摘要 公路隧道項目地質(zhì)狀況復(fù)雜、隱蔽性較強、影響因素眾多，施工控制不當，極易引發(fā)圍巖大變形問題，嚴重影響施工安全。鑒于此，文章結(jié)合某公路隧道工程實踐，針對隧道圍巖大變形綜合處置技術(shù)展開綜合探究，根據(jù)工程實際情況，闡述了工程施工的重點和難點，提出在隧道施工前，利用超前預(yù)測及應(yīng)力監(jiān)控技術(shù)，對支護形式及參數(shù)實施調(diào)整，從而完成對初支的非對稱支護，并介紹了該處置技術(shù)的適用范圍、工藝原理、技術(shù)特點和施工工藝要點。

關(guān)鍵詞 公路隧道項目；大變形；綜合處置技術(shù)

中圖分類號 U455.7 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）15-0117-03

0 引言

近年來，隨著科技水平的不斷提升，公路隧道施工技術(shù)愈加完善，有效推動了隧道工程建設(shè)的發(fā)展。但由于隧道施工環(huán)境復(fù)雜、不良地質(zhì)條件較多，施工中極易遭遇軟巖地質(zhì)狀況，引發(fā)圍巖大變形問題，給項目建設(shè)帶來較大困難。加之當前針對圍巖大變形的預(yù)測相對落后，相關(guān)技術(shù)參數(shù)獲取困難，進一步加大圍巖大變形處置難度，嚴重制約隧道工程建設(shè)發(fā)展。為此，該文依托實際工程案例，提出采用初支應(yīng)力、變形監(jiān)測及綜合地質(zhì)預(yù)報監(jiān)測手段，構(gòu)建全方位預(yù)報系統(tǒng)，實現(xiàn)對圍巖大變形、開挖過程的動態(tài)模擬與評估，從而完成局部非對稱支護，有效控制圍巖變形[1]。

1 工程概況

某隧道項目局部路段埋置深度超過200 m，為典型的深埋圍巖，隧道開挖階段極易產(chǎn)生圍巖大變形，為確保該路段施工安全，對該區(qū)段實施大變形控制措施。該區(qū)段設(shè)計為Ⅳ級巖層標準，巖層分布主要為泥質(zhì)砂巖，薄層狀結(jié)構(gòu)。洞頂部位易產(chǎn)生沿層面發(fā)育的裂隙，引發(fā)洞體坍塌，設(shè)計、施工時應(yīng)重視支護問題。

2 工程重點及難點

該區(qū)段為高地應(yīng)力作用下的軟巖大變形。初期階段變形量較大，且變形速率較快。若處置不及時，極易導(dǎo)致圍巖大變形，引發(fā)隧道坍塌事故。該工程施工重點、難點如下：

（1）加強圍巖變形預(yù)測極為關(guān)鍵，但當前針對圍巖大變形的預(yù)測手段相對落后，相關(guān)技術(shù)參數(shù)獲取困難，且現(xiàn)行設(shè)計標準對于高地應(yīng)力作用下軟巖大變形未作明確規(guī)定，相關(guān)研究成果存在較多局限性，僅針對特定隧道工程，參考價值較低。

（2）此隧道工程右半幅ZK99+620 區(qū)段為豐水區(qū)，受高地應(yīng)力影響，巖體較為破碎，支護難度較大，變形控制更加困難。

（3）此隧道工期緊、任務(wù)重，但由于圍巖穩(wěn)定性較差，支護作業(yè)工程量較大，工序復(fù)雜，無法保證工期目標。

（4）結(jié)合以往軟巖大變形隧道工程實踐經(jīng)驗，應(yīng)加強圍巖變形監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)合理確定支護形式、技術(shù)參數(shù)等，并對支護方案實施優(yōu)化，以有效保證支護效果。

3 適用范圍及工藝原理

該隧道工程施工采取初支監(jiān)測、單側(cè)支護加固方案，其初支監(jiān)測布置如圖1 所示。此技術(shù)為隧道工程專用監(jiān)測技術(shù)，常用于巖體破碎、地下水豐富及高地應(yīng)力作用區(qū)域地質(zhì)超前預(yù)測及大變形控制，完成對圍巖的局部補強加固。

