松散破碎圍巖淺埋隧道施工及監測分析

張建軍 黃詒寶 沈增輝

(1.中鐵十二局集團第七工程有限公司，湖南長沙 410004; 2.中南大學地學與環境工程學院，湖南長沙 410083)

當前，新奧法已成為隧道特別是軟弱圍巖隧道修建的主要方法［1］。作為新奧法的重要組成部分，監控量測的必要性也得到了越來越廣泛的關注。本文介紹了李家沖隧道的主要施工技術，并對監測結果進行了分析。

1 工程概況

京珠復線長湘高速公路李家沖隧道采用雙向六車道，隧道所穿越山體為低山丘陵地貌，存在斷層破碎帶，出露的地層上部為第四系粉質粘土，厚約40 cm，該段圍巖主要為板溪群五強溪組變質砂巖夾砂巖板巖，節理發育且有滲水，巖體破碎。圍巖類別為Ⅴ級圍巖。隧道全線均為淺埋，左線最大埋深35 m，右線最大埋深39 m，隧道經過區域左洞側上方有一500 kV高壓電線塔，屬于艾鶴Ⅱ號線，塔號014，塔高27 m，塔基中心線位于隧道ZK147+103左13 m。該高壓線路擔當了長沙至湘潭的輸電任務，十分重要。施工時必須控制隧道的施工不對該電力鐵塔的正常使用產生影響，保證該電力線的正常運營，施工的難度很大。

2 主要施工技術

隧道按照新奧法原理進行設計，采用復合式襯砌，以鋼筋網、錨桿、噴射混凝土等為初期支護，并輔以工字鋼鋼架、超前小導管、超前管棚等預支護措施。隧道在施工開挖前，為保證高壓鐵塔安全，對山體表面進行注漿固結，使整個電力塔基與山體連接成整個“拱圈閉合環”，組成完整的受力體系。隧道采用零仰坡進洞的方式進洞，以減少破壞山體的植被，來保證仰坡及邊坡體不受南方雨水的沖刷而失穩。洞口采用挖機結合人工掏槽的形式掏出套拱段位置，保證套拱管棚施工。套拱長度為5 m，采用雙層管棚超前支護。隧道采用三臺階七步流水法施工，三臺階起步開挖法以光面爆破為主，挖機配合自卸車出碴，弱爆破盡量減少對周圍圍巖的擾動。主要施工步驟如下:1)上部弧形導坑環向開挖，施作拱部初期支護;2)中、下臺階左右錯開開挖，施作墻部初期支護;3)中心預留核心土開挖，隧底開挖，施作隧底初期支護。

每部開挖后均應及時支護，隧底初期支護后應及時施作仰拱，盡早封閉成環。

3 監控量測

隧道監控量測的目的是掌握圍巖動態，了解支護結構在不同工況時的受力狀態和應力分布，對圍巖穩定性作出評價，以指導隧道設計和施工［2］。根據隧道新奧法施工的具體要求和現場工程地質條件，主要進行了地質及支護觀察，周邊位移收斂、拱頂下沉、地表沉降量測等，隧道斷面測點布置如圖1所示。

3.1 周邊位移收斂

根據周邊地質條件和工程要求，選取ZK147－080和ZK147－120兩個監測斷面進行觀測研究。斷面ZK147－080位于隧道左洞入口位置，ZK147－120位于隧道左洞塔基正下方。

兩個斷面的周邊位移收斂曲線如圖2，圖3所示。

由圖2可知，斷面ZK147－080在前15天周邊位移收斂值較大，最大變化速率達到了1.33 mm/d，之后變化速率緩慢減小，說明圍巖趨于穩定。另外，斷面ZK147－080的后期收斂值出現了一定數值波動，這是由于受施工環境的影響，如噴射混凝土，立鋼拱架，打錨桿等。

由圖3可知，斷面ZK147－120的累計位移值為29.23 mm，比斷面ZK147－080的大，是由于監測斷面位于隧道中心處，受到的周邊圍巖應力要大于隧道入口處。斷面ZK147－120在開始的12 d內變化相對較大，平均變化速率都達到了1 mm/d，最大變化速率達到了1.43 mm/d，之后周邊位移變化速率趨于穩定。但在第19天，周邊位移突然變大，達到了3.71 mm/d，這是由于隧道爆破施工對圍巖造成了一定的擾動。

3.2 拱頂下沉

監測斷面的拱頂沉降曲線如圖4，圖5所示。

從圖5中可看出，斷面ZK147－080的累計位移值為17.75 mm，斷面ZK147－120的累計位移值為21.01 mm，要大于斷面ZK147－080的累計位移值。原因有兩點:1)監測斷面ZK147－120位于隧道中心處，埋深要大于隧道入口處，圍巖的自重應力相對較大;2)ZK147－120斷面上方存在上部荷載，即高壓鐵塔，鐵塔自重通過圍巖作用于拱頂，造成拱頂位移相對較大。

3.3 地表下沉

本次監測共布置兩個監測斷面，每個斷面7個測點，測點間距3 m，斷面里程分別為ZK147－080和ZK147－120，兩斷面各測點的地表位移沉降曲線如圖6所示。

從圖6中可以看出，兩個斷面地表沉降的總體趨勢大致相同，地表沉降都呈現以拱頂為中心的中間大兩頭小的槽形分布形式。對比圖4和圖5，可以看出，地表沉降和拱頂下沉的變化趨勢是相同的，但兩個斷面的地表沉降量都要大于拱頂沉降量，這是由于拱頂下沉的初始量測不同于地表量測，地表測量在隧道施工至監測斷面之前就已經開始觀測，而拱頂下沉要在開挖至監測斷面之后才能開始測量。

4 結語

1)由于隧道地表沉降位移的變化趨勢要比洞內觀測項目的變化趨勢要早，因此可以通過觀察地表沉降的變化趨勢，來定性地預測拱頂下沉的動向，從而使工程技術人員能及時的調整設計方案，指導隧道施工。

2)隧道中心段由于位于山體正下方，上方又存在高壓鐵塔，受到的圍巖應力要大于隧道入口處，可以通過加強支護來減少拱頂下沉。

3)通過采取正確合理的施工方法，能有效地控制地表和建筑物的沉降，可以為今后的類似工程提供借鑒。

4)由于隧道工程的復雜性和圍巖的不確定性，對隧道圍巖和支護結構進行監測是保證隧道工程安全質量重要的手段。

［1］杜菊紅，黃宏偉，雷新文.平年小間距隧道監控量測分析［J］.地下空間與工程學報，2007，3(8):1417-1420.

［2］李曉紅.隧道新奧法及其量測技術［M］.北京:科技出版社，2002.

［3］劉岳蔗.變形觀測和地質超前預報相結合分析圍巖穩定性［J］.商品與質量，2011(1):23-25.