香爐山隧洞軟巖段監(jiān)測(cè)方案分析與改進(jìn)

張 亮，張學(xué)良，趙建平，王麗娟

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650041)

0 引言

長(zhǎng)距離隧洞工程施工難度大，主要原因是線路長(zhǎng)，水文、地質(zhì)條件復(fù)雜，尤其是在地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)較為強(qiáng)烈的區(qū)域[1]。在長(zhǎng)期的地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)影響下，隧洞圍巖變化較大，圍巖強(qiáng)度差異大，導(dǎo)致施工難度較高[2-3]。同時(shí)，在構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)域常發(fā)育斷裂活動(dòng)帶，導(dǎo)致隧洞施工易涌水。因此，針對(duì)這種情況，加強(qiáng)施工中的監(jiān)測(cè)工作非常必要，也是保障工程安全的重要工作內(nèi)容[4-10]。下文以香爐山隧洞軟巖段為例，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，提出相關(guān)監(jiān)測(cè)建議。

1 工程概況

大理I段主體施工3標(biāo)所轄樁號(hào)范圍DLI36+800～DLI63+342，長(zhǎng)約26.542km，施工部位包括香爐山隧洞主洞(DLI36+800～DLI62+596)、香爐山隧洞7#和8#施工支洞、香爐山退水洞、積福村渡槽、積福村隧洞，其中，香爐山隧洞主洞樁號(hào)范圍DLI36+800～DLI62+596，香爐山隧洞是工期控制性施工項(xiàng)目。

香爐山隧洞7#施工支洞上游側(cè)主洞DLI 56+345～DLI 53+749為軟巖變形段，在TBM施工中出現(xiàn)變形大，鋼支撐出現(xiàn)明顯扭曲變形，多次更換后仍不穩(wěn)定，存在較大安全隱患。

根據(jù)要求，于2022年6月20日起，對(duì)施工方布設(shè)的收斂測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)成果復(fù)核工作，截至目前，已對(duì)DLI54+075～DLI53+367軟巖變形洞段共計(jì)復(fù)核施工收斂38個(gè)斷面，獨(dú)立復(fù)核收斂2個(gè)斷面(DLI53+749、DLI54+075)。

2 軟巖變形洞段的設(shè)計(jì)與監(jiān)測(cè)

2.1 監(jiān)測(cè)目的

根據(jù)香爐山隧洞的總體布置、結(jié)構(gòu)形式、工作特點(diǎn)、圍巖條件等，主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為4個(gè)。

(1)隧洞進(jìn)、出口及沿程水位監(jiān)測(cè)。

(2)變形監(jiān)測(cè)：包括收斂變形復(fù)核監(jiān)測(cè)、圍巖內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)、淺埋洞段的地表沉降監(jiān)測(cè)、隧洞活斷層錯(cuò)動(dòng)監(jiān)測(cè)、襯砌和圍巖的結(jié)合面開(kāi)合度監(jiān)測(cè)等。

(3)滲流監(jiān)測(cè)：隧洞外水壓力監(jiān)測(cè)等。

(4)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)：包括襯砌混凝土應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)、鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)、圍巖壓力監(jiān)測(cè)、支護(hù)措施受力監(jiān)測(cè)等。

2.2 斷面及測(cè)點(diǎn)布置原則

(1)每條隧洞均應(yīng)設(shè)置綜合監(jiān)測(cè)斷面，長(zhǎng)隧洞2～5km宜設(shè)1個(gè)斷面，短隧洞宜在圍巖較差處設(shè)代表性斷面。

(2)隧洞斷面位置根據(jù)圍巖地質(zhì)條件選取，一般在活動(dòng)斷層帶、軟巖帶、高地下水及不利結(jié)構(gòu)面等處均應(yīng)設(shè)置代表性監(jiān)測(cè)斷面。

(3)為了便于電纜牽引和供電，監(jiān)測(cè)斷面位置宜盡量靠近隧洞進(jìn)、出口或施工支洞附近布設(shè)。

(4)監(jiān)測(cè)斷面應(yīng)綜合布置變形、滲流、混凝土應(yīng)力應(yīng)變、接縫開(kāi)度、支護(hù)措施受力等各類(lèi)監(jiān)測(cè)儀器。

(5)施工期應(yīng)采用收斂法進(jìn)行表面收斂監(jiān)測(cè)。收斂斷面，一般間距100～300m，在不良地質(zhì)洞段，間距約3倍洞徑至50m；每個(gè)收斂斷面布設(shè)5～7個(gè)收斂測(cè)點(diǎn)；初測(cè)收斂斷面盡量靠近開(kāi)挖掌子面。