該技術(shù)的主要任務(wù)為地質(zhì)分析和動態(tài)監(jiān)測，包括“ 初支應(yīng)力變形監(jiān)測” 與“ 地質(zhì)物探分析，洞內(nèi)外結(jié)合、長短預(yù)測結(jié)合，物性參數(shù)互補” 兩項監(jiān)控要點，通過監(jiān)測結(jié)果分析，對支護體系相關(guān)技術(shù)參數(shù)實施優(yōu)化和調(diào)整[2]，并根據(jù)大變形監(jiān)測信息，準確確定大變形位置，從而采取科學(xué)有效的局部非對稱性支護加固措施，有效控制變形發(fā)展。采取局部強、弱支護加固措施，相較于全斷面強支護方式，顯著降低支護成本，加快施工進度。

4 施工工藝及操作要點

4.1 工程地質(zhì)調(diào)查

實施隧道地質(zhì)調(diào)查，詳細掌握隧道實際地質(zhì)狀況，并對圍巖穩(wěn)定性實施評估，確定超前地質(zhì)預(yù)報的主要區(qū)段，同時全面收集、整理隧道開挖區(qū)域地質(zhì)信息，充分了解地質(zhì)變化情況，特殊狀況下可通過工程測繪技術(shù)輔助完成信息采集，提高地質(zhì)勘查準確性[3]。

4.2 綜合地質(zhì)預(yù)報

地質(zhì)雷達：隧道開挖掘進過程中，采用地質(zhì)雷達對開挖面實施探測，其探測范圍控制在開挖面前方15～30 m，充分了解隧道地質(zhì)狀況。

超前鉆探：選用全液壓鉆探鉆機實施超前鉆探，完全能夠滿足該隧道地質(zhì)勘探工作。為全面了解鉆孔前方巖體內(nèi)部瓦斯分布狀況，鉆孔成型后，對其前方巖體瓦斯壓力、涌出量及衰減情況實施檢測[4-5]。

4.3 初支應(yīng)力與變形監(jiān)測

（1）鋼拱架應(yīng)力監(jiān)測：初期支護鋼拱架應(yīng)力監(jiān)測主要針對Ⅳ級、Ⅴ級巖體，根據(jù)初期支護實際情況，每間隔200～500 m 布置監(jiān)測斷面，各斷面布設(shè)3 個監(jiān)測點。

（2）圍巖壓力監(jiān)測：在圍巖結(jié)構(gòu)、支護體系、二次襯砌之間布設(shè)壓力傳感器，以有效監(jiān)測圍巖壓力變化情況。在各監(jiān)測斷面預(yù)埋8 個監(jiān)測盒，其中拱頂位置1 個、左右拱腳、邊墻位置各1 個，拱腳至拱頂區(qū)域布置3 個。

（3）錨桿軸力監(jiān)測：錨桿軸力監(jiān)測設(shè)備包括應(yīng)力傳感器及頻率檢測儀，其中應(yīng)力傳感器主要由多個鋼筋應(yīng)力計連接而成，用以監(jiān)測初始應(yīng)力及二次應(yīng)力變化情況，監(jiān)測設(shè)備布置形式如圖2 所示。

（4）初支、二襯內(nèi)應(yīng)力監(jiān)測：噴射混凝土應(yīng)力監(jiān)測點與位移監(jiān)測點布設(shè)于同一斷面處，在拱頂、拱腰、側(cè)壁位置預(yù)埋5 個應(yīng)變計。巖體初噴完成后，在其表面埋設(shè)應(yīng)變片，并通過復(fù)噴覆蓋應(yīng)變片，當混凝土處于初凝狀態(tài)時，讀取應(yīng)力數(shù)據(jù)[6]。

4.4 初支狀態(tài)綜合判析

對以上各種監(jiān)測數(shù)據(jù)實施整理、對比及評估，從而得到有效的預(yù)測結(jié)果，制定針對性處置措施，并開展后續(xù)方案設(shè)計。

