摘 要：本文以貴州某山嶺隧道為例，結(jié)合周邊收斂、拱頂下沉、地表沉降三者之間量測(cè)數(shù)值以及無(wú)損物探―地質(zhì)超前預(yù)報(bào)探測(cè)結(jié)果，分析隧道在淺埋條件下軟弱圍巖周邊收斂、拱頂下沉、地表沉降數(shù)值變化規(guī)律以及與地質(zhì)超前預(yù)報(bào)探測(cè)結(jié)果的對(duì)照分析，根據(jù)測(cè)設(shè)和探測(cè)結(jié)果進(jìn)一步為隧道施工提供合理的施工方案和安全的支護(hù)參數(shù)。
關(guān)鍵詞：公路隧道 淺埋 變形觀測(cè) 地質(zhì)超前預(yù)報(bào)
引言
近年來(lái)，監(jiān)控量測(cè)在隧道施工中得到了廣泛的應(yīng)用，其根據(jù)地質(zhì)鉆探資料布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，但是，隧道地質(zhì)情況十分復(fù)雜，存在很多安全隱患，單一的監(jiān)控量測(cè)，很可能不能及時(shí)地預(yù)測(cè)險(xiǎn)情，或者等到預(yù)測(cè)出來(lái)的時(shí)候，已經(jīng)不能及時(shí)采取防治措施阻止地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，故本文采用監(jiān)控量測(cè)與無(wú)損物探―地質(zhì)超前預(yù)報(bào)相結(jié)合的手段來(lái)研究圍巖的穩(wěn)定性。
1.變形觀測(cè)測(cè)點(diǎn)及地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線布置
隧道變形觀測(cè)斷面按照公路隧道規(guī)范及結(jié)合具體地質(zhì)情況布置，地表沉降量測(cè)的測(cè)點(diǎn)與周邊收斂和拱頂下沉量測(cè)的測(cè)點(diǎn)布設(shè)在同一斷面上，Ⅴ級(jí)圍巖10m布置一個(gè)斷面，Ⅳ級(jí)圍巖15m～20m布置一個(gè)斷面，Ⅲ級(jí)圍巖30m～50m布置一個(gè)斷面，各量測(cè)斷面的測(cè)點(diǎn)靠近開(kāi)挖面及時(shí)安裝，距掌子面距離控制在2m范圍之內(nèi)，在實(shí)際的安裝埋設(shè)中，考慮到施工干擾或避免測(cè)點(diǎn)遭到破環(huán)，測(cè)點(diǎn)布設(shè)的位置距開(kāi)挖面遠(yuǎn)些。另做如下約定：進(jìn)口至出口方向定為X軸正方向，左右方向以隧道進(jìn)口至出口方向?yàn)閰⒄�，隧道橫向自左至右定為Y軸正方向，垂直路面指向洞頂方向定為Z軸正方向，負(fù)號(hào)表示為拱頂向洞內(nèi)的下沉量、凈空向洞內(nèi)方向收斂量，地表沉降向隧洞頂方向的沉降量，正號(hào)則與之相反，洞內(nèi)拱頂下沉測(cè)點(diǎn)，從左至右編號(hào)為1～3，地質(zhì)超前預(yù)報(bào)采用瑞典RAMAC―GPR（地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)儀）來(lái)探測(cè)，探測(cè)范圍為掌子面前方20～25m，雷達(dá)測(cè)線以單洞同一橫斷面布設(shè)2條測(cè)線，測(cè)設(shè)斷面具體布置見(jiàn)圖2所示。
2.地質(zhì)超前預(yù)報(bào)結(jié)果分析
本文以某隧道出口K43+660～K43+560段為例，該段位于淺埋地段，埋深為15～27m，圍巖為全~強(qiáng)風(fēng)化板巖，呈鐵銹色，局部黃褐色，巖體呈碎裂狀和薄層狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，表層為殘余坡積層，厚為3～7m，地處洼地，雨季易積水，易造成隧道內(nèi)基巖裂隙水發(fā)育，引起地表坍塌，本觀測(cè)組與2009年12月選取YK43+640斷面布設(shè)2條地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線，同一條測(cè)線，分別從左至右，右至左探測(cè)，以對(duì)比參照，看圖像是否重疊，保證采集信息準(zhǔn)確，具體測(cè)設(shè)地質(zhì)雷達(dá)圖像見(jiàn)圖3～4。
地質(zhì)雷達(dá)圖像結(jié)果分析：