2.3 監(jiān)測(cè)方案

大理I段主體施工3標(biāo)所轄樁號(hào)范圍DLI 36+800～DLI 62+596，長(zhǎng)約25.796km。依據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，共計(jì)布設(shè)114個(gè)復(fù)核性收斂斷面，11個(gè)綜合監(jiān)測(cè)斷面：DLI 60+530、DLI 58+820、DLI 57+900、DLI 55+865、DLI 53+810、DLI 51+560、DLI 50+500、DLI 48+370、DLI 45+320、DLI 42+455、DLI 40+615，布設(shè)間距介于0.98km：(DLI 58+820～DLI 57+900)～3.05km：(DLI 48+370～DLI 45+320)。

DLI 54+200～DLI 53+357軟巖變形段設(shè)計(jì)布置3個(gè)收斂監(jiān)測(cè)斷面：DLI 53+990、DLI 53+870、DLI 53+540。1個(gè)綜合監(jiān)測(cè)斷面：DLI 53+810。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)圍巖實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)調(diào)整：DLI 53+990收斂監(jiān)測(cè)斷面調(diào)整至DLI 54+075，DLI 53+870收斂監(jiān)測(cè)斷面調(diào)整至DLI 53+749，DLI 53+540收斂監(jiān)測(cè)斷面調(diào)整至DLI 53+491。DLI 53+810綜合監(jiān)測(cè)斷面原設(shè)計(jì)布設(shè)在鶴慶-洱源斷裂帶(F12斷裂帶)，按設(shè)計(jì)要求，該斷面需等開(kāi)挖至F12斷裂帶后再進(jìn)行安裝埋設(shè)。

2022年6月初，香爐山隧洞7#施工支洞上游側(cè)主洞開(kāi)挖至DLI 54+200，設(shè)計(jì)明確主洞開(kāi)挖已進(jìn)入F12斷裂(DLI 53+747～DLI 53+912)帶影響帶。圍巖主要為松桂組碳質(zhì)泥巖夾頁(yè)巖，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，圍巖整體性、穩(wěn)定性差。按要求，需對(duì)施工方變形較大的收斂測(cè)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核監(jiān)控量測(cè)。

3 監(jiān)測(cè)工作及其成果

3.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

依據(jù)監(jiān)測(cè)布置，DLI 54+200～DLI 53+357軟巖變形段設(shè)計(jì)布置3個(gè)收斂監(jiān)測(cè)斷面：DLI 53+990、DLI 53+870、DLI 53+540，1個(gè)綜合監(jiān)測(cè)斷面：DLI 53+810。

3個(gè)收斂監(jiān)測(cè)斷面已按調(diào)整后的樁號(hào)安裝埋設(shè)完畢，并對(duì)54+075、DLI 53+749斷面收斂測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)工作，但DLI 53+491斷面收斂測(cè)點(diǎn)由于受遮擋無(wú)法開(kāi)展觀測(cè)。

DLI 53+810綜合監(jiān)測(cè)斷面，設(shè)計(jì)意圖是布置在斷裂帶處。目前，根據(jù)巖體情況，研究認(rèn)為還未到斷裂帶，故該綜合監(jiān)測(cè)斷面未實(shí)施。

3.2 主要監(jiān)測(cè)成果

香爐山隧洞DLI 54+200～DLI 53+357軟巖變形段布設(shè)3個(gè)收斂監(jiān)測(cè)斷面，布點(diǎn)位置：第一層5點(diǎn)(頂拱)，第二層3、4點(diǎn)(拱肩)，第三層1、2點(diǎn)(邊墻)。收斂監(jiān)測(cè)成果，見(jiàn)表1。

表1 香爐山隧洞7#支洞上游監(jiān)測(cè)成果匯總表

(1)DLI 53+749斷面收斂測(cè)點(diǎn)于2022年10月18日埋設(shè)，同日開(kāi)始觀測(cè)，圍巖類(lèi)別為Ⅴ類(lèi)，截至2022年12月20日，斷面各測(cè)線累計(jì)收斂值介于12.0～177.1mm之間。觀測(cè)初期呈小幅增大變化，之后逐漸趨于平穩(wěn)。2022年12月13日，該部位收斂速率持續(xù)增大，周收斂變形83.4mm，日收斂速率為11.91mm/d。巡視檢查發(fā)現(xiàn)，周邊已加固的鋼拱架出現(xiàn)變形，引起參建各方高度關(guān)注。

(2)DLI 54+075斷面收斂測(cè)點(diǎn)于2022年6月20日埋設(shè)，同日開(kāi)始觀測(cè)，圍巖類(lèi)別為Ⅳ類(lèi)。截至2022年12月20日，斷面各測(cè)線累計(jì)收斂值介于1.0～52.0mm之間。觀測(cè)初期至2022年9月上旬，收斂變形呈增大變化趨勢(shì)，后經(jīng)施工方加固處理后。目前，該部位各測(cè)點(diǎn)變形基本趨于收斂。

