秦朝輝

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

1 概述

近年來，國(guó)內(nèi)外很多國(guó)家十分重視大跨度淺埋段隧道施工技術(shù)的研究，尤其是在支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的評(píng)定方面進(jìn)行了很多研究。目前，我國(guó)的大跨度黃土隧道開挖斷面跨度可達(dá)到15.4 m，高度11.36 m，扁平率可達(dá)到0.73，在淺埋洞口段開挖施工過程中多座隧道出現(xiàn)地表沉陷、開裂等問題。為了保證隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，大跨度黃土隧道淺埋段施工速度緩慢，甚至造成工期延誤。大跨度黃土隧道施工難度大，尤其是洞口淺埋段，穩(wěn)定性極差，是施工中的難點(diǎn)。因此，在隧道施工過程中布置測(cè)點(diǎn)，開展監(jiān)控量測(cè)對(duì)大跨度黃土隧道洞口淺埋段的支護(hù)效果進(jìn)行分析，不斷優(yōu)化隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，有利于提高施工進(jìn)度和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，具有十分重要的意義。

2 洞口淺埋段支護(hù)與監(jiān)測(cè)方案

2.1 依托項(xiàng)目概況

某高速公路隧道采用分離式設(shè)計(jì)，單洞設(shè)計(jì)采用三車道大斷面設(shè)計(jì)，隧道設(shè)計(jì)寬度為15.12 m，高度為8.35 m。隧道左洞全長(zhǎng)846 m，右洞全長(zhǎng)852 m，明洞設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為5 m。隧道洞口段為淺埋段，最小埋設(shè)為5.2 m，淺埋段長(zhǎng)度為146 m。該隧道地質(zhì)情況復(fù)雜，圍巖較破碎，裂隙紋理發(fā)育，自穩(wěn)能力差，有少量滲漏水，圍巖等級(jí)主要為Ⅴ級(jí)，部分深埋段為Ⅳ級(jí)圍巖。洞口淺埋段穿越Ⅴ級(jí)黃土圍巖，屬于濕陷性黃土，自穩(wěn)能力差。為了保證洞口淺埋段圍巖穩(wěn)定，制定方案加強(qiáng)支護(hù)，并在施工過程中布置測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，收集數(shù)據(jù)分析隧道圍巖的穩(wěn)定性。

2.2 洞口淺埋段支護(hù)方案

隧道洞口段設(shè)計(jì)采用復(fù)合式襯砌，為了保證圍巖穩(wěn)定，設(shè)計(jì)采用超前支護(hù)、初期支護(hù)配合施工。超前支護(hù)設(shè)計(jì)采用超前長(zhǎng)管棚注漿支護(hù)，初期支護(hù)采用錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土加設(shè)鋼拱架聯(lián)合支護(hù)。管棚鋼管采用φ180鋼管，壁厚6 mm，長(zhǎng)度為30 m，上部加工有注漿孔。φ22錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度3.5 m，鋼支撐選用20工字鋼，鋼筋網(wǎng)為φ8盤條加工，雙層鋼筋網(wǎng)片，格尺寸200 mm×200 mm，C25噴射混凝土厚度為26 cm。二次襯砌選用C25模筑混凝土，設(shè)計(jì)厚度為60 cm。初期支護(hù)與二次襯砌之間布設(shè)防水層，為塑料防水板。為保證開挖過程中圍巖穩(wěn)定，隧道開挖采用留核心土分部開挖法。

2.3 施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案

結(jié)合隧道洞口淺埋段的工程地質(zhì)條件，在施工過程中布置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，觀測(cè)隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況。施工中選取有代表性的斷面布置測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行拱頂下沉、地表下沉、圍巖壓力和周邊位移量測(cè)。量測(cè)方法與量測(cè)頻率嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行，收集數(shù)據(jù)分析圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況。

3 洞口淺埋段支護(hù)效果分析

3.1 地表下沉量測(cè)數(shù)據(jù)分析

在洞口淺埋段上部布置測(cè)點(diǎn)，使用水準(zhǔn)儀對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，確定地表下沉量，收集數(shù)據(jù)繪制地表下沉曲線如圖1所示。從圖1曲線的變化情況可以看出，量測(cè)初期地表下沉量較大，下沉速度較快，最大變形速率達(dá)到5 mm/d。這主要是由于前期隧道開挖、支護(hù)擾動(dòng)造成的，支護(hù)結(jié)構(gòu)完成后地表下沉量不斷縮小，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)量測(cè)結(jié)果，兩周后地表沉降量基本趨于穩(wěn)定，20 d后基本穩(wěn)定在32 mm，說明該量測(cè)斷面地表下沉量基本穩(wěn)定。

