隧道新奧法施工監控技術分析

龔興生，劉海奇

(貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550001)

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隧道新奧法施工監控技術分析

龔興生，劉海奇

(貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550001)

將某公路隧道工程作為研究對象，分析了該隧道洞口軟弱圍巖區域新奧法施工所對應的監控技術，為隧道新奧法施工提供必要的指導和參考。

公路隧道；新奧法；監控技術

1 工程概述

某公路隧道是左右分離雙向4車道隧道，長度較大，可達1 680 m，隧道底端預埋深度最大值約為153.80 m。該隧道穿過的山體構造較為復雜，地形起伏明顯，高程差約為144.72 m。通過工程測量，決定運用臺階法進行開挖，隧道初期支護方式如表1所示。

表1 公路隧道初期支護方式

2 主要監控項目

2.1 周邊收斂與拱頂下沉

通過對隧道地質條件的分析確定測點設置位置與數量，如表2所示。

表2 公路隧道測點布置

緊停區域每5 m存在一個斷面，過道為10 m，促使收斂和下沉處于相同里程段，在隧道開始開挖時立即進行設置，同時進行系統量測，否則會使量測數據失真。通過量測可以很好的把握圍巖形變趨勢及其發展方向，對圍巖實際穩定性進行準確預測，以此選取適宜的支護方法，對支護參數進行必要的優化設計。

在上層臺階完成開挖后，拱頂上設置的測點前期變化速度較快，持續7 d后增速情況減弱。下層臺階在進行開挖時，拱頂下沉速度增快，增速可達1.2 mm/d，開挖7 d以后，下沉情況有所緩解，20 d之后拱頂可保持平穩，拱頂各區域實際位移量為：左頂16.4 mm、中心15.81 mm、右頂12.98 mm，從整體上看，均處在可控范圍內。

2.2 地表沉降觀測

隧道中的淺埋區大多是土質等軟弱型圍巖，通常情況下可能會產生一定沉降，為提供穩定性與支護效果判斷依據，應對隧道進行地表量測。由于本隧道的進出口為典型的淺埋區，因此在進出口處安置相應的沉降斷面，以便沉降量測。

地表量測時，應綜合分析開挖的實際影響區間，可通過如下公式計算得出

D=B+(H+h)tan(45°-Φ/2)

(1)

式中：D代表斷面波及范圍；B代表斷面的實際寬度；H代表隧道寬度；h代表地表覆蓋層厚度；Ф代表巖石摩擦角度。

地表沉降斷面設置應按照隧道橫斷面方向進行，測點布置在隧道口30 m區域中，每10 m設置一個斷面，如果隧道口地形平緩應進行加密。斷面寬度由36+2H(H代表埋深大小)公式計算得出，單個斷面需設置七個測點，確保各個測點位于隧道軸線附近，且分散均勻。地表沉降量測選用幾何水平法進行，量測精度需保持在1 mm左右。

2.3 地質雷達圖像

(1)屏蔽天線頻率100 MHz，天線設置間距50 cm；

(2)非屏蔽天線頻率900 MHz，重量輕，體積小，便于使用。

(3)錄入時間、疊加數據以及采樣頻率應依據天線實際頻率進行篩選，同時結合現場的實際條件作出相應調整。

探測方法為點測法，必要時還可加通過掃面對結果進行比對，保證預測結果符合實際。

按照由左及右的順序進行點測，可以得出目標前方約15 m區域中的實際情況，對探測圖像進行觀察可以發現，含有一定強度的反射，在形成反射波后高頻成分逐漸增多，反射波與相軸之前的區域是破碎帶。破碎帶中的巖土通常表現節理明顯、結塊體積小等特征，由高頻散射作用產生，這也是破碎帶的主要標志。雷達探測結果得到開挖施工證實，誤差在0.7 m以內，符合實際要求。

3 選測項目

3.1 隧道圍巖與混凝土層之間的接觸壓力

在圍巖結構或地質情況出現明顯改變時，需在適當的位置安裝壓力盒以便準確掌握隧道巖性變化及襯砌結構受力狀況。測點與斷面設置應根據現場地質條件進行。隧道拱頂、拱腰以及拱腳需設置10個測點，分為兩批先后進行布置。第一批測點需在噴漿前進行設置，在圍巖處貼上壓力盒，以此掌握初期支護結構的實際受力狀況；第二批測點需在二襯前進行設置，在襯砌支護面貼上壓力盒，以此掌握二襯支護的實際受力狀況。測點布置需相互對應，利用頻率儀進行讀數，精度需保持在0.1 Hz以內。

3.2 格柵拱架鋼支撐內力

本隧道斷面各初期支護上的格柵拱架鋼支撐內力表現為拋物線型變化，由上至下的順序內力逐漸減弱。其中，拱頂內力數值較大，在完成埋設37 d以后停止變化，可保持相對穩定，此時的應力值在22.876 kN左右；拱腰兩側應力變化情況幾乎相同，在完成埋設27 d以后停止變化，可保持相對穩定，此時的應力值在8.23 kN左右；下層臺階完成開挖后設置在邊墻處的鋼支撐實際應力普遍較低，左側邊墻在完成埋設42 d以后停止變化，可保持相對穩定，此時的應力值在5.0 kN左右，與其他位置相比數值較低，所以其安全富裕度最高。

3.3 鋼支撐受力監測

為確保圍巖與鋼支撐的穩定和安全性，同時為二襯施工提供參考依據，所有斷面應在其頂端與中端共設置五個應變計，呈對稱分布，使用頻率計進行讀數，并進行換算得出各區域的受力情況，量測精度應控制在0.1 Hz之內。

4 結束語

(1)針對本次研究的公路隧道類型，采用臺階法進行支護施工是較為有效的，它可以很好的抑制圍巖發生形變，并能發揮出軟弱圍巖和支護之間的耦合作用，進而確保隧道施工安全、順利進行。

(2)對于隧道出入口下臺階完成開挖20 d之后的路段，由于其圍巖變形情況始終保持穩定，因此隧道施工方應盡快進行混凝土層澆筑作業。

(3)運用頻率為100 MHz的預報雷達可進行20 m超前預報，根據預報結果可以對地質情況做出準確判斷。但針對不同情況的地質條件可能會得到相同的預報結果，所以應充分集合現場觀測，從而保證預測結果與實際相符。

[1] 王昌.淺議現代化的公路隧道施工基礎施工要點[J].建筑資訊，2012,(10).

[2] 劉軍.試論橋梁基礎的施工特征以及設計的基本原則[J].鐵道工程學報，2011,(3).

[3] 萬曉東.淺議公路隧道施工設計以及控制的技術要點[J].鐵道勘測以及設計資訊，2011,(3).

2016-02-15

龔興生(1982-)，男，貴州平壩人，工程師，研究方向：公路橋梁。

U455.2

C

1008-3383(2016)11-0137-01