4 監(jiān)測(cè)布置建議及難點(diǎn)分析

4.1 監(jiān)測(cè)布置

香爐山輸水隧洞穿越龍?bào)?喬后、麗江-劍川、鶴慶-洱源等多條活動(dòng)斷裂，年位移速率0.9～6mm，每年不等，難以通過(guò)工程選線、選址來(lái)回避斷裂帶。斷層的活動(dòng)性是影響和制約深埋長(zhǎng)隧洞設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)的主要因素之一。

為適應(yīng)活動(dòng)斷裂帶圍巖的應(yīng)力狀態(tài)和持續(xù)變形，開(kāi)展了活動(dòng)斷裂的地質(zhì)學(xué)研究，重點(diǎn)研究活動(dòng)斷裂對(duì)地應(yīng)力場(chǎng)的影響、活動(dòng)斷裂帶的振動(dòng)對(duì)隧洞位移場(chǎng)的影響(即隧洞抗震問(wèn)題)、活動(dòng)斷裂的錯(cuò)動(dòng)對(duì)隧洞位移場(chǎng)的影響(即隧洞抗斷問(wèn)題)。通過(guò)采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)和施工措施，避免了活動(dòng)斷裂帶對(duì)輸水建筑物的影響。同時(shí)，在施工和運(yùn)行過(guò)程中需重點(diǎn)加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，保證隧洞的安全運(yùn)行。

依據(jù)軟巖大變形洞段工程實(shí)際狀況，擬在軟巖大變形洞段增設(shè)部分監(jiān)測(cè)斷面，通過(guò)對(duì)圍巖變形、錨桿支護(hù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)，獲取準(zhǔn)確可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為臨時(shí)應(yīng)急處置決策提供技術(shù)支持，確保施工過(guò)程中人員和設(shè)備安全。監(jiān)測(cè)布置方案如下。

(1)建議增設(shè)4個(gè)綜合監(jiān)測(cè)斷面，布設(shè)樁號(hào)為DLI 53+381、DLI 53+491、DLI 53+749、DLI 53+968，具體樁號(hào)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件進(jìn)行調(diào)整。

(2)新增監(jiān)測(cè)斷面僅作為臨時(shí)監(jiān)測(cè)用，不接入永久監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，故選用儀器為振弦式儀器。

(3)新增每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布置多點(diǎn)位移計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)各5套，分別布置于拱頂、兩拱肩及拱腰；多點(diǎn)位移孔深應(yīng)根據(jù)鉆孔情況確定，初步估計(jì)為31m，采用三點(diǎn)式；錨桿根據(jù)施工錨桿確定，每根錨桿布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)。

(4)原定的收斂監(jiān)測(cè)斷面不變。

(5)原DLI 53+810監(jiān)測(cè)內(nèi)容不變，仍按原計(jì)劃，根據(jù)揭露的巖體情況布置在斷裂帶處。

4.2 監(jiān)測(cè)施工難點(diǎn)及注意事項(xiàng)

(1)多點(diǎn)位移計(jì)鉆孔時(shí)成孔難度大，鉆孔可能會(huì)因巖體過(guò)于破碎而難以成孔。

(2)注漿難度大。因巖體已經(jīng)出現(xiàn)了較大變形，很難確保注漿密實(shí)，造成錨固點(diǎn)不能有效固定，最終影響數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

(3)多點(diǎn)位移計(jì)最大量程為300mm，該洞段變形較大，可能會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)因變形超量程而失效。

(4)錨桿不能與其周?chē)鷰r體有效固定，或變形過(guò)大失效。

(5)由于鋼支撐變形過(guò)大而時(shí)常更換，過(guò)程中極易損壞監(jiān)測(cè)儀器。

(6)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能否真實(shí)反映巖體變形，規(guī)律尚不確定。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)原監(jiān)測(cè)方案的變形觀測(cè)數(shù)據(jù)，DLI 54+075斷面圍巖類(lèi)別為Ⅳ類(lèi)，斷面各測(cè)線累計(jì)收斂值介于1.0～52.0mm之間；觀測(cè)初期收斂變形呈增大趨勢(shì)，經(jīng)加固處理后，該部位變形基本趨于收斂。DLI 53+749斷面累計(jì)收斂值介于12.0～177.1mm之間，周邊已加固的鋼拱架出現(xiàn)變形，變形尚未收斂。

(2)針對(duì)已經(jīng)獲取的變形觀測(cè)數(shù)據(jù)，建議增設(shè)4個(gè)綜合監(jiān)測(cè)斷面；同時(shí)需要注意監(jiān)測(cè)點(diǎn)施工時(shí)的質(zhì)量及交叉作業(yè)的影響，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

(3)由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的局限性，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能否真實(shí)反映巖體變形規(guī)律尚不確定。因此，施工中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率，增加監(jiān)測(cè)斷面，確保施工安全。