魏 鑫

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

陽(yáng)蟒高速公路指柱山隧道位于山西省南部中條山與太行山之間的基巖石區(qū)內(nèi)，地貌單元為侵蝕剝基巖中山區(qū)，區(qū)內(nèi)地形起伏大，基巖沖溝、陡坡和陡坎發(fā)育。隧道走向與山體走向近垂直，隧道中部為雞爪狀地形，地形險(xiǎn)峻，陡坡植被較發(fā)育，在垂直上分層發(fā)育，多發(fā)育與軟巖形成的緩平坦上；隧道兩側(cè)洞口均為基巖深切沖溝，尤其出口附近沖溝為“V”字型窄溝，溝深約100 m，上部寬約70 m，溝兩側(cè)地形呈近直立狀。

指柱山隧道左線全長(zhǎng)3174 m，最大埋深544.8 m，隧道右線全長(zhǎng)3287 m，最大埋深539.5 m，主洞為雙行單洞斷面，凈寬10.25 m，限高5.0 m，兩側(cè)設(shè)檢修道，內(nèi)輪廓采用三心圓。隧道右洞進(jìn)口段圍巖以長(zhǎng)城系中統(tǒng)石英巖狀砂巖局部夾層狀泥頁(yè)組成，總體上屬于較軟巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較破碎；埋深淺，洞體內(nèi)有地下水分布，以點(diǎn)滴水為主。水對(duì)圍巖的穩(wěn)定性影響較大，指柱山隧道右線出口段圍巖以V級(jí)為主，巖石遇水容易產(chǎn)生軟化，洞口埋深淺且存在嚴(yán)重偏壓，在施工過(guò)程中容易發(fā)生塌方冒頂和山體滑坡。

2 量測(cè)項(xiàng)目與量測(cè)方法

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是隧道按新奧法設(shè)計(jì)、施工的核心技術(shù)之一，是隧道襯砌設(shè)計(jì)的指導(dǎo)精神，同時(shí)也是隧道襯砌設(shè)計(jì)的重要組成部分。通過(guò)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的匯總分析，可以較好地掌握圍巖和支護(hù)狀況，保障施工安全、評(píng)價(jià)支護(hù)狀態(tài)、確定二襯施作的合理時(shí)機(jī)、為修正設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化襯砌支護(hù)參數(shù)提供技術(shù)依據(jù)[1]。監(jiān)控單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，主要對(duì)洞內(nèi)外觀察、地表下沉、周邊收斂、拱頂下沉等量測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率滿足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，為了減小誤差，采取固定儀器、固定人員、固定時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

根據(jù)科學(xué)的監(jiān)測(cè)手段，以便在施工過(guò)程中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患并進(jìn)行相應(yīng)處置，為修正設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化襯砌支護(hù)參數(shù)提供技術(shù)依據(jù)，確保工程質(zhì)量和人員安全。

2.1 洞內(nèi)外觀察

在隧道施工過(guò)程中每次爆破完成后應(yīng)及時(shí)對(duì)掌子面地質(zhì)情況和支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行觀察。觀察的主要內(nèi)容包括：對(duì)掌子面情況的觀察、對(duì)支護(hù)狀態(tài)和施工狀態(tài)的觀察、對(duì)洞外的觀察。同時(shí)還需要對(duì)隧道開(kāi)挖影響范圍地表及周邊區(qū)域進(jìn)行觀察，并做好記錄，了解并預(yù)測(cè)地表變化情況。

針對(duì)指柱山隧道右洞進(jìn)口段的偏壓情況，洞內(nèi)外觀察的重點(diǎn)是觀察進(jìn)口段的工程水文地質(zhì)；對(duì)洞口明洞、初期支護(hù)的開(kāi)裂、滲水狀況、表面混凝土剝落狀況、噴射混凝土與圍巖接觸狀況；鋼拱架支護(hù)狀況；二次襯砌表面裂縫狀況、底鼓等現(xiàn)象進(jìn)行記錄和整理，可以及時(shí)地掌握圍巖變化情況，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工[2]。

2.2 地表下沉

地表下沉量測(cè)是為了觀測(cè)隧道通過(guò)地段的地表下沉量和下沉范圍；地表有建筑物時(shí)還包括觀測(cè)建筑物下沉變形情況，同時(shí)了解隧道開(kāi)挖掘進(jìn)與地表下沉的動(dòng)態(tài)關(guān)系[3]。

按照規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙的要求，在隧道洞口段和淺埋段，為了監(jiān)測(cè)隧道上方隧道開(kāi)挖可能引起的地表沉降區(qū)域，應(yīng)布設(shè)地表變形觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)斷面應(yīng)與隧道軸線垂直，斷面數(shù)量可以根據(jù)地表縱向坡度來(lái)確定。

