楊 朝，雷細雄，張尤剛，汪曉峰

（浙江省水利水電勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310002）

1 問題的提出

現(xiàn)今，隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，為了使經(jīng)濟發(fā)展的步伐不受自然災(zāi)害影響而停滯，一批批水利公益性工程不斷開工建設(shè)，對國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。部分工程在某些特定的地段，受地形、地物和地質(zhì)條件等因素的限制，同一場地區(qū)域內(nèi)2條隧道在不同高度位置相互穿越的情況逐漸增多[1-2]。為保證下穿交叉施工開挖過程中新建隧洞與既有隧道結(jié)構(gòu)的安全性，采取一些監(jiān)測措施來驗證和修正施工方法的適用性和安全性很有必要。本文通過對新建隧洞下穿既有隧道開挖過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，闡述施工過程的安全性。

2 工程概況

平陽縣南湖分洪工程由進口分洪閘、分洪隧洞、施工支洞及補償工程組成。其中分洪隧洞與白巖寨公路隧道上、下相交穿過，軸線平面夾角為42.5°，垂直凈間距為北線15.61 m，南線14.31 m，相交部位軸線樁號為南線SD1+936.354 m（圍巖類別為Ⅱ類）。新建分洪隧洞洞寬15.50 m，洞高12.25 m，為城門洞型，屬于特大斷面水利排洪隧洞。白巖寨公路隧道洞寬12.00 m。南線分洪隧洞下穿白巖塞隧道位處微風(fēng)化花崗巖，硐頂埋深94~120 m。微風(fēng)化花崗巖堅硬，Rc＞90 MPa，呈塊狀結(jié)構(gòu)，巖體完整好，裂隙不發(fā)育，連通性差，與地表水力聯(lián)系弱，開挖后僅局部出現(xiàn)滴水現(xiàn)象，水文地質(zhì)條件簡單。新建隧洞與已有隧道位置關(guān)系見圖1。

圖1 新建隧洞與已有隧道位置關(guān)系圖 單位：m

目前，南線新建隧洞已安全貫穿該工程的關(guān)鍵控制節(jié)點，本工程南線隧洞下穿白巖寨公路隧道交叉段樁號為：SD1+916.354~SD1+956.354 m，下穿段施工自2021年1月4日開始，于2021年2月4日完成。下穿過程中各項監(jiān)測項目數(shù)據(jù)均未超規(guī)范控制值。擬結(jié)合南線隧洞成功下穿白巖寨隧道工程實踐經(jīng)驗，依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對施工工藝及爆破參數(shù)方法進行動態(tài)修正，為今后類似工程提供借鑒。

3 監(jiān)測方案

根據(jù)隧洞開挖爆破的施工情況，下穿段施工按設(shè)計要求依V類圍巖加強支護，采用掛網(wǎng)打錨桿立拱架的初期支護，鋼拱架每榀間距0.50 m，初期支護完成后進行固結(jié)灌漿，同時加強支護段固結(jié)灌漿孔排距加密為2.00 m，孔距不變（固結(jié)灌漿材料采用水溶性聚氨酯）。其開挖施工方法按導(dǎo)洞先行開挖法，并對以下內(nèi)容進行監(jiān)測：新建隧洞的超前地質(zhì)預(yù)報、洞內(nèi)周邊收斂監(jiān)測、拱頂下沉監(jiān)測、支護結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測以及洞內(nèi)巡視檢查，同時包括對新建隧洞上方的既有隧道進行爆破振動監(jiān)測。

3.1 新建隧洞地質(zhì)超前預(yù)報

隧洞地質(zhì)超前預(yù)報采用地質(zhì)雷達和TSP方法進行預(yù)測，為25.00 m一循環(huán)，以此驗證勘察報告內(nèi)容的圍巖類別，確保隧洞開挖過程中前方實際圍巖與勘察報告中不同時，能及時調(diào)整爆破參數(shù)，控制進尺，保證施工安全。圍巖類別實際跟勘察報告吻合，為Ⅱ類。

（1）地層巖性預(yù)測預(yù)報，特別是對軟弱夾層、破碎地層及特殊巖土的預(yù)測預(yù)報；

（2）地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測預(yù)報，特別是對斷層、節(jié)理密集帶、褶皺軸等影響巖體完整性的構(gòu)造發(fā)育情況的預(yù)測預(yù)報。

