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淺析富水、偏壓、軟弱地層隧道動態(tài)設(shè)計實踐的工學(xué)論文
論文摘要：本文結(jié)合浦南高速公路葫蘆丘隧道出口富水、偏壓、軟弱圍巖地段施工實踐，詳細(xì)闡述了對富水、偏壓、軟弱圍巖隧道進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)控量測和動態(tài)設(shè)計是確保隧道施工安全和結(jié)構(gòu)安全的有效手段。
論文關(guān)鍵詞：隧道施工安全動態(tài)設(shè)計
一、概述
富水、偏壓、軟弱圍巖地段隧道處于千變?nèi)f化的巖體中，所受外力不明確，至今國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界對外荷體系的分布和量值仍處于研究階段，這決定了隧道與地下工程設(shè)計是建立在若干假定條件下進(jìn)行的，是預(yù)設(shè)計。通過將現(xiàn)場量測獲得的有關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)理和力學(xué)分析，來判斷圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及工作狀態(tài)，從而選擇和修正支護(hù)參數(shù)實現(xiàn)隧道動態(tài)設(shè)計是確保隧道施工安全和結(jié)構(gòu)安全的根本。本文結(jié)合參與浦南高速公路葫蘆丘隧道工程實踐的過程，對富水、偏壓、軟弱圍巖地段隧道動態(tài)設(shè)計作一些探討。
浦南高速公路葫蘆丘隧道位于南平東北約10Km處，隧道里程YK228+458。O}YK231+547。0，全長3084米。工程沿線地貌屬閩北低山丘陵地形，基本類型為低山丘陵地貌、沖洪積溝谷，海拔最高458。0m，最低85。6m。地形起伏相對較大，沿線丘頂渾圓、條帶狀，斜坡坡度較緩。該隧道圍巖級別為m。W，V級，主要以N，V圍巖為主。隧道進(jìn)、出口段圍巖較差、上部覆蓋層薄，地質(zhì)為殘坡積土層及強(qiáng)風(fēng)化云母石英片巖，地下水豐富，圍巖自穩(wěn)性差。易發(fā)生坍塌且有偏壓現(xiàn)象。
二、施工監(jiān)測設(shè)計及方法
1濫測項目
根據(jù)項目合同要求，葫蘆丘隧道施工監(jiān)控量測的必測項目為：地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察；拱頂下沉；周邊收斂；地表沉陷。
�。�1）地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察。觀測地質(zhì)和支護(hù)情況，看巖石是否松動、噴層是否開裂、錨桿是否松動等，并做好觀察記錄。
�。�2）拱頂沉降。每10—SOm設(shè)置一個監(jiān)測斷面，并與地表沉降監(jiān)測斷面重合。每一個監(jiān)測斷面在隧道拱頂設(shè)置一個監(jiān)測點，左線共149個量測斷面，149個監(jiān)測點；右線共124個量測斷面，124個監(jiān)測點。
�。�3）周邊收斂。量測斷面布置同拱頂沉降量測，并與拱頂量測斷面重合。每一個量測斷面布置2對測線，分別布置在設(shè)計路面標(biāo)高以上1。7m和3。2m處，左線共149個量測斷面，5%個收斂埋設(shè)點；右線共124個量測斷面，4%個收斂埋設(shè)點。
�。�4）地表沉降。地表下沉監(jiān)測點布置根據(jù)隧道埋深和距隧道中線間距而定，用水準(zhǔn)儀測量，一般從工作面前方2B（B為隧道寬度）處開始測量，若最大下沉量超過規(guī)定，馬上發(fā)出預(yù)警并采取措施。測量基點應(yīng)布置在施工沉降影響之外，不應(yīng)少于兩個且進(jìn)行聯(lián)測，通視良好的地方。每5—SOm設(shè)置一個監(jiān)測斷面，每斷面至少7個測點。左右線共設(shè)24個斷面。
2、監(jiān)控量測頻率
根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（川042—94）的要求設(shè)計量測頻率，結(jié)合本隧道的特點，監(jiān)控量測頻率將根據(jù)施工情況、變形速率等現(xiàn)場情況予以調(diào)整（見下表）。
3、數(shù)據(jù)采集整理與收斂判斷
