中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
摘 要：本文介紹了半坡隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目和方法，分析了典型斷面施工中的圍巖穩(wěn)定性，判斷圍巖穩(wěn)定程度和支護(hù)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，對(duì)圍巖變形和應(yīng)力的分布特征進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：監(jiān)控量測(cè) 圍巖 穩(wěn)定
一、工程概況
半坡隧道位于貴州省黔南州，為一座上、下行分離的四車道高速公路中隧道，左線長(zhǎng)950m，右線長(zhǎng)960m，最大埋深約150m。隧道地處貴州高原南部中低山峰叢，穿越泥盆系石英砂巖夾泥巖和白云巖、灰?guī)r互層；節(jié)理裂隙發(fā)育，有多條斷裂線，地下水豐富，軟質(zhì)巖遇水后易軟化，因而圍巖穩(wěn)定性差。其巖性主要為：亞粘土、碎石土、強(qiáng)風(fēng)化白云巖、弱風(fēng)化頁(yè)巖、砂巖及泥質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r；弱風(fēng)化白云巖、泥灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎～極破碎，圍巖自身穩(wěn)定性差。
二、量測(cè)項(xiàng)目
監(jiān)控量測(cè)可以及時(shí)提供地下結(jié)構(gòu)的變形和受力情況等信息，判斷施工工藝的可行性、設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性，提出更加恰當(dāng)?shù)氖┕し椒ê秃侠淼闹ёo(hù)措施，實(shí)現(xiàn)隧道信息化動(dòng)態(tài)施工控制，達(dá)到既能安全快速施工，又能節(jié)省工程造價(jià)的目的。根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合半坡隧道施工的實(shí)際工程情況，開(kāi)展了以下的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)工作：
必測(cè)項(xiàng)目：（1）地質(zhì)和支護(hù)觀察、（2）周邊收斂量測(cè)、（3）拱頂下沉量測(cè)、（4）錨桿內(nèi)力量測(cè)。必測(cè)項(xiàng)目量測(cè)方法簡(jiǎn)單，量測(cè)密度大，量測(cè)信息直觀可靠，貫穿在整個(gè)施工過(guò)程中。
選測(cè)項(xiàng)目：（1）地表下沉量測(cè)、（2）圍巖內(nèi)部位移量測(cè)、（3）圍巖與噴射混凝土間接觸壓力量測(cè)、（4）噴射混凝土與二次襯砌間接觸壓力量測(cè)、（5）噴射混凝土內(nèi)應(yīng)力量測(cè)、（6）二次襯砌內(nèi)應(yīng)力量測(cè)、（7）鋼支撐內(nèi)力量測(cè)。埋設(shè)選測(cè)項(xiàng)目斷面遵循的原則是①地質(zhì)惡劣，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎；②圍巖類別漸變；③隧道埋深較淺；④偏壓嚴(yán)重；⑤斷層破碎帶；⑥施工方案變更時(shí)所處斷面。以便更深入地掌握圍巖穩(wěn)定狀態(tài)與支護(hù)效果，對(duì)支護(hù)措施有效監(jiān)控，作出安全性評(píng)價(jià)，指導(dǎo)施工。
三、數(shù)據(jù)采集和分析
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)人員按規(guī)范和監(jiān)控量測(cè)大綱規(guī)定的頻率堅(jiān)持每天到洞內(nèi)采集數(shù)據(jù)和進(jìn)行地質(zhì)跟蹤調(diào)查，如發(fā)現(xiàn)量測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化或圍巖地質(zhì)情況變差，則及時(shí)分析引起變化的原因并通知有關(guān)各方，使問(wèn)題得到及時(shí)處理，同時(shí)量測(cè)頻率在規(guī)范規(guī)定的基礎(chǔ)上增加。
