誤差在0.7 m以內(nèi)，符合實(shí)際要求。

3 選測項目

3.1 隧道圍巖與混凝土層之間的接觸壓力

在圍巖結(jié)構(gòu)或地質(zhì)情況出現(xiàn)明顯改變時，需在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b壓力盒以便準(zhǔn)確掌握隧道巖性變化及襯砌結(jié)構(gòu)受力狀況。測點(diǎn)與斷面設(shè)置應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件進(jìn)行。隧道拱頂、拱腰以及拱腳需設(shè)置10個測點(diǎn)，分為兩批先后進(jìn)行布置。第一批測點(diǎn)需在噴漿前進(jìn)行設(shè)置，在圍巖處貼上壓力盒，以此掌握初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況；第二批測點(diǎn)需在二襯前進(jìn)行設(shè)置，在襯砌支護(hù)面貼上壓力盒，以此掌握二襯支護(hù)的實(shí)際受力狀況。測點(diǎn)布置需相互對應(yīng)，利用頻率儀進(jìn)行讀數(shù)，精度需保持在0.1 Hz以內(nèi)。

3.2 格柵拱架鋼支撐內(nèi)力

本隧道斷面各初期支護(hù)上的格柵拱架鋼支撐內(nèi)力表現(xiàn)為拋物線型變化，由上至下的順序內(nèi)力逐漸減弱。其中，拱頂內(nèi)力數(shù)值較大，在完成埋設(shè)37 d以后停止變化，可保持相對穩(wěn)定，此時的應(yīng)力值在22.876 kN左右；拱腰兩側(cè)應(yīng)力變化情況幾乎相同，在完成埋設(shè)27 d以后停止變化，可保持相對穩(wěn)定，此時的應(yīng)力值在8.23 kN左右；下層臺階完成開挖后設(shè)置在邊墻處的鋼支撐實(shí)際應(yīng)力普遍較低，左側(cè)邊墻在完成埋設(shè)42 d以后停止變化，可保持相對穩(wěn)定，此時的應(yīng)力值在5.0 kN左右，與其他位置相比數(shù)值較低，所以其安全富裕度最高。

3.3 鋼支撐受力監(jiān)測

為確保圍巖與鋼支撐的穩(wěn)定和安全性，同時為二襯施工提供參考依據(jù)，所有斷面應(yīng)在其頂端與中端共設(shè)置五個應(yīng)變計，呈對稱分布，使用頻率計進(jìn)行讀數(shù)，并進(jìn)行換算得出各區(qū)域的受力情況，量測精度應(yīng)控制在0.1 Hz之內(nèi)。

4 結(jié)束語

(1)針對本次研究的公路隧道類型，采用臺階法進(jìn)行支護(hù)施工是較為有效的，它可以很好的抑制圍巖發(fā)生形變，并能發(fā)揮出軟弱圍巖和支護(hù)之間的耦合作用，進(jìn)而確保隧道施工安全、順利進(jìn)行。

(2)對于隧道出入口下臺階完成開挖20 d之后的路段，由于其圍巖變形情況始終保持穩(wěn)定，因此隧道施工方應(yīng)盡快進(jìn)行混凝土層澆筑作業(yè)。

(3)運(yùn)用頻率為100 MHz的預(yù)報雷達(dá)可進(jìn)行20 m超前預(yù)報，根據(jù)預(yù)報結(jié)果可以對地質(zhì)情況做出準(zhǔn)確判斷。但針對不同情況的地質(zhì)條件可能會得到相同的預(yù)報結(jié)果，所以應(yīng)充分集合現(xiàn)場觀測，從而保證預(yù)測結(jié)果與實(shí)際相符。

[1] 王昌.淺議現(xiàn)代化的公路隧道施工基礎(chǔ)施工要點(diǎn)[J].建筑資訊，2012,(10).

[2] 劉軍.試論橋梁基礎(chǔ)的施工特征以及設(shè)計的基本原則[J].鐵道工程學(xué)報，2011,(3).

[3] 萬曉東.淺議公路隧道施工設(shè)計以及控制的技術(shù)要點(diǎn)[J].鐵道勘測以及設(shè)計資訊，2011,(3).

2016-02-15

龔興生(1982-)，男，貴州平壩人，工程師，研究方向：公路橋梁。

U455.2

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1008-3383(2016)11-0137-01