關(guān)于公路隧道監(jiān)控量測及施工技術(shù)探析
[摘要]監(jiān)控量測是掌握隧道施工中圍巖動態(tài)變化過程的手段，通過對監(jiān)控數(shù)據(jù)的回歸分析可以預(yù)測圍巖的最終位移等，進(jìn)而有效地指導(dǎo)隧道設(shè)計與施工。同時對圍巖和支護(hù)在施工過程中的力學(xué)動態(tài)及穩(wěn)定程度，并保證施工安全，調(diào)整掘進(jìn)進(jìn)尺和施工方法及二次襯砌施作提供信息依據(jù)。文章以一種地質(zhì)圍巖類型為例，探討了公路隧道的施工技術(shù)，以施工技術(shù)方案的確定以及工序的施工方法為重點(diǎn)初步探討了隧道的施工技術(shù)。
[關(guān)鍵詞]公路隧道；監(jiān)控量測；施工技術(shù)；
1.引言
高速公路線路通常穿越崇山峻嶺，高差起伏很大。隧道穿越圍巖類別較多，且?guī)r性經(jīng)常變化，施工工藝不當(dāng)易造成圍巖失穩(wěn)；圍巖的節(jié)理裂隙發(fā)育，地表水和地下水易貫入導(dǎo)致圍巖軟化而失去穩(wěn)定，因此，實(shí)時現(xiàn)場監(jiān)控量測，是在隧道施工過程中通過對隧道圍巖(確切說應(yīng)是次支護(hù)后尉巖)的動態(tài)監(jiān)測，掌握圍巖動態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)；利用量測結(jié)果，經(jīng)分析后，調(diào)整設(shè)計支護(hù)參數(shù)或調(diào)整施工方法，以期達(dá)到穩(wěn)定的目的；通過量測結(jié)果預(yù)測事故或險情，及時采取應(yīng)急措施，防患于未然；累資料為后續(xù)設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)；確保隧道的穩(wěn)定，達(dá)到隧道施工過程安全、可靠、節(jié)省投資的目的。
2.公路隧道監(jiān)控量測
2.1隧道監(jiān)測目的
隧道監(jiān)測主要目的：1)確保安全。2)指導(dǎo)施工。3)修正設(shè)計。4)積累資料。
當(dāng)前隧道施工的最大特點(diǎn)就是把量測、觀察技術(shù)和方法引進(jìn)到施工中，并作為施工中一個重要而不可缺少的環(huán)節(jié)予以實(shí)施，其目的之一就是要根據(jù)觀察、量測等得到的資料對已開挖的區(qū)間和掌子面前方的圍巖狀況進(jìn)行預(yù)測，并反映到施工中去，從而指導(dǎo)施工。這一方法稱為信息反饋法。因此，在復(fù)雜多變的隧道施工條件下，如何根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的信息反饋與可靠的預(yù)測預(yù)報是隧道監(jiān)控量測試驗(yàn)的主要內(nèi)容之一。迄今為止，信息反饋與預(yù)測預(yù)報通過兩種途徑即力學(xué)計算法和經(jīng)驗(yàn)法來實(shí)現(xiàn)。
2.2.監(jiān)控量測要求
目前工程上最常用的預(yù)警值主要有以下幾個指標(biāo)：
最大位移。根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTJ042—94公路隧道施工技術(shù)規(guī)范中9．3節(jié)監(jiān)控量測中的相關(guān)規(guī)定，隧道洞室周壁任意點(diǎn)的實(shí)測相對位移值若在（表1）要求的范圍內(nèi)，周邊位移、拱頂下沉穩(wěn)定，隧道施工處于安全狀態(tài)；反之，則不穩(wěn)定，隧道施工處于不安全狀態(tài)，應(yīng)引起警覺，同時根據(jù)位移量測結(jié)果對施工過程進(jìn)行管理(見表2)。