隧道圍巖監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)所生成的時(shí)間空間效應(yīng)曲線和深孔量測(cè)項(xiàng)目圍巖內(nèi)部分布圖，在一張圖紙上綜合反映了量測(cè)斷面樁號(hào)、量測(cè)斷面隧道埋深、施工方法、工程進(jìn)度、測(cè)點(diǎn)位置等信息，能夠全面地分析隨著時(shí)間的推移和掌子面的向前推進(jìn)，量測(cè)斷面的圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的大小和發(fā)展趨勢(shì)，準(zhǔn)確判斷圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，圍巖內(nèi)部的松動(dòng)范圍，對(duì)每一個(gè)斷面的各量測(cè)項(xiàng)目分別進(jìn)行分析，判斷變形和應(yīng)力是已趨于穩(wěn)定或是有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)，給出一個(gè)明確的判斷，對(duì)隧道施工起到了積極的指導(dǎo)作用。
四、斷面圍巖穩(wěn)定性分析
ZK234+365斷面位于半坡隧道貴陽(yáng)端涌水處治地段，該段裂隙水很大，呈股狀、線狀的涌水點(diǎn)達(dá)十多處，采用局部注漿堵水、排堵結(jié)合。斷面巖性為灰色、褐黃色薄~中層狀含砂泥質(zhì)板巖，巖石板理發(fā)育，巖石質(zhì)軟，破碎，局部為褐灰色粘土層，粘土固結(jié)差、松散，斷面巖石自穩(wěn)能力極差，易掉塊或坍塌。
施工采用上下導(dǎo)坑法開(kāi)挖，其中上導(dǎo)坑預(yù)留核心土開(kāi)挖。主要支護(hù)參數(shù)如為：1、初期支護(hù)：（1）C20噴射混凝土厚26cm。（2）20b工字鋼鋼拱架，間距60cm。（3）D25中空注漿錨桿，L=300cm，間距60cm（縱）x100cm（環(huán)），按梅花形布置。（4）φ8雙層鋼筋網(wǎng)，間距20cmx20cm。2、二次襯砌：C25鋼筋混凝土砼厚團(tuán)50cm。地表采用水泥?-水玻璃注漿加固，洞內(nèi)輔助施工措施采用超前小導(dǎo)管。
地表下沉：其變化曲線呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，從時(shí)間空間變化曲線進(jìn)行分析，總體上分三個(gè)階段（1）緩慢增長(zhǎng)階段，從洞內(nèi)開(kāi)挖逐步靠近本量測(cè)斷面開(kāi)始，直到開(kāi)挖面距離本量測(cè)斷面為5m，平均變形速率在0.061~0.194mm/d之間；（2）快速增長(zhǎng)階段，從開(kāi)挖面距離本量測(cè)斷面5m開(kāi)始，直到開(kāi)挖面離開(kāi)本量測(cè)斷面10m，平均變形速率在0.925~4.93mm/d之間，該階段下沉完成總下沉量的85%以上；（3）緩慢增長(zhǎng)---逐漸趨穩(wěn)階段，為開(kāi)挖面離開(kāi)本量測(cè)斷面10m以后，平均變形速率在0.15~0.35mm/d之間之間。5個(gè)測(cè)點(diǎn)的地表下沉穩(wěn)定值分別為：44mm、60mm、64mm、37mm、16mm，呈現(xiàn)出明顯的左側(cè)下沉大、右側(cè)下沉小的狀態(tài)，與本地段偏壓的狀態(tài)吻合。
拱頂下沉：本斷面的拱頂下沉波動(dòng)較大，三個(gè)測(cè)點(diǎn)的變化趨勢(shì)基本一致，測(cè)點(diǎn)埋設(shè)初期，在左側(cè)偏壓的作用下，拱頂下沉測(cè)點(diǎn)先向上移動(dòng)，三個(gè)測(cè)點(diǎn)的最大量測(cè)值分別為-2mm、-7mm、-9mm，上臺(tái)階開(kāi)挖面逐漸遠(yuǎn)離本斷面后，測(cè)點(diǎn)逐漸向下移動(dòng)，穩(wěn)定下沉值分別為6mm、2mm、-2mm，圍巖變形較小，處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。