4.5 大變形處治

針對隧道圍巖穩(wěn)定性較差的不良地質(zhì)區(qū)段，鋼拱架是初支體系最重要的受力構(gòu)件，具有較強的承載能力。初支應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果顯示，隧道局部區(qū)域鋼拱架拱腳部位應(yīng)力較大。鑒于此種狀況，通過增設(shè)鎖腳錨桿或二次噴射混凝土等方式，對拱腳部位實施支護補強[7]。待補強加固完成后，及時施作仰拱，封閉成環(huán)。

4.6 預(yù)報與監(jiān)測驗證

預(yù)報與監(jiān)測驗證基本流程：預(yù)報→ 驗證→ 總結(jié)→再預(yù)報→ 再驗證→ 再總結(jié)。實際工作中，要嚴格按照該流程循環(huán)往復(fù)進行，并安排專人負責(zé)對開挖面地質(zhì)狀況實施跟蹤監(jiān)測與編錄，具體編錄時應(yīng)在爆破施工完成后實施，分別記錄預(yù)測地質(zhì)狀況及開挖后的實際地質(zhì)狀況，并實施對比分析，根據(jù)分析結(jié)果對預(yù)報工作實施優(yōu)化，逐步提升預(yù)報準確性[8]。

4.7 質(zhì)量安全保障措施

（1）嚴格控制原材料質(zhì)量，科學(xué)做好市場調(diào)研工作，盡可能地選擇信譽度好、實力強、質(zhì)量有保障的材料供貨商，并建立長期合作關(guān)系。原材料進場時，應(yīng)全面檢查產(chǎn)品合格證、試驗檢測報告等質(zhì)量證明文件，并對其規(guī)格、型號、數(shù)量、性能進行詳細檢查，確保滿足設(shè)計要求，同時應(yīng)嚴格按照試驗檢測標準進行抽樣檢測，檢測合格后方準予進場，從根本上保證工程建設(shè)質(zhì)量[9]。

（2）建立科學(xué)完善的質(zhì)量管控體系，根據(jù)工程實際情況，配備滿足工程實際需求的管理人員，科學(xué)分工，明確崗位職責(zé)，增強質(zhì)量意識。質(zhì)檢人員作為工程質(zhì)量控制的主導(dǎo)者，應(yīng)強化施工過程控制，加大現(xiàn)場巡視、檢查力度，及時發(fā)現(xiàn)并糾正違規(guī)作業(yè)行為；對于項目建設(shè)的重點工序、重要部位，應(yīng)進行現(xiàn)場監(jiān)督指導(dǎo)，保證施工質(zhì)量滿足標準要求。

（3）為有效確保施工安全管控效果，施工企業(yè)應(yīng)根據(jù)項目規(guī)模及風(fēng)險等級合理配備安全管理人員，合理分配崗位職責(zé)，確保安全管理工作覆蓋項目建設(shè)的各個環(huán)節(jié)，保證施工安全。建立施工安全管理小組，加強日常安全巡查，針對施工中存在的不安全行為進行嚴格處罰，同時安排經(jīng)驗豐富、認真負責(zé)的專職安全人員負責(zé)現(xiàn)場安全監(jiān)管，全面降低施工安全風(fēng)險。

（4）加強安全教育培訓(xùn)。當前，大部分施工管理人員普遍存在綜合素質(zhì)低下、安全意識不足的現(xiàn)狀，甚至有些安全管理人員毫無管理經(jīng)驗，實際管理工作中無法有效識別安全風(fēng)險，嚴重降低安全管理效果。因此，應(yīng)科學(xué)加強安全教育培訓(xùn)工作，全面提升專業(yè)知識及管理水平，保證各項安全管理體制得以有效執(zhí)行[10]。

5 技術(shù)特點

（1）通過綜合地質(zhì)預(yù)報及初支應(yīng)力與變形監(jiān)測，采取局部強、弱支護聯(lián)合加固措施，相較于全斷面強支護方式，顯著降低支護成本，加快施工進度。

（2）采用該技術(shù)構(gòu)建全方位預(yù)報系統(tǒng)，能有效實現(xiàn)洞內(nèi)外結(jié)合、長短預(yù)測結(jié)合及物性參數(shù)互補，有效提高探測準確性。

（3）通過初支應(yīng)力與變形監(jiān)測，能更加全面地了解圍巖結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，確定更加合理的支護方案。

