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淺析富水、偏壓、軟弱地層隧道動態(tài)設計實踐的工學論文
論文摘要：本文結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，詳細闡述了對富水、偏壓、軟弱圍巖隧道進行連續(xù)的監(jiān)控量測和動態(tài)設計是確保隧道施工安全和結構安全的有效手段。
論文關鍵詞：隧道施工安全動態(tài)設計
一、概述
富水、偏壓、軟弱圍巖地段隧道處于千變萬化的巖體中，所受外力不明確，至今國內外學術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計是建立在若干假定條件下進行的，是預設計。通過將現場量測獲得的有關數據經過數理和力學分析，來判斷圍巖和支護結構的穩(wěn)定性及工作狀態(tài)，從而選擇和修正支護參數實現隧道動態(tài)設計是確保隧道施工安全和結構安全的根本。本文結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、出口段圍巖較差、上部覆蓋層薄，地質為殘坡積土層及強風化云母石英片巖，地下水豐富，圍巖自穩(wěn)性差。易發(fā)生坍塌且有偏壓現象。
二、施工監(jiān)測設計及方法
1濫測項目
根據項目合同要求，葫蘆丘隧道施工監(jiān)控量測的必測項目為：地質和支護狀況觀察；拱頂下沉；周邊收斂；地表沉陷。
（1）地質和支護狀況觀察。觀測地質和支護情況，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，分別布置在設計路面標高以上1。7m和3。2m處，左線共149個量測斷面，5%個收斂埋設點；右線共124個量測斷面，4%個收斂埋設點。
�。�4）地表沉降。地表下沉監(jiān)測點布置根據隧道埋深和距隧道中線間距而定，用水準儀測量，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)出預警并采取措施。測量基點應布置在施工沉降影響之外，不應少于兩個且進行聯測，通視良好的地方。每5—SOm設置一個監(jiān)測斷面，每斷面至少7個測點。左右線共設24個斷面。
2、監(jiān)控量測頻率
根據《公路隧道施工技術規(guī)范》（川042—94）的要求設計量測頻率，結合本隧道的特點，監(jiān)控量測頻率將根據施工情況、變形速率等現場情況予以調整（見下表）。
3、數據采集整理與收斂判斷
根據上述制定的頻率采集各類監(jiān)測數據，及時繪制各類數據的時態(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，確定開挖進度和二次襯砌的施工時間，并不斷調整支護參數、優(yōu)化設計，保證施工安全。
判斷隧道圍巖和初期支護變形基本穩(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總位移的90%以上；⑤初期支護表面裂縫不再繼續(xù)發(fā)展。
三、量測數據的應用及動態(tài)設計
隧道進洞時恰逢雨季，滲水嚴重。右洞上臺階掘進施工至YK231+470，監(jiān)控組在所埋設監(jiān)控斷面YK231+500處測得收斂值增大，且有繼續(xù)發(fā)展擴大趨勢。2006年3月24日，YK231+500處圍巖變化出現異常情況；25日，在隧道右洞觀察發(fā)現，在右側壁YK231+503。S，YK231+502。1，YK231+499，左側壁YK231+504。54，YK231+503。97出現裂縫。隨著時間的推移，圍巖支護仍多處出現裂縫，其中最為突出的裂縫在YK231+474處最大，為15mm。根據監(jiān)控量測人員采集的數據進行分析，對設計進行如下修改：停止上臺階掘進，在YK231+485—YK231+470段先采用U型鋼進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，防止因側壓力過大導致初支U型鋼變形而遭到破壞，增強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，以加強原有鋼拱架的受力，尤其加強仰拱閉合施工時上部初支的受力，阻止上部初支變形的進一步變化；待加固處理結束后，立即轉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落底，在時間上先后錯開進行，每次落底不超過3棍拱架；在兩側落底完成后，開挖施做仰拱初支，形成初支閉合環(huán)，并及時進行仰拱和回填的施工，進一步增強初支的穩(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)。待仰拱閉合后進行環(huán)向小導管注漿加固，小導管采用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，達到注漿壓力并持續(xù)巧分鐘后停止注漿；第一批小導管間隔打人、注漿，然后按間距l(xiāng)m補打剩余小導管注漿。
按上述處理后繼續(xù)對所監(jiān)控斷面進行量測，結果表明：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，變形得到有效的控制。
四、結語
通過對開挖掌子面的地質觀察，以及對已經施工的隧道初期支護的穩(wěn)定性能判別，是隧道動態(tài)設計的基本參照。選擇合理的監(jiān)控量測方法和進行監(jiān)控設計，取得較為全面的數據，通過對數據科學分析，是動態(tài)設計選擇較為合理參數的依據。進行連續(xù)的監(jiān)控量測和動態(tài)設計，是確保隧道施工安全和結構安全的有效手段。
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