張少波

(中建路橋集團(tuán)有限公司，石家莊 050000)

1 引言

隨著我國(guó)交通事業(yè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的既有隧道不能滿足日益增長(zhǎng)的交通需求，新建及改擴(kuò)建隧道工程也越來(lái)越多。 新建隧道的施工過(guò)程，會(huì)導(dǎo)致隧道周邊圍巖產(chǎn)生多次擾動(dòng)[1]，降低圍巖的結(jié)構(gòu)承載能力，對(duì)施工安全產(chǎn)生不良影響。 目前我國(guó)公路隧道大斷面改擴(kuò)建的施工經(jīng)驗(yàn)相對(duì)不足，需在實(shí)踐中不斷提高并完善施工技術(shù)。

本文根據(jù)福建廈蓉高速公路改擴(kuò)建工程， 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)量及數(shù)據(jù)分析的形式， 研究擴(kuò)建隧道的施工對(duì)隧道的影響。

2 項(xiàng)目概況

2.1 隧道狀況

后祠隧道屬于雙洞分離式隧道， 兩車(chē)道的長(zhǎng)度均為990m，且縱坡均為-2.275%。 因現(xiàn)有的車(chē)道不能滿足日益增長(zhǎng)的交通需求，所以要對(duì)原隧道進(jìn)行擴(kuò)建。 2014 年至2016 年在原隧道的左側(cè)新建一座三車(chē)道隧道， 隧道長(zhǎng)1542m (ZK130+473～ZK132+015)， 凈空(寬×高)14.00m×5.00m；2017～2018 年又將原右洞兩車(chē)道隧道擴(kuò)建為四車(chē)道隧道形成大斷面隧道， 擴(kuò)建后隧道長(zhǎng)967m (YK130+542～YK131+509)，凈空(寬×高)9.25m×5.00m。

后祠隧道擴(kuò)建完成后形成新的三洞小間距隧道。 具體洞室位置關(guān)系如圖1：

2.2 施工情況

圖1 后祠隧道洞室位置關(guān)系(單位：m)

原右洞二車(chē)道隧道因受前期新建隧道的多次擾動(dòng)，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力場(chǎng)受到影響，圍巖承載能力下降，考慮到將二車(chē)道擴(kuò)建成四車(chē)道的施工過(guò)程中會(huì)對(duì)圍巖的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行再次擾動(dòng)，所以這次施工采用新奧法施工。二擴(kuò)四車(chē)道隧道洞口圍巖抗壓能力較差，屬于V 級(jí)圍巖，采用CRD法施工[2]。 首先對(duì)原洞二次襯砌進(jìn)行切縫，切縫厚度要大于二襯厚度，然后對(duì)需要爆破的地方進(jìn)行鉆孔，間距不能超過(guò)80cm，深度要大于原二襯厚度。 爆破采用普通鉆爆發(fā)進(jìn)行，為了降低爆破對(duì)相鄰既有隧道產(chǎn)生的不良影響，爆破前需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)， 獲取爆破參數(shù)后， 再進(jìn)行作業(yè)，保證現(xiàn)場(chǎng)施工安全。

3 監(jiān)控方案

為了保證施工的正常進(jìn)行， 需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量， 及時(shí)了解圍巖狀態(tài)， 并對(duì)其狀態(tài)的變化進(jìn)行研究分析，預(yù)見(jiàn)險(xiǎn)情及事故，以防患于未然。 本次監(jiān)控測(cè)量依據(jù)相關(guān)測(cè)量技術(shù)規(guī)范以及相關(guān)單位對(duì)監(jiān)測(cè)的要求進(jìn)行測(cè)量的。 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：地表邊坡沉降、周邊位移、拱頂下沉、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)等[3]。 本文主要介紹地表邊坡沉降、周邊位移以及拱頂下沉的監(jiān)測(cè)情況。

4 實(shí)例分析

4.1 地表邊坡沉降

隧道洞口處布設(shè)的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)離洞口10m，間距2～5m(圖2)。 施工開(kāi)挖到監(jiān)測(cè)斷面3m 前，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化量較?。划?dāng)施工推進(jìn)到監(jiān)測(cè)斷面后，監(jiān)測(cè)斷面的各個(gè)測(cè)定開(kāi)始大幅沉降，50 天后下沉速度降低，慢慢趨于穩(wěn)定。 由圖3 可知，監(jiān)測(cè)點(diǎn)經(jīng)歷三次加速沉降，隧道軸線位置下沉量最大，沿軸線向兩邊慢慢減小，影響范圍基本上是與洞底兩邊成45°夾角，對(duì)相鄰既有隧道影響不大。 隧道施工的順序是先開(kāi)挖左導(dǎo)洞，然后再開(kāi)挖右導(dǎo)洞，所以導(dǎo)致隧道軸線左側(cè)的沉降量高于右側(cè)的沉降量， 圍巖的受力情況與洞頂?shù)某两盗炕疽恢隆?/p>