指柱山隧道右洞進(jìn)口段布設(shè)地表下沉觀測(cè)斷面兩組，橫向布置間距范圍為5 m，布置7個(gè)測(cè)點(diǎn)，地表下沉觀測(cè)點(diǎn)示意圖見(jiàn)圖1。地表下沉量測(cè)從進(jìn)洞開(kāi)始，直到二次襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止時(shí)為止。針對(duì)淺埋偏壓等特殊地段，監(jiān)控單位對(duì)異常數(shù)據(jù)斷面加大量測(cè)頻率，及時(shí)進(jìn)行量測(cè)并反饋數(shù)據(jù)，更好地掌握地表變化情況。

圖1 地表下沉觀測(cè)點(diǎn)示意圖（單位：m）

2.3 周邊收斂量測(cè)

周邊收斂位移量測(cè)是指隧道兩側(cè)壁面測(cè)點(diǎn)之間連線的相對(duì)位移，能直觀地反映隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)的變化，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)變形速率可以判斷圍巖的穩(wěn)定性，確定二襯施作的合理時(shí)機(jī)，用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

在V級(jí)圍巖地段隧道周邊收斂量測(cè)斷面在縱向間距5～10 m左右布設(shè)一個(gè)，在Ⅳ級(jí)圍巖地段縱向間距10～20 m左右布設(shè)一個(gè)。通過(guò)對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的整理分析，可以找出其內(nèi)在發(fā)展規(guī)律，來(lái)評(píng)價(jià)圍巖的穩(wěn)定性和支護(hù)效果，為修正設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化襯砌支護(hù)參數(shù)提供技術(shù)依據(jù)[4]。

指柱山隧道右洞進(jìn)口段布設(shè)周邊收斂量測(cè)斷面縱向間距為5 m，常用的周邊收斂測(cè)線布置圖見(jiàn)圖2。隧道進(jìn)口段采用兩臺(tái)階施工法，綜合施工實(shí)際情況，周邊收斂量測(cè)采用六測(cè)線法。

圖2 周邊收斂測(cè)線布置圖

2.4 拱頂下沉

由已知高程的臨時(shí)或永久水準(zhǔn)點(diǎn)，借助于精密水準(zhǔn)儀，采取合適的測(cè)量方法，就可觀測(cè)出隧道拱頂上方各點(diǎn)的沉降量，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的整理分析就可以找出其中的變化規(guī)律。

在V級(jí)圍巖地段隧道周邊收斂量測(cè)斷面在縱向間距5～10 m左右布設(shè)一個(gè)，在Ⅳ級(jí)圍巖地段縱向間距10～20 m左右布設(shè)一個(gè)。指柱山隧道右洞進(jìn)口段拱頂下沉量測(cè)的測(cè)點(diǎn)縱向間距為5 m，每個(gè)斷面布設(shè)3個(gè)點(diǎn)，分別布設(shè)在拱頂、上半斷面左、右45°角周壁點(diǎn)上。

3 監(jiān)控結(jié)果

3.1 洞內(nèi)外觀察

指柱山隧道右洞進(jìn)口段圍巖以長(zhǎng)城系中統(tǒng)石英巖狀砂巖局部夾層狀泥頁(yè)組成，總體上屬于較軟巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較破碎，圍巖整體完整性較差；埋深淺，洞體內(nèi)有地下水分布，以點(diǎn)滴水為主。在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)初支混凝土局部開(kāi)裂、剝落，圍巖變形較大，對(duì)異常情況及時(shí)進(jìn)行匯總分析，及時(shí)修正設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化襯砌支護(hù)參數(shù)，消除安全隱患，避免安全事故的發(fā)生。

3.2 地表下沉

經(jīng)過(guò)對(duì)指柱山隧道右洞進(jìn)口段地表下沉量測(cè)數(shù)據(jù)的分析匯總，可以及時(shí)掌握隧道地表變化情況。從地表下沉曲線圖可以看出，在隧道中線附近地表下沉累計(jì)變形值最大，累計(jì)實(shí)測(cè)值達(dá)到46.7 mm，隨著隧道縱向開(kāi)挖長(zhǎng)度的增加變形值在逐漸減小，分析原因?yàn)樵谒淼勒谱用骈_(kāi)挖前期爆破、機(jī)械等對(duì)圍巖擾動(dòng)較大，隨著開(kāi)挖長(zhǎng)度的增加經(jīng)過(guò)支護(hù)后的圍巖穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，這種擾動(dòng)的影響在逐漸減小。同時(shí)開(kāi)挖初期正值雨季，雨水充沛，降雨量大，雨水對(duì)地表下沉影響較大，加劇變形值的發(fā)展。指柱山隧道右線K34+455、K34+460斷面地表下沉實(shí)測(cè)累計(jì)變形見(jiàn)圖 3、圖 4。