3.2 新建隧洞洞內(nèi)周邊收斂和拱頂沉降監(jiān)測

下穿段共布置1個周邊收斂和拱頂沉降監(jiān)測斷面，用于監(jiān)控隧洞掘進過程中平面內(nèi)空尺寸以及豎向尺寸的變化情況，指導(dǎo)施工期的支護，布置位置分別為拱頂、左右拱肩、左右拱腰，樁號為SD1+945.000 m。穩(wěn)定后最大周邊收斂累計值為7.6 mm，拱頂沉降為5.8 mm，均小于15.0 mm的控制值。

3.3 新建隧洞支護結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測

與白巖寨隧道交叉段按V類圍巖加強支護，分別在新建隧洞3個樁號的拱頂、左右拱肩、左右拱腰各布置1支鋼拱架應(yīng)變計和錨桿應(yīng)力計，樁號分別為SD1+929.000，SD1+938.000，SD1+939.000 m，以監(jiān)測支護結(jié)構(gòu)的受力情況以及錨桿中的軸向應(yīng)力。錨桿應(yīng)力計采用鉆孔埋設(shè)法，與支護錨桿同步埋設(shè)，埋設(shè)步驟為：①定位放樣→②鉆機成孔→③儀器組裝→④儀器安裝→⑤灌漿→⑥孔口保護設(shè)施施工→⑦測初始值，埋設(shè)完成后及時填寫《錨桿應(yīng)力計埋設(shè)考證表》。鋼拱架應(yīng)變計則采用焊接方法安裝至鋼拱架上，主要埋設(shè)安裝步驟及技術(shù)要求如下：首先將配好對的夾具裝上安裝試棒，裝配好后的2夾具緊定螺釘孔距應(yīng)為100 mm。將夾具焊接至鋼拱架設(shè)計位置，埋設(shè)完成后及時填寫《鋼拱架應(yīng)變計埋設(shè)考證表》。通過對其下穿開挖過程期間每天進行監(jiān)測，共采集139組監(jiān)測斷面數(shù)據(jù)，累計最大值見表1與表2。

表1 新建隧洞鋼拱架應(yīng)變受力最大累計值表（拉為“+”，壓為“-”）

表2 新建隧洞錨桿應(yīng)力受力最大累計值表（拉為“+”，壓為“-”）

3.4 新建隧洞圍巖松動圈測量

隧洞進行圍巖松動圈測量采用單孔法，是一種快速、準(zhǔn)確的原位測試技術(shù)，它可以獲得巖土體的縱波、橫波速度，并根據(jù)波速計算動彈性模量、泊松比等動力學(xué)參數(shù)，為工程設(shè)計支護結(jié)構(gòu)與支護方式提供依據(jù)。通過測試，能夠反映巖體裂隙程度、薄層互層等地質(zhì)現(xiàn)象，確定圍巖松動的范圍區(qū)域，并針對此范圍進行相應(yīng)支護，保證隧洞施工人員和設(shè)備安全。肖建清等[3]根據(jù)圍巖松動圈影響因素，針對爆破循環(huán)對圍巖松動圈的影響進行相關(guān)研究，主要研究單次爆破以及爆破累積的影響，并提出爆破振動對于應(yīng)力集中區(qū)的巖體具有“震實”的效應(yīng)，一般經(jīng)過2個爆破進尺循環(huán)以后，爆破對圍巖松動圈的形態(tài)影響很小。依據(jù)此觀點，本工程在樁號SD1+938.000 m往前進尺2個爆破循環(huán)進尺以后，在樁號SD2+488.000 m處共布置5個鉆孔，分別布置于左邊墻、左側(cè)拱肩、拱頂、右側(cè)拱肩、右側(cè)邊墻。經(jīng)過測試，各孔波速變化曲線見圖2。

由圖2可以看到，孔深大于2.80 m區(qū)段，圍巖波速多大于5.0 km/s，相對較高，推測孔底到2.80 m處為原巖波速，未受爆破影響，巖體巖性為微風(fēng)化凝灰?guī)r，完整性總體較好；孔深小于2.80 m區(qū)段，5個鉆孔聲波測試曲線均呈逐漸減小的趨勢，推測2.80 m以內(nèi)為圍巖松動圈的范圍，巖體裂隙發(fā)育，局部較破碎，完整性相對較差。在孔深1.60 m位置5個鉆孔的波速均出現(xiàn)極小值，推測孔深1.60 m處巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，相對較破碎。