2)位移速率。a．當(dāng)位移速率大于1mm／d時，表明圍巖處于急劇變形階段，應(yīng)密切關(guān)注圍巖動態(tài)。b．當(dāng)位移速率在0．2mm／d-1mm／d之問時，表明圍巖處于緩慢變化階段。C．當(dāng)位移速率小于0．2mm／d時，表明圍巖已達(dá)到基本穩(wěn)定，可以進(jìn)行二次襯砌。
3)位移加速度。a．位移加速度小于0，說明變形速率不斷下降，位移趨于穩(wěn)定；b．位移加速度等于0，變形勻速持續(xù)，隧道施工安全處于亞穩(wěn)定狀態(tài)；C．位移加速度大于0，表示已進(jìn)入危險狀態(tài)，須立即停工，采取有效的工程措施進(jìn)行加固。
2.3.回歸函數(shù)
修建的隧道工程是要保證其安全穩(wěn)定，穩(wěn)定反映在量測數(shù)據(jù)上就是其是收斂的；因此選擇的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的回歸函數(shù)～定是收斂的。監(jiān)控量測數(shù)據(jù)回歸分析不僅是用來預(yù)測圍巖變形的最終位移值，而且是預(yù)測各階段的圍巖變形速率，進(jìn)而判定圍巖和支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，為指導(dǎo)下一步的施工做好信息反饋，因此回歸函數(shù)的一階、二階導(dǎo)數(shù)是存在的。
二次襯砌應(yīng)在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后施作。圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)是鐵路規(guī)范規(guī)定實(shí)測最大累積位移值或預(yù)測值不大于極限相對位移值的80％，拱腳水平相對凈空變化速度小于0．2mm／d或拱頂相對下沉速度小于0．15mm／d-9]；公路規(guī)范規(guī)定凈空變化達(dá)到預(yù)計總量的80％～90％，周邊收斂速度小于0．1—0．2mm／d或拱頂相對下沉速度小于0．07～0．15mm／d。
通常對觀測資料進(jìn)行非線性回歸分析。采用回歸分析時，根據(jù)測試數(shù)據(jù)散點(diǎn)分布規(guī)律，可選用下列之一函數(shù)式關(guān)系函數(shù)。
雙曲線函數(shù)
倒指數(shù)函數(shù)
倒對數(shù)函數(shù)
�。�3）
對數(shù)函數(shù)
（4）
S型曲線函數(shù)
式(1)～(5)中A、B為回歸系數(shù)；C為可選回歸常數(shù)�！ �
3.施工技術(shù)
3.1初期支護(hù)施工
3.2.1．超前小導(dǎo)管施工。超前小導(dǎo)管施工：鉆孔采用手風(fēng)槍打眼、風(fēng)槍推進(jìn)小導(dǎo)管，注漿采用注漿機(jī)注漿，灰漿機(jī)拌制漿液，注漿壓力根據(jù)地層致密程度決定，一般為0．5～1．OMPa，縱向前后相鄰兩排小導(dǎo)管搭接的水平投影長度一般不宜小于1．Om。
3.2.2．系統(tǒng)錨桿施工。一般隧道采用的的錨桿有兩種：中導(dǎo)洞和進(jìn)出口成洞面臨時支護(hù)用22mn~紋鋼砂漿錨桿，左、右洞用25mm中空注漿錨桿。錨桿按設(shè)計長度加絲口長，下料后用套絲機(jī)套出12cm長螺紋。在初噴砼后用紅漆按設(shè)計間距梅花形布置，點(diǎn)出錨桿孔位。用風(fēng)動鑿巖機(jī)垂直巖面鉆孔。成孔后用高壓風(fēng)清除孔內(nèi)碴屑，砂漿錨桿在注漿后插入錨桿，安裝墊板、螺栓；中空錨桿是安裝錨桿后注漿，注漿壓力為O．5～1．OMPa，終壓為2．0～2．5MPa。砂漿錨桿注30號水泥砂漿，中空錨桿壓注3og-水泥漿。錨桿安裝后三天內(nèi)不準(zhǔn)敲擊錨桿頭，也不準(zhǔn)懸掛重物。