根據(jù)上述制定的頻率采集各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時繪制各類數(shù)據(jù)的時態(tài)曲線和空間曲線，分析各種曲線所包含的意義，從中獲取圍巖穩(wěn)定情況，確定開挖進(jìn)度和二次襯砌的施工時間，并不斷調(diào)整支護(hù)參數(shù)、優(yōu)化設(shè)計，保證施工安全。
判斷隧道圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定的條件為：①隧道周邊位移速度明顯下降；②水平收斂（拱腳邊墻中部）速度（0。2mm/d；③拱頂或底板垂直位移速率）0。lmm/d；④施作二次襯砌前的位移值已達(dá)總位移的90%以上；⑤初期支護(hù)表面裂縫不再繼續(xù)發(fā)展。
三、量測數(shù)據(jù)的應(yīng)用及動態(tài)設(shè)計
隧道進(jìn)洞時恰逢雨季，滲水嚴(yán)重。右洞上臺階掘進(jìn)施工至YK231+470，監(jiān)控組在所埋設(shè)監(jiān)控斷面YK231+500處測得收斂值增大，且有繼續(xù)發(fā)展擴(kuò)大趨勢。2006年3月24日，YK231+500處圍巖變化出現(xiàn)異常情況；25日，在隧道右洞觀察發(fā)現(xiàn)，在右側(cè)壁YK231+503。S，YK231+502。1，YK231+499，左側(cè)壁YK231+504。54，YK231+503。97出現(xiàn)裂縫。隨著時間的推移，圍巖支護(hù)仍多處出現(xiàn)裂縫，其中最為突出的裂縫在YK231+474處最大，為15mm。根據(jù)監(jiān)控量測人員采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對設(shè)計進(jìn)行如下修改：停止上臺階掘進(jìn)，在YK231+485—YK231+470段先采用U型鋼進(jìn)行橫向支撐加固并用。25的鋼筋（間距l(xiāng)m）縱向連接形成整體，在上半斷面形成閉合并增加U型鋼拱架的剛度，防止因側(cè)壓力過大導(dǎo)致初支U型鋼變形而遭到破壞，增強(qiáng)初支抵抗變形的能力；然后在每棍鋼拱架的拱腳處打人兩根X48的鋼管（Ir4m），向下與水平呈300�！�45。夾角，注漿作鎖腳錨桿，并與原有鋼拱架焊接牢固，以加強(qiáng)原有鋼拱架的受力，尤其加強(qiáng)仰拱閉合施工時上部初支的受力，阻止上部初支變形的進(jìn)一步變化；待加固處理結(jié)束后，立即轉(zhuǎn)人對下臺階及仰拱的施工直至距已開挖掌子面約5—10米處，采取的方法是在左右兩側(cè)落底，在時間上先后錯開進(jìn)行，每次落底不超過3棍拱架；在兩側(cè)落底完成后，開挖施做仰拱初支，形成初支閉合環(huán)，并及時進(jìn)行仰拱和回填的施工，進(jìn)一步增強(qiáng)初支的穩(wěn)定；在以上加固措施到位的前提下，完成落底，形成閉合環(huán)。待仰拱閉合后進(jìn)行環(huán)向小導(dǎo)管注漿加固，小導(dǎo)管采用X48的鋼管，長L=4m，間距l(xiāng)m，壓注水泥凈漿，水灰比0。5；1，注漿壓力0。5—1。OMpa，達(dá)到注漿壓力并持續(xù)巧分鐘后停止注漿；第一批小導(dǎo)管間隔打人、注漿，然后按間距l(xiāng)m補(bǔ)打剩余小導(dǎo)管注漿。
按上述處理后繼續(xù)對所監(jiān)控斷面進(jìn)行量測，結(jié)果表明：至5月3日左右，洞至開挖掌子面段圍巖變形已基本趨于穩(wěn)定，收斂及下沉緩慢下來。說明措施及時、加固方案得當(dāng)，變形得到有效的控制。
四、結(jié)語
通過對開挖掌子面的地質(zhì)觀察，以及對已經(jīng)施工的隧道初期支護(hù)的穩(wěn)定性能判別，是隧道動態(tài)設(shè)計的基本參照。選擇合理的監(jiān)控量測方法和進(jìn)行監(jiān)控設(shè)計，取得較為全面的數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)科學(xué)分析，是動態(tài)設(shè)計選擇較為合理參數(shù)的依據(jù)。進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)控量測和動態(tài)設(shè)計，是確保隧道施工安全和結(jié)構(gòu)安全的有效手段。
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