圖2 各孔波速變化曲線圖

3.5 既有隧道爆破振動監(jiān)測

由于南線隧洞開挖期間的爆破施工采用傳統(tǒng)的鉆爆法，因爆破產(chǎn)生的振動對其上方的白巖寨公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)具有一定影響，在其開挖隧洞與白巖寨隧道交叉的樁號SD1+936.354 m位置的白巖寨公路隧道內(nèi)，左、右側(cè)人行道各布置1個爆破測振點SM-6、SM-7。下穿期間，爆破振動監(jiān)測頻率按施工開挖進度，每次爆破均進行振動監(jiān)測。

根據(jù)GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》[4]的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合設(shè)計的控制標(biāo)準(zhǔn)意見，本工程隧洞爆破f＞50 Hz，白巖寨隧道為交通隧道，爆破安全允許振速V取15 cm/s。根據(jù)振速計算公式：

式中：K、ɑ為與地質(zhì)地形條件有關(guān)的衰減系數(shù)，硬巖石取K=150~250、α=1.5~1.8，本例K值取200，α值取1.8；R為垂直凈間距（m），取14.00；Qmax為1次最大爆藥量（kg），取20。

通過計算：V=K(Q1/3/R)α=10.4 cm/s≤15.0 cm/s。

經(jīng)計算得出振速小于質(zhì)點安全允許振速。理論上，單段最大起爆藥量控制在20 kg以內(nèi)時，爆破振動對白巖寨隧道無影響，但還需實際監(jiān)測數(shù)據(jù)做相應(yīng)分析。

爆破振動監(jiān)測工作于2020年12月31日進行，此時樁號為SD1+974.000 m，全斷面、小導(dǎo)洞、擴挖爆破施工產(chǎn)生的振動數(shù)據(jù)見圖3~5。

圖3 全斷面開挖振動曲線圖

圖4 小導(dǎo)洞開挖振動曲線圖

圖5 擴挖開挖振動曲線圖

從圖3~5可以看出：全斷面爆破開挖產(chǎn)生的振動值明顯高于小導(dǎo)洞和擴挖爆破開挖的振動值，采用小導(dǎo)洞開挖方法以及電子雷管微差控制爆破，具有明顯降低爆破振動的效果。隨著開挖斷面越靠近下穿段的中心，產(chǎn)生的振動值也越大，最大值為SM-7：11.20 cm/s，滿足規(guī)范控制值。

3.6 既有隧道內(nèi)外觀檢查

在下穿隧道爆破開挖過程中，每次振動監(jiān)測的同時，爆破后時有隧道洞壁瓷磚掉落的現(xiàn)象發(fā)生，這也跟隧道洞壁瓷磚沒有緊密貼合、黏結(jié)強度不夠有關(guān)?？傮w來說，瓷磚掉落也只有局部，沒有發(fā)現(xiàn)裂縫的發(fā)生，開挖隧洞爆破對隧道支護結(jié)構(gòu)的影響程度在安全可控的范圍內(nèi)。

4 結(jié) 論

（1）通過實施的導(dǎo)洞先行后擴挖的爆破開挖方案，采用電子雷管微差控制爆破，每次爆破振動數(shù)值基本滿足設(shè)計中根據(jù)爆破安全規(guī)程提出的爆破控制標(biāo)準(zhǔn)，洞內(nèi)監(jiān)測斷面數(shù)據(jù)均符合設(shè)計中依據(jù)規(guī)范提出的監(jiān)測值控制標(biāo)準(zhǔn)要求，對今后類似工程的施工具有參考作用。

（2）新建隧洞開挖，對已開挖和已有的上方隧道具有一定影響，但還是能滿足已有支護結(jié)構(gòu)的安全要求。

（3）爆破開挖施工過程中可以根據(jù)振動監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整相應(yīng)的爆破參數(shù)和方法，既保證結(jié)構(gòu)的安全度，又有利于加快施工進度，進而增加經(jīng)濟效益。