（4）通過超前模擬分析和評估，可對支護體系結(jié)構(gòu)形式與技術(shù)參數(shù)實施優(yōu)化，提高預(yù)報準確性，保證施工質(zhì)量。

（5）采用“ 預(yù)報+ 驗證” 手段科學(xué)判定預(yù)報等級。相較于傳統(tǒng)計劃預(yù)報方式，該預(yù)報方式效果更加顯著。

6 效益分析

（1）技術(shù)效益：該技術(shù)建立的“ 初支應(yīng)力變形監(jiān)測”及“ 綜合地質(zhì)預(yù)報” 體系，采用“ 預(yù)報+ 驗證” 手段科學(xué)判定預(yù)報等級，通過初支應(yīng)力與變形監(jiān)測，能更加全面地了解圍巖結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，提高預(yù)報準確性，保證施工質(zhì)量。

（2）經(jīng)濟效益：盡管該技術(shù)在初支監(jiān)測環(huán)節(jié)成本較高，且耗時較長，但后續(xù)支護節(jié)省大量材料及人工成本，通過綜合地質(zhì)預(yù)報及初支應(yīng)力與變形監(jiān)測，采取局部強、弱支護聯(lián)合加固措施，相較于全斷面強支護方式，顯著降低支護成本。

（3）社會效益：該技術(shù)有效解決了高應(yīng)力條件下，軟弱巖層隧道開挖過程中存在的大變形監(jiān)控和支護難題，有效防止了大變形問題產(chǎn)生，顯著降低施工安全風(fēng)險，節(jié)約施工成本，在隧道建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

7 應(yīng)用實例

某高速公路隧道工程， 分左右兩幅布置， 沿線地層分布為須家河組地層，主要地質(zhì)為泥質(zhì)砂巖，部分區(qū)域存在煤線層，色澤為灰黑色，存在形成瓦斯的能力， 屬低瓦斯隧道。其中ZK95+572～ZK95+605、K95+405～K95+476 區(qū)段為地質(zhì)不良區(qū)段，2021 年8 月15 日—2021 年8 月27 日，左、右幅隧道施工至ZK95+572～ZK95+605、K95+405～K95+476 區(qū)段時，10 組監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，分別為ZK96+575、ZK96+585、ZK96+595、ZK95+605、K95+415、K95+425、K95+435、K95+455、K95+465、K95+475； 左、右幅隧道水平收斂分別為58.68 mm 和62.56 mm。

該隧道項目采用上述技術(shù)，建立“ 初支應(yīng)力變形監(jiān)測” 及“ 綜合地質(zhì)預(yù)報” 體系，采用“ 預(yù)報+ 驗證” 手段科學(xué)判定預(yù)報等級，通過對初支應(yīng)力及變形實施監(jiān)測，有效提高了檢測結(jié)果準確性；利用監(jiān)測數(shù)據(jù)超前模擬分析和評估，對支護體系結(jié)構(gòu)形式與技術(shù)參數(shù)實施優(yōu)化，提高了預(yù)報準確性，保證了施工質(zhì)量。

8 結(jié)論

綜上所述，該文結(jié)合某公路隧道項目施工實踐，系統(tǒng)分析了隧道圍巖大變形綜合處置技術(shù)，并總結(jié)了施工技術(shù)要點。具體結(jié)論如下：

（1）該技術(shù)建立的“ 初支應(yīng)力變形監(jiān)測” 及“ 綜合地質(zhì)預(yù)報” 體系，采用“ 預(yù)報+ 驗證” 手段科學(xué)判定預(yù)報等級，通過初支應(yīng)力與變形監(jiān)測，對支護形式及參數(shù)實施調(diào)整，從而完成對初支的非對稱支護。

（2）隧道圍巖大變形局部支護加固技術(shù)，根據(jù)大變形監(jiān)測信息，準確確定大變形位置，從而采取科學(xué)有效的局部非對稱性支護加固措施，有效控制大變形發(fā)展，降低施工安全風(fēng)險，節(jié)約施工成本，具有顯著的經(jīng)濟、技術(shù)及社會效益。參考文獻

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