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淺析富水、偏壓、軟弱地層隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)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(shí)踐，詳細(xì)闡述了對(duì)富水、偏壓、軟弱圍巖隧道進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)控量測(cè)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)
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(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)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(jì)是建立在若干假定條件下進(jìn)行的，是預(yù)設(shè)計(jì)。通過將現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)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(shí)現(xiàn)隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)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(shí)踐的過程，對(duì)富水、偏壓、軟弱圍巖地段隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(duì)較大，沿線丘頂渾圓、條帶狀，斜坡坡度較緩。該隧道圍巖級(jí)別為m。W，V級(jí)，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(cè)設(shè)計(jì)及方法
1濫測(cè)項(xiàng)目
根據(jù)項(xiàng)目合同要求，葫蘆丘隧道施工監(jiān)控量測(cè)的必測(cè)項(xiàng)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(cè)地質(zhì)和支護(hù)情況，看巖石是否松動(dòng)、噴層是否開裂、錨桿是否松動(dòng)等，并做好觀察記錄。
�。�2）拱頂沉降。每10—SOm設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，并與地表沉降監(jiān)測(cè)斷面重合。每一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面在隧道拱頂設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，左線共149個(gè)量測(cè)斷面，149個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；右線共124個(gè)量測(cè)斷面，124個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。
�。�3）周邊收斂。量測(cè)斷面布置同拱頂沉降量測(cè)，并與拱頂量測(cè)斷面重合。每一個(gè)量測(cè)斷面布置2對(duì)測(cè)線，分別布置在設(shè)計(jì)路面標(biāo)高以上1。7m和3。2m處，左線共149個(gè)量測(cè)斷面，5%個(gè)收斂埋設(shè)點(diǎn)；右線共124個(gè)量測(cè)斷面，4%個(gè)收斂埋設(shè)點(diǎn)。
�。�4）地表沉降。地表下沉監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(cè)量，一般從工作面前方2B（B為隧道寬度）處開始測(cè)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(cè)量基點(diǎn)應(yīng)布置在施工沉降影響之外，不應(yīng)少于兩個(gè)且進(jìn)行聯(lián)測(cè)，通視良好的地方。每5—SOm設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每斷面至少7個(gè)測(cè)點(diǎn)。左右線共設(shè)24個(gè)斷面。
2、監(jiān)控量測(cè)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(jì)量測(cè)頻率，結(jié)合本隧道的特點(diǎn)，監(jiān)控量測(cè)頻率將根據(jù)施工情況、變形速率等現(xiàn)場(chǎng)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(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)繪制各類數(shù)據(jù)的時(shí)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(shí)間，并不斷調(diào)整支護(hù)參數(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)
隧道進(jìn)洞時(shí)恰逢雨季，滲水嚴(yán)重。右洞上臺(tái)階掘進(jìn)施工至YK231+470，監(jiān)控組在所埋設(shè)監(jiān)控?cái)嗝鎅K231+500處測(cè)得收斂值增大，且有繼續(xù)發(fā)展擴(kuò)大趨勢(shì)。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(shí)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(cè)人員采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行如下修改：停止上臺(tái)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(shí)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(duì)下臺(tái)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(shí)間上先后錯(cuò)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(shí)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(zhǎng)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(duì)所監(jiān)控?cái)嗝孢M(jìn)行量測(cè)，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(shí)、加固方案得當(dāng)，變形得到有效的控制。
四、結(jié)語
通過對(duì)開挖掌子面的地質(zhì)觀察，以及對(duì)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(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的基本參照。選擇合理的監(jiān)控量測(cè)方法和進(jìn)行監(jiān)控設(shè)計(jì)，取得較為全面的數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)分析，是動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)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(cè)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，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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