隧道改擴(kuò)建工程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)

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摘要:隧道施工不可避免會(huì)對周圍巖層產(chǎn)生一定的擾動(dòng)，從而導(dǎo)致相鄰既有隧道產(chǎn)生一系列的不良影響。結(jié)合福建夏蓉高速公路改擴(kuò)建工程，研究了既有隧道改擴(kuò)建隧道施工對隧道圍巖的影響規(guī)律。結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控測量成果并對邊坡沉降、周邊位移、拱頂下沉等數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，認(rèn)為隧道改擴(kuò)建施工對圍巖產(chǎn)生了較大擾動(dòng)，及時(shí)地反饋到工地并采取有效的相應(yīng)措施，保證現(xiàn)場施工安全、順利地完成。

關(guān)鍵詞:改擴(kuò)建隧道；相鄰；監(jiān)控測量；邊坡沉降；周邊位移；拱頂下沉

0引言

隨著我國交通事業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的既有隧道不能滿足日益增長的交通需求，新建及改擴(kuò)建隧道工程也越來越多。改擴(kuò)建隧道的施工過程，會(huì)導(dǎo)致隧道周邊圍巖產(chǎn)生多次擾動(dòng)[1]，降低圍巖的結(jié)構(gòu)承載能力，對施工的安全性產(chǎn)生了不良影響。目前，我國公路隧道大斷面改擴(kuò)建的施工經(jīng)驗(yàn)相對不足，需在實(shí)踐中不斷地提高并完善施工技術(shù)。以福建夏蓉高速公路改擴(kuò)建工程為例，通過現(xiàn)場監(jiān)控測量及數(shù)據(jù)分析的形式，研究擴(kuò)建隧道施工對隧道圍巖的影響。

1工程概況

1.1隧道狀況。后祠隧道位于龍巖市適中鎮(zhèn)上鄭村與后祠村之間，屬于雙洞分離式隧道，2車道的長度均為990m，且縱坡均為-2.275%。因現(xiàn)有的車道不能滿足日益增長的交通需求，所以要對原隧道進(jìn)行擴(kuò)建。2014—2016年在原隧道的左側(cè)新建一座3車道隧道，隧道長1542m(ZK130+473～ZK132+015)，凈空（寬×高）14.00m×5.00m；2017—2018年又將原右洞2車道隧道擴(kuò)建為4車道隧道形成大斷面隧道，擴(kuò)建后隧道長967m(YK130+542～YK131+509)，凈空（寬×高）17.75m×5.00m。后祠隧道擴(kuò)建完成后形成新的3洞小間距隧道。具體洞室位置關(guān)系見圖1。

1.2施工情況。原右洞2車道隧道因受前期新建隧道的多次擾動(dòng)，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力場受到影響，圍巖承載能力下降，考慮到將2車道擴(kuò)建成4車道的施工過程中會(huì)對圍巖的應(yīng)力場進(jìn)行再次擾動(dòng)，隧道洞口圍巖抗壓能力較差，屬于V級圍巖，因此采用CRD（交叉中隔壁）法施工[2]。首先對原洞二次襯砌進(jìn)行切縫，切縫厚度要大于二襯厚度，然后對需要爆破的地方進(jìn)行鉆孔，間距不能超過80cm，深度要大于原二襯厚度。爆破采用普通鉆爆法，為了降低爆破對相鄰既有隧道產(chǎn)生的不良影響，爆破前需在現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，獲取爆破參數(shù)后，再進(jìn)行爆破，保證現(xiàn)場施工安全、順利地完成。

2監(jiān)控方案

為保證施工的正常進(jìn)行，需要對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控測量，及時(shí)了解圍巖狀態(tài)，并對其狀態(tài)的變化進(jìn)行研究分析，預(yù)見險(xiǎn)情及事故，以防患于未然。本次監(jiān)控測量依據(jù)相關(guān)測量技術(shù)規(guī)范及相關(guān)單位對監(jiān)測的要求進(jìn)行，監(jiān)測項(xiàng)目有地表邊坡沉降、周邊位移、拱頂下沉、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)等監(jiān)測項(xiàng)目[3]。本文為研究隧道圍巖變形的情況主要介紹地表邊坡沉降、周邊位移以及拱頂下沉的監(jiān)測情況。