圖2 隧道出口地表邊坡沉降點(diǎn)布置圖

圖3 隧道出口地表沉降時(shí)程曲線圖

由圖3 可知，在施工過(guò)程中隧道洞口經(jīng)歷三次沉降：

(1)左導(dǎo)洞施工過(guò)程中，上臺(tái)階開(kāi)挖到監(jiān)測(cè)斷面前5m的時(shí)候，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)開(kāi)始大幅下降，當(dāng)掌子面通過(guò)監(jiān)測(cè)斷面時(shí)，下降速度明顯增加，這段時(shí)間的沉降量大約相當(dāng)于總沉降量的40%。

(2)右導(dǎo)洞施工過(guò)程中，上臺(tái)階開(kāi)挖到監(jiān)測(cè)斷面前5m的時(shí)候，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)開(kāi)始大幅下降，當(dāng)掌子面推進(jìn)并通過(guò)監(jiān)測(cè)斷面時(shí)，下降速度明顯增加，這段時(shí)間的沉降量大約相當(dāng)于總沉降量的40%。

(3)當(dāng)下臺(tái)階開(kāi)挖到監(jiān)測(cè)斷面時(shí)，沉降點(diǎn)第三次加速下降，直至通過(guò)監(jiān)測(cè)斷面后3 天沉降速度減小，慢慢趨于穩(wěn)定。 這段時(shí)間沉降點(diǎn)下沉量約為總沉降量的20%。

4.2 周邊位移

本次選取距離掌子面2m 的典型斷面進(jìn)行分析。 從圖4 可以看出，三條測(cè)線收斂趨勢(shì)基本一致，當(dāng)施工開(kāi)挖至斷面35m 處，測(cè)線整體才趨于平穩(wěn)，整個(gè)過(guò)程歷時(shí)35天，收斂最大值為9.21mm，收斂速率為0.26mm/d，在規(guī)定范圍之內(nèi)。

圖4 典型斷面收斂位移曲線圖

由圖4 可知，橫向水平的收斂值最大，左導(dǎo)洞收斂位移大于右導(dǎo)洞[4]。 由于施工先開(kāi)挖左導(dǎo)洞，導(dǎo)致左導(dǎo)洞產(chǎn)生收斂位移，后期開(kāi)挖右導(dǎo)洞時(shí)同樣對(duì)左導(dǎo)洞產(chǎn)生影響。當(dāng)施工開(kāi)挖逐漸遠(yuǎn)離收斂斷面時(shí)， 收斂曲線的波動(dòng)也越來(lái)越小， 直至超過(guò)1.5 倍洞徑時(shí)收斂波動(dòng)才趨于穩(wěn)定[5]。該收斂波動(dòng)表明圍巖應(yīng)力場(chǎng)主要受隧道原位擴(kuò)建過(guò)程中分步開(kāi)挖的影響。

4.3 拱頂下沉

拱頂下沉測(cè)量是指對(duì)隧道拱頂?shù)膶?shí)際位移進(jìn)行測(cè)量，是相對(duì)于不動(dòng)點(diǎn)的絕對(duì)位移，其必須與設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行比較。 選取距離掌子面6m 處的典型監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行研究分析，該斷面圍巖抗壓能力差，屬于V 級(jí)圍巖。 由于先進(jìn)行左導(dǎo)洞開(kāi)挖，后進(jìn)行右導(dǎo)洞開(kāi)挖，所以左導(dǎo)洞監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降位移最大， 右導(dǎo)洞與拱頂中央的監(jiān)測(cè)點(diǎn)最終沉降基本一致。當(dāng)施工開(kāi)挖逐漸遠(yuǎn)離收拱頂監(jiān)測(cè)面時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降速度也越來(lái)越小， 直至掌子面開(kāi)挖距監(jiān)測(cè)斷面40m處，監(jiān)測(cè)斷面的沉降才趨于穩(wěn)定[6]。 沉降最大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)在11 天內(nèi)共下沉了5.3mm，沉降速率為0.48mm/d，符合規(guī)范要求，下沉趨勢(shì)見(jiàn)圖5。

圖5 典型斷面拱頂下沉位移曲線圖

5 結(jié)語(yǔ)

(1)本文根據(jù)龍巖廈蓉高速公路擴(kuò)建工程后祠隧道大量監(jiān)控實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，找到影響施工安全的主要因素，及時(shí)反饋到工地并采取有效的防御措施， 保證現(xiàn)場(chǎng)施工安全、順利。

(2)后祠隧道出口段，受地形偏壓及構(gòu)造破碎帶F118A的影響， 后祠隧道洞身段受節(jié)理密集帶及構(gòu)造破碎帶F118、F118B 的影響，局部范圍內(nèi)巖體破碎-極破碎。后祠隧道原位擴(kuò)建的大斷面隧道的受力模式比較特殊， 一方面，圍巖應(yīng)力場(chǎng)受既有隧道建設(shè)的影響已發(fā)生多次擾動(dòng)，另一方面， 新建及原位擴(kuò)建過(guò)程中分步開(kāi)挖將對(duì)圍巖應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行再次擾動(dòng)，從而導(dǎo)致圍巖體的累計(jì)損傷提高，強(qiáng)度、完整性和自穩(wěn)能力降低，使既有隧道出現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載力下降、輪廓變形過(guò)大等安全風(fēng)險(xiǎn)。