王仁建，韓自強(qiáng)

(1.廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司 廣州市 510101； 2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司 重慶市 400067)

0 引言

近年來，隨著公路交通建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，公路隧道工程的建設(shè)規(guī)模越來越大。新奧法作為目前地下工程施工中最常用的方法，具有安全、高效、高產(chǎn)的特點(diǎn)，新奧法講究信息化設(shè)計(jì)和施工，重視監(jiān)控量測在隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和施工中的作用。隧道施工監(jiān)控量測技術(shù)是指在隧道施工過程中使用各類儀表和工具，對圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)可以分析巖體的穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，進(jìn)而指導(dǎo)施工和修正設(shè)計(jì)參數(shù)[1-3]。監(jiān)控量測項(xiàng)目分為必測項(xiàng)目和選測項(xiàng)目，必測項(xiàng)目是通過對圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的觀察和變形觀測，判斷圍巖的穩(wěn)定性；選測項(xiàng)目是通過對圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力、內(nèi)力、應(yīng)變和位移等進(jìn)行監(jiān)測，深入掌握圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)和支護(hù)效果[4-6]。

以軟弱巖層高速公路隧道單向出洞洞口段為例，分析和研究監(jiān)控量測技術(shù)在圍巖穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用。

1 工程概況

目前該隧道左洞已貫通，右洞為進(jìn)口單向開挖方式掘進(jìn)，采用三臺階預(yù)留核心土工法施工，進(jìn)口當(dāng)前上臺階掌子面里程為K0+685。出洞口已施作管棚，上臺階開挖至里程K0+690，掌子面揭露圍巖主要為炭質(zhì)泥巖，強(qiáng)風(fēng)化，巖質(zhì)較軟，呈單斜狀構(gòu)造，出洞口地表為厚層粉質(zhì)黏土，植被茂盛。出洞口埋深淺，洞口位于一單斜坡下方，存在輕度偏壓。具體見圖1所示。

圖1 右洞出洞口里程K0+690位置橫斷面簡圖

2 監(jiān)控量測斷面

單向出洞一般是指從洞內(nèi)向另一端洞口直接出洞，單向出洞具有節(jié)約投資、加快施工進(jìn)度和減少人工痕跡的作用，但在洞口淺埋和偏壓情況下，單向出洞往往會增加施工難度，增加施工風(fēng)險(xiǎn)。因此在隧道單向出洞施工過程中，除了選擇恰當(dāng)?shù)氖┕すに嚭椭ёo(hù)措施外，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測工作，根據(jù)監(jiān)控量測信息化數(shù)據(jù)保證隧道安全貫通，為洞口段圍巖穩(wěn)定性分析提供依據(jù)。

根據(jù)本隧道洞口單向出洞的特點(diǎn)，在K0+685樁號分別布設(shè)地表沉降斷面、拱頂下沉斷面和周邊收斂斷面，并在施工過程中加強(qiáng)地質(zhì)與支護(hù)狀態(tài)觀察工作，用以了解圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)在施工過程中的穩(wěn)定性。如圖2所示，地表沉降斷面布設(shè)5個(gè)測點(diǎn)，采用全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。如圖3所示，拱頂下沉斷面布設(shè)3個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)位置以拱頂為中心橫向間距2～3m埋設(shè)；周邊收斂斷面布設(shè)2條測線，中臺階和下臺階各布設(shè)1條測線，采用全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。

圖2 地表沉降斷面測點(diǎn)布設(shè)圖

圖3 拱頂下沉和周邊收斂斷面測點(diǎn)布設(shè)圖注：G1、G2、G3為拱頂下沉測點(diǎn)；A1A2、B1B2為周邊收斂測線

3 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析

3.1 數(shù)據(jù)變形管理[7]

位移數(shù)據(jù)管理等級標(biāo)準(zhǔn)分三個(gè)等級，其等級劃分見表1。當(dāng)U2U0/3時(shí)，預(yù)警并采取特殊措施。并根據(jù)監(jiān)測位移速率及位移速率的變化率來判斷圍巖的穩(wěn)定性。

表1 位移數(shù)據(jù)管理等級標(biāo)準(zhǔn)表

注：1.U為實(shí)測位移值;

2.U0為設(shè)計(jì)極限位移值，本次U0采用設(shè)計(jì)預(yù)留變形量12cm

3.2 地表沉降數(shù)據(jù)分析

地表沉降K0+685斷面自2018年10月21日開始監(jiān)測，共監(jiān)測21d，監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后于11月10日結(jié)束監(jiān)測。圖4為地表沉降K0+685斷面沉降曲線圖，可見該斷面在10月21日至10月23日內(nèi)加速沉降，2天內(nèi)最大沉降點(diǎn)D4累計(jì)沉降88mm，圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；該斷面在10月23日至10月27日內(nèi)緩慢沉降，又在10月27日后緩慢上升，最終趨于穩(wěn)定；K0+685斷面最大沉降點(diǎn)D4最終累計(jì)沉降87mm，最小沉降點(diǎn)D1最終累計(jì)沉降31mm。