3.2．鋼拱架施工
鋼拱架加工在預(yù)制場統(tǒng)一加工。根據(jù)不同斷面需要，精確放樣下料，分節(jié)焊制而成，連接板用A3鋼，厚度為15mm。栓孔用鉆床定位加工，螺栓、螺母采用標(biāo)準(zhǔn)件，焊接及加工誤差須符合有關(guān)規(guī)范。安裝前對巖面初噴5c勰凝土。測量拱架安裝設(shè)計頂面標(biāo)高。施作定位錨桿，錨桿采用22鋼筋，深度不小于1．5m。外~20cm。清除拱架底角浮碴。拱架加工好后要進(jìn)行預(yù)拼，合格后方可使用。工作平臺就位后，用裝載機(jī)配合^工安裝拱架，自上而下進(jìn)行，拱架應(yīng)盡量與圍巖接近，與圍巖間隙較大時，設(shè)置墊塊墊緊，墊塊可為堅硬的片石。安裝時，拱架要保持與中線垂直，上下左右偏差控制在-I-5cm，斜度小于±2o。拱腳有—定的埋置深度，并落到原狀巖石上，并設(shè)置鎖腳錨桿。與定位錨桿焊連，并焊接縱向連接筋。
3.3洞身開挖
由于在開挖之前對圍巖、地質(zhì)等情況沒有充分了解，導(dǎo)致在開挖中未對圍巖進(jìn)行必要的超前支護(hù)，最終出現(xiàn)圍巖變形過大的情況。為了加快圍巖穩(wěn)定而不至出現(xiàn)塌方等事故，必須對圍巖進(jìn)行加固，加快圍巖的穩(wěn)定速率。為此，采用小導(dǎo)管注漿g和增設(shè)臨時仰拱的方案進(jìn)行處理，并對圍巖變形進(jìn)行控制。
3.1.1．中導(dǎo)洞開挖。在成洞面臨時支護(hù)完成后，按中導(dǎo)洞開挖輪廓線挖槽，初噴砼后嵌入首榀鋼格柵拱架，與洞外所立的鋼格柵用縱向鋼筋連成整體，掛鋼筋網(wǎng)后噴射砼形成洞口棚架，以首榀鋼格柵為支點(diǎn)，按超前小導(dǎo)管環(huán)向間距以1oo外插角向鋼格柵外側(cè)打入小導(dǎo)管，注漿4h后進(jìn)行中導(dǎo)洞開挖。中導(dǎo)洞開挖循環(huán)進(jìn)尺0．5～1．2m，開挖成型進(jìn)行中線、水平檢查，符合設(shè)計要求后立即初噴5cm厚20號素砼。
3.1.2．左、右洞開挖。左、右洞開挖在中墻砼達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70％以后進(jìn)行，采取兩臺階分步平行開挖，上臺階從拱腳至拱頂，含整個拱部。為站人施工方便，上臺階分兩步開挖：先挖環(huán)形導(dǎo)坑，后挖中核，中核至拱頂高度1．6～2．0m。臺階長5m～lOm，上臺階開挖的土方用人工翻至下臺階再用裝載機(jī)配合汽車運(yùn)棄。下臺階開挖先挖中槽，外側(cè)邊墻留上寬2m，下寬4m的平臺。中槽掘進(jìn)5～8m，跳槽開挖邊墻，馬口槽寬2m，凈距3m。仰拱隨同邊墻馬口一起開挖，符合沒計尺寸后立即初噴5cm厚砼，施工邊墻部分錨桿，接長鋼支撐至中隔墻，噴射砼至設(shè)計厚度，形成封閉的環(huán)形支護(hù)。仰拱開挖成型后，應(yīng)及時澆筑仰拱，加強(qiáng)對圍巖的支撐。左、右洞一次開挖不宜大于lm，左洞先進(jìn)，右洞開挖面按落后左洞lOm控制。
4、結(jié)語
現(xiàn)場監(jiān)控量測是監(jiān)控施工中圍巖穩(wěn)定性，檢驗(yàn)設(shè)計與施工是否正確合理的重要手段，搞好監(jiān)控量測并及時將量測信息反饋到設(shè)計施工中去，可以掌握圍巖和支護(hù)在施工過程中的力學(xué)動態(tài)及穩(wěn)定程度，保證施工安全，為評價和修改初期支護(hù)參數(shù)，調(diào)整掘進(jìn)進(jìn)尺和施工方法及二次襯砌施作提供信息依據(jù)�！ �
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