3.2 周邊位移量測(cè)結(jié)果分析

分別在隧道拱部、拱腰和邊墻布置測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行周邊位移量測(cè)，收集數(shù)據(jù)繪制周邊位移曲線如圖2所示，量測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。根據(jù)量測(cè)結(jié)果，拱腰周邊位移前期變化較大，最大變化速率達(dá)到4 mm/d，這主要是由于拱部開挖支護(hù)對(duì)圍巖造成的擾動(dòng)導(dǎo)致的。在前期周邊位移出現(xiàn)了兩次較小的波動(dòng)，變形速率和變形量均有所增長(zhǎng)，這是由于分部開挖造成的，每次開挖都會(huì)產(chǎn)生一定的擾動(dòng)，但由于開挖斷面較小，相比上臺(tái)階開挖變形量較小。周邊位移觀測(cè)10 d以后周邊位移變形量迅速下降，且逐步趨于穩(wěn)定。這是由于監(jiān)測(cè)斷面開挖支護(hù)工作完成，逐步趨于穩(wěn)定。拱腰、邊墻和墻腳周邊位移監(jiān)測(cè)值分別穩(wěn)定在35 mm，22 mm，14 mm。

表1 周邊位移量測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3.3 拱頂下沉量測(cè)結(jié)果分析

在周邊位移、地表下沉的同一量測(cè)斷面，布設(shè)拱頂下沉量測(cè)點(diǎn)，使用水準(zhǔn)儀對(duì)拱頂下沉量進(jìn)行量測(cè)，繪制變形曲線如圖3所示。分析變化曲線可知，前期隧道開挖過程中拱頂下沉量較大，觀測(cè)一周以后逐步趨于穩(wěn)定，這是由于前期開挖對(duì)隧道圍巖產(chǎn)生了較大的擾動(dòng)，支護(hù)結(jié)構(gòu)完工后變形量明顯降低。監(jiān)測(cè)隧道拱頂下沉最大變形速率為4 mm/d，10 d以后變形基本趨于穩(wěn)定，最終穩(wěn)定在24 mm左右。

3.4 圍巖壓力量測(cè)結(jié)果分析

為了確定隧道圍巖壓力的變化情況，在監(jiān)測(cè)斷面的拱頂、左側(cè)拱腰、右側(cè)拱腰埋設(shè)壓力盒，監(jiān)測(cè)隧道施工過程中圍巖壓力的變化情況。分別收集圍巖壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并繪制變化曲線如圖4所示。分析拱頂圍巖壓力變形曲線可知，隧道開挖支護(hù)后，圍巖壓力不斷增大，變化速度快，開挖7 d后圍巖壓力達(dá)到最大，壓力值達(dá)到0.12 MPa。當(dāng)邊墻、仰拱開挖支護(hù)后，隧道拱部圍巖壓力有所下降，12 d以后逐步趨于穩(wěn)定。邊墻圍巖壓力在開挖支護(hù)后不斷增加，增速較快，最大增速達(dá)到0.03 MPa/d。隧道仰拱開挖支護(hù)后，圍巖壓力變形速度明顯下降，監(jiān)測(cè)12 d后逐步趨于穩(wěn)定(見表2)。

表2 圍巖壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 mm

4 結(jié)語

大跨度隧道施工難度大，控制不當(dāng)會(huì)造成圍巖或支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，侵入凈空甚至塌方事故。在施工過程中布設(shè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，分析數(shù)據(jù)和變形曲線分析圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，得出以下結(jié)論：1)分析地表下沉、周邊位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，隧道施工前期變形量較大，支護(hù)完成后基本趨于穩(wěn)定，且變形量較小，滿足設(shè)計(jì)要求。2)分析拱頂下沉和圍巖應(yīng)力的監(jiān)測(cè)結(jié)果，得出在施工階段拱頂下沉量和圍巖壓力變化量均較大，仰拱支護(hù)完成后變化量縮小，整體結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定?？傊O(jiān)測(cè)結(jié)果表明隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)可以保證圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，施工質(zhì)量合格。