周邊收斂：拱腰的周邊收斂逐漸增大，總體上分兩個(gè)階段，上臺(tái)階開(kāi)挖初期，拱腰的周邊收斂增加速度較快，后逐漸減緩，下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，拱腰的周邊收斂又短暫地有所增加，其穩(wěn)定收斂值為12.4mm，邊墻的的周邊收斂量測(cè)值很小。
接觸壓力：圍巖與噴射混凝土接觸壓力呈中間大兩側(cè)小地狀態(tài)，拱頂測(cè)點(diǎn)的接觸壓力最大，接觸壓力達(dá)到0.433Mpa，30天后則趨于穩(wěn)定，噴砼與二次襯砌接觸壓力很小，處于穩(wěn)定狀態(tài)。
內(nèi)部應(yīng)力：噴射混凝土內(nèi)部應(yīng)力呈現(xiàn)出左側(cè)受拉右側(cè)受壓的狀態(tài)，與本斷面左側(cè)埋深大右側(cè)埋深小，呈偏壓狀態(tài)吻合，真實(shí)地反映了的結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力狀態(tài)。其中右側(cè)拱腰的噴射混凝土內(nèi)部應(yīng)力較大，測(cè)點(diǎn)埋設(shè)初期增加較快，量測(cè)20天后受力趨于穩(wěn)定，其穩(wěn)定量測(cè)值為1.9Mpa，二次襯砌內(nèi)部應(yīng)力較小，量測(cè)值小于0.4Mpa。
鋼支撐內(nèi)力：拱頂測(cè)點(diǎn)的鋼支撐內(nèi)力最大，測(cè)點(diǎn)埋設(shè)后的變化很快，30天后拱頂測(cè)點(diǎn)的鋼支撐內(nèi)力已逐漸趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定量測(cè)值為21KN，其余測(cè)點(diǎn)的量測(cè)值很小。
圍巖內(nèi)部位移：本斷面的圍巖內(nèi)部位移較大，表明隧道施工開(kāi)挖對(duì)圍巖有所擾動(dòng)，其中左側(cè)拱腰圍巖壁面和圍巖內(nèi)部0.7m處的位移最大，量測(cè)值分別為10mm、8.5mm，均為向隧道內(nèi)空移動(dòng)，右側(cè)拱腰圍巖內(nèi)部2.1m處的位移最大，量測(cè)值為6mm，為向隧道外移動(dòng)，分析表明在偏壓的作用下，圍巖和隧道結(jié)構(gòu)有向右移動(dòng)的現(xiàn)象。
錨桿軸力：本斷面的錨桿軸力以受壓為主，基本上都呈現(xiàn)出往圍巖內(nèi)部軸力逐漸減小的狀態(tài)，穩(wěn)定量測(cè)值均小于8KN，分析表明錨桿的作用尚未充分發(fā)揮出來(lái)，因此，可適當(dāng)增加錨桿的長(zhǎng)度。
五、結(jié)論
通過(guò)對(duì)半坡隧道圍巖類型典型斷面的穩(wěn)定性分析，得出以下結(jié)論：
?。?）半坡隧道出口淺埋偏壓段的支護(hù)措施和施工方法是恰當(dāng)?shù)?，支護(hù)結(jié)構(gòu)形成了比較穩(wěn)定的承載拱，洞內(nèi)變形較小，圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。
?。?）通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的分析，得到圍巖變形的初步發(fā)展規(guī)律和分布特征。
?。?）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)可以準(zhǔn)確地判斷施工中圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免塌方事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了隧道信息化動(dòng)態(tài)施工控制，達(dá)到了安全快速施工、節(jié)省工程造價(jià)的目的。