圖4 地表沉降K0+685斷面沉降曲線圖

3.3 拱頂下沉數(shù)據(jù)分析

拱頂下沉K0+685斷面自2018年10月21日開始監(jiān)測，共監(jiān)測20d，監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后于11月9日結(jié)束監(jiān)測。圖5為拱頂下沉K0+685斷面沉降曲線圖，可見該斷面在10月21日至10月23日內(nèi)加速沉降，2天內(nèi)最大沉降點(diǎn)為左側(cè)測點(diǎn)(G1)，累計(jì)沉降66mm，圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；該斷面在10月23日后呈現(xiàn)緩慢沉降趨勢，最后趨于穩(wěn)定；K0+685斷面最大沉降點(diǎn)為左側(cè)測點(diǎn)(G1)，最終累計(jì)沉降89mm，最小沉降點(diǎn)為右側(cè)測點(diǎn)(G3)，最終累計(jì)沉降59mm。

圖5 拱頂下沉K0+685斷面沉降曲線圖

3.4 周邊收斂數(shù)據(jù)分析

周邊收斂K0+685斷面自10月27日開始監(jiān)測，共監(jiān)測21d，監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后于11月16日結(jié)束監(jiān)測。圖6為周邊收斂K0+685斷面沉降曲線圖，可見該斷面在10月28日至11月1日內(nèi)變形速率較大，4天內(nèi)最大收斂測線(B1B2)累計(jì)收斂5mm；該斷面在11月1日后變形速率減小，最后趨于穩(wěn)定；K0+685斷面最大收斂測線(B1B2)最終累計(jì)收斂11mm。

圖6 周邊收斂K0+685斷面收斂曲線圖

3.5 監(jiān)測數(shù)據(jù)管理及穩(wěn)定性分析

表2 監(jiān)測數(shù)據(jù)管理及預(yù)警情況表

備注：表中沉降量為該斷面各量測點(diǎn)最大值

在本次隧道洞口段監(jiān)控量測過程中，即重視監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和反饋，同時(shí)也重視地質(zhì)與支護(hù)狀態(tài)的觀察。結(jié)合圖4～圖6及表2的內(nèi)容，K0+685斷面地表沉降和拱頂下沉監(jiān)測數(shù)據(jù)在10月22日進(jìn)行了預(yù)警，日沉降量分別為28mm和10mm；在10月23日進(jìn)行了二次預(yù)警，日沉降量分別為60mm和56mm，其中地表沉降累計(jì)達(dá)到了88mm；拱頂下沉監(jiān)測數(shù)據(jù)在10月31日進(jìn)行了第三次預(yù)警，累計(jì)沉降量達(dá)到了80mm。通過地質(zhì)與支護(hù)狀態(tài)的觀察發(fā)現(xiàn)，在10月22日至10月23日，出口段隧道初期支護(hù)拱部出現(xiàn)明顯裂縫，主要呈環(huán)向分布。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)警情況及初期支護(hù)開裂情況推斷，此時(shí)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)不再穩(wěn)定，K0+685斷面地表沉降和拱頂下沉數(shù)據(jù)管理均為Ⅲ級，須采取相應(yīng)措施。施工單位通過增設(shè)鋼架鎖腳錨桿、復(fù)噴初支混凝土、及時(shí)封閉仰拱等措施，使得10月23日后沉降量明顯減小，最終監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)也趨于穩(wěn)定，保證了隧道的安全施工和順利貫通。

4 結(jié)論

對某軟弱巖層高速公路隧道單向出洞洞口段進(jìn)行了監(jiān)控量測必測項(xiàng)目監(jiān)測，得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

(1)出洞口段同一監(jiān)控量測斷面拱頂沉降量一般大于周邊收斂量，監(jiān)控量測位移數(shù)據(jù)的較大變形主要表現(xiàn)在開挖后的數(shù)日內(nèi)。

(2)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析判斷了圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，及時(shí)進(jìn)行了預(yù)警，為施工單位采取應(yīng)急措施提供了依據(jù)，為施工安全提供了保證。

(3)監(jiān)控量測技術(shù)對預(yù)防隧道變形坍塌、及時(shí)采取安全措施具有重要作用，應(yīng)加強(qiáng)重點(diǎn)段落隧道施工監(jiān)控量測工作。