圖3 K34+455斷面地表下沉曲線圖

圖4 K34+460斷面地表下沉曲線圖

3.3 周邊收斂

通過(guò)對(duì)周邊位移量測(cè)值的分析可以看出，在開(kāi)挖前期變形值發(fā)展較快，變形速率大，隨著開(kāi)挖長(zhǎng)度的增加經(jīng)過(guò)支護(hù)后的圍巖穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，這種擾動(dòng)的影響在逐漸減小，累計(jì)變形值逐漸趨于穩(wěn)定。由于進(jìn)口段存在偏壓，實(shí)測(cè)AC測(cè)線累計(jì)變形值比AB測(cè)線累計(jì)變形值大，說(shuō)明洞口段偏壓明顯，偏壓對(duì)收斂變形影響較大。通過(guò)對(duì)周邊收斂位移數(shù)據(jù)的匯總分析，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，確定二次襯砌的施作時(shí)間。指柱山隧道右洞進(jìn)口段K34+460、K34+465斷面周邊位移累計(jì)變形值見(jiàn)圖5、圖6。

圖6 K34+465斷面收斂曲線圖

3.4 拱頂下沉

通過(guò)對(duì)拱頂下沉量測(cè)數(shù)據(jù)的匯總分析可以看出，在隧道掌子面的開(kāi)挖掘進(jìn)、仰拱的開(kāi)挖中對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響較大，圍巖變形速率較大，隨著錨桿、鋼拱架、初期支護(hù)混凝土等的共同作用，圍巖應(yīng)力逐漸趨于穩(wěn)定，變形值也在減小。指柱山隧道右洞進(jìn)口段K34+460、K34+465斷面實(shí)測(cè)拱頂下沉累計(jì)變形見(jiàn)圖 7、圖 8。

圖7 K34+460拱頂下沉實(shí)測(cè)曲線圖

圖8 K34+465拱頂下沉實(shí)測(cè)曲線圖

4 結(jié)語(yǔ)

a）隧道淺埋偏壓段的處理一直是隧道現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中的難點(diǎn)，為此對(duì)監(jiān)控提出了更高的要求，制定科學(xué)合理的監(jiān)控方案和對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)確的匯總分析，可以及時(shí)掌握隧道圍巖的變形情況，修正設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化襯砌支護(hù)參數(shù)，對(duì)隧道進(jìn)行安全預(yù)警，消除施工過(guò)程中的安全隱患，防止安全事故的發(fā)生，確保施工安全。為現(xiàn)場(chǎng)施工提供技術(shù)支持，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

b）洞內(nèi)外觀察是新奧法施工中的一項(xiàng)重要工作監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，對(duì)隧道淺埋偏壓段尤為重要，通過(guò)對(duì)山體植被狀況的調(diào)查記錄；對(duì)初期支護(hù)區(qū)域滲水狀況的觀察；對(duì)初期支護(hù)表面裂縫的發(fā)展情況、混凝土是否發(fā)生剝落、鋼拱架是否發(fā)生壓曲等現(xiàn)象的分析，可以直觀地掌握隧道總體變形情況。

c）地表下沉是洞口淺埋偏壓段的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)地表下沉量測(cè)數(shù)據(jù)的分析匯總，可以及時(shí)掌握隧道的地表變形狀況。在指柱山隧道進(jìn)口淺埋段對(duì)K34+455斷面、K34+460斷面進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該兩個(gè)斷面的累計(jì)變形值較大，同時(shí)K34+460斷面的周邊收斂、拱頂下沉累計(jì)變形值也較大，且K34+460斷面地表下沉、周邊收斂、拱頂下沉變形趨勢(shì)基本一致，可見(jiàn)對(duì)于隧道淺埋偏壓段地表下沉、周邊收斂、拱頂下沉變形值三者有著密切的聯(lián)系，通過(guò)對(duì)地表下沉的監(jiān)測(cè)，可以間接反映隧道內(nèi)圍巖的變形情況。

d）在隧道施工過(guò)程中掌子面的開(kāi)挖掘進(jìn)、仰拱的開(kāi)挖對(duì)巖體擾動(dòng)較大，為此在施工過(guò)程中應(yīng)遵循弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)的原則，及時(shí)修正設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化襯砌支護(hù)參數(shù)，確保施工質(zhì)量和安全。