3實(shí)例分析

3.1地表邊坡沉降。隧道洞口處布設(shè)的沉降監(jiān)測點(diǎn)離洞口10m，間距2～5m（如圖2所示）。施工開挖到監(jiān)測斷面3m前，各監(jiān)測點(diǎn)的變化量較?。划?dāng)施工推進(jìn)到監(jiān)測斷面后，監(jiān)測斷面的各個(gè)測定開始大幅沉降，50d后下沉速度降低，慢慢趨于穩(wěn)定。本次監(jiān)測點(diǎn)經(jīng)歷三次加速沉降，隧道軸線位置下沉量最大，沿軸線向兩邊慢慢減小，影響范圍基本上是與洞底兩邊成45°夾角，對相鄰既有隧道影響不大（如圖3所示）。隧道施工的順序是先開挖左導(dǎo)洞，然后再開挖右導(dǎo)洞，所以導(dǎo)致隧道軸線左側(cè)的沉降量高于右側(cè)的沉降量，圍巖的受力情況與洞頂?shù)某两盗炕疽恢?。由圖3可知，在施工過程中隧道洞口經(jīng)歷三次沉降：①左導(dǎo)洞施工的過程中，上臺階開挖到監(jiān)測斷面前5m的時(shí)候，隧道中軸線左側(cè)的P4沉降監(jiān)測點(diǎn)開始大幅下降，當(dāng)掌子面通過監(jiān)測斷面時(shí)，下降速度明顯增加，這段時(shí)間的沉降量大約相當(dāng)于總沉降量的40%。②右導(dǎo)洞施工的過程中，上臺階開挖到監(jiān)測斷面前5m的時(shí)候，P6沉降監(jiān)測點(diǎn)開始大幅下降，當(dāng)掌子面推進(jìn)并通過監(jiān)測斷面時(shí)，下降速度明顯增加，這段時(shí)間的沉降量大約相當(dāng)于總沉降量的40%。③當(dāng)下臺階開挖到監(jiān)測斷面時(shí)，沉降點(diǎn)第三次加速下降，直至通過監(jiān)測斷面后3d沉降速度減小，慢慢趨于穩(wěn)定。這段時(shí)間沉降點(diǎn)下沉量約為總沉降量的20%。

3.2周邊位移。本次選取距離掌子面2m的典型斷面進(jìn)行分析。如圖4所示，AB、AC、BC三條測線收斂趨勢基本一致，當(dāng)施工開挖至斷面35m處，測線整體趨于平穩(wěn)，整個(gè)過程歷時(shí)35d，收斂最大值為9.21mm，收斂速率為0.26mm/d，在規(guī)定范圍之內(nèi)。橫向水平（BC測線）的收斂值最大，左導(dǎo)洞（AC測線）收斂位移大于右導(dǎo)洞(AB測線)[4]。由于施工先開挖左導(dǎo)洞，導(dǎo)致左導(dǎo)洞產(chǎn)生收斂位移，后期開挖右導(dǎo)洞時(shí)同樣對左導(dǎo)洞產(chǎn)生影響。當(dāng)施工開挖逐漸遠(yuǎn)離收斂斷面時(shí)，收斂曲線的波動(dòng)也越來越小，直至超過1.5倍洞徑時(shí)收斂波動(dòng)才趨于穩(wěn)定[5]。該收斂波動(dòng)表明圍巖應(yīng)力場主要受隧道原位擴(kuò)建過程中分步開挖的影響。

3.3拱頂下沉。拱頂下沉測量是指對隧道拱頂?shù)膶?shí)際位移進(jìn)行測量，是相對于不動(dòng)點(diǎn)的絕對位移，其必須與設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行比較。選取距離掌子面6m處的典型監(jiān)測斷面進(jìn)行研究分析，該斷面圍巖抗壓能力差，屬于V級圍巖。由于先進(jìn)行左導(dǎo)洞開挖，后進(jìn)行右導(dǎo)洞開挖，所以左導(dǎo)洞監(jiān)測點(diǎn)G1的沉降位移最大，右導(dǎo)洞G2與拱頂中央G3的監(jiān)測點(diǎn)最終沉降基本一致。當(dāng)施工開挖逐漸遠(yuǎn)離收拱頂監(jiān)測面時(shí)，監(jiān)測點(diǎn)的沉降速度也越來越小，直至掌子面開挖距監(jiān)測斷面40m處，監(jiān)測斷面的沉降才趨于穩(wěn)定[6]。沉降最大的監(jiān)測點(diǎn)在11d內(nèi)共下沉了5.3mm，沉降速率為0.48mm/d，符合規(guī)范要求，下沉趨勢見圖5所示。

4結(jié)語

（1）本文根據(jù)龍巖夏蓉高速公路擴(kuò)建工程后祠隧道大量監(jiān)控實(shí)測數(shù)據(jù)的分析，認(rèn)為隧道改擴(kuò)建施工對圍巖產(chǎn)生了較大擾動(dòng)，并及時(shí)地反饋到工地并采取有效的相應(yīng)措施，保證現(xiàn)場施工安全、順利地完成。（2）后祠隧道原位擴(kuò)建的大斷面隧道的受力模式比較特殊，圍巖應(yīng)力場受既有隧道建設(shè)的影響已發(fā)生多次擾動(dòng)，從而導(dǎo)致圍巖體的累計(jì)損傷提高，強(qiáng)度、完整性和自穩(wěn)能力降低，使既有隧道出現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載力下降、輪廓變形過大等安全風(fēng)險(xiǎn)。

作者:龔曉斌 單位:福建八方緣建設(shè)有限公司