1)圖3分析結(jié)果：掌子面前方8～10m范圍內(nèi)，電磁波反射信號(hào)頻率低，振幅能量強(qiáng)，同相軸錯(cuò)斷，初步判斷，掌子面前方10m的范圍內(nèi)，圍巖破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，富含基巖裂隙水；在掌子面前方10m以后范圍內(nèi)，信號(hào)頻率很低，同相軸連續(xù)，只存在一處錯(cuò)斷，在后部存在能量較強(qiáng)的多次振蕩信號(hào)，初步判斷此范圍內(nèi)含水或淤泥的軟弱夾層。
2)圖4分析結(jié)果：從圖像上可以看出，兩條測(cè)線對(duì)稱(chēng)性很好，在掌子面前方4～6m后，電磁波信號(hào)頻率較低，振幅強(qiáng)，存在能量較強(qiáng)的多次振蕩，初步判斷此范圍內(nèi)富含裂隙水或存在軟弱夾層。
綜合雷達(dá)圖像3、4測(cè)設(shè)結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)資料故預(yù)先建議掌子面后方圍巖宜采用短臺(tái)階法施工。
3.監(jiān)測(cè)斷面觀測(cè)數(shù)值分析
開(kāi)挖后YK43+630~YK43+615段圍巖節(jié)理裂隙十分發(fā)育，基巖裂隙水發(fā)育，巖體呈薄層狀結(jié)構(gòu)，掌子面中部至拱頂范圍內(nèi)有泥質(zhì)夾層，遇水軟化，綜合掌子面和地質(zhì)超前預(yù)報(bào)綜合分析，選取K43+620作為周邊收斂和拱頂下沉觀測(cè)斷面，故本文以該斷面為例，來(lái)闡述監(jiān)測(cè)數(shù)值內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系，以及為施工提供合理的防治措施和支護(hù)方案。
3.1 周邊收斂特征
圖5為斷面K43+620左右洞周邊收斂位移隨時(shí)間變化趨勢(shì)對(duì)比圖，結(jié)合圖5可知，斷面K43+620右洞測(cè)線AB、CD和左洞測(cè)線EF、GH周邊收斂都往洞內(nèi)收縮，右洞測(cè)線AB累計(jì)收斂位移為17.82mm，測(cè)線CD累計(jì)收斂位移為6.45mm，左洞測(cè)線EF累計(jì)收斂位移10.13mm，測(cè)線GH累計(jì)收斂位移1.64mm，可以看出右洞周邊收斂位移大于左洞，左右洞上臺(tái)階收斂值明顯大于下臺(tái)階收斂值，說(shuō)明周邊收斂值在淺埋條件下受?chē)鷰r水平應(yīng)力作用明顯，周邊收斂最大值發(fā)生在拱腳處。右洞測(cè)線AB從監(jiān)控開(kāi)始至上臺(tái)階開(kāi)挖工作面掘進(jìn)10m（7d）的范圍內(nèi)，位移呈直線增長(zhǎng)，此階段位移收斂量達(dá)總收斂量的70%～80%，從第12天開(kāi)始右洞下臺(tái)階開(kāi)挖，此時(shí)下臺(tái)階工作面距量測(cè)斷面約15m，測(cè)線AB收斂速率出現(xiàn)短期增大，當(dāng)下臺(tái)階開(kāi)挖面掘進(jìn)距量測(cè)斷面后15m（5d）左右時(shí)，測(cè)線AB基本穩(wěn)定，相比之下，右洞測(cè)線CD的收斂位移變化較小，從監(jiān)控開(kāi)始到第12天左右累計(jì)收斂量達(dá)總收斂量的90%，之后幾乎沒(méi)有變化；左洞測(cè)線EF、GH收斂位移變化不明顯，從監(jiān)控開(kāi)始之后9天左右收斂量達(dá)總收斂量的80%～90%，之后幾乎沒(méi)有變化；同時(shí)，從圖5可以看出后期收斂值出現(xiàn)數(shù)值波動(dòng)，這是由于受施工環(huán)境的影響，如噴射混凝土、立鋼拱架、打錨桿等。綜上所述，距量測(cè)斷面前后15m的范圍內(nèi)對(duì)周邊收斂位移的影響較大，上臺(tái)階開(kāi)挖對(duì)其的影響比下臺(tái)階開(kāi)挖更明顯。
3.2 拱頂下沉特征
在一般情況下，隧道開(kāi)挖后，由于產(chǎn)生了臨空面，圍巖應(yīng)力釋放，使得圍巖向洞內(nèi)發(fā)生位移，拱頂下沉量通常表現(xiàn)為負(fù)值，從圖6可以看出測(cè)點(diǎn)1、2、3拱頂位移向洞內(nèi)下沉，測(cè)點(diǎn)1累計(jì)下沉量為27.50mm，隧道中心線上測(cè)點(diǎn)2累計(jì)下沉量為33.90mm，測(cè)點(diǎn)3累計(jì)下沉了25.20mm，可以看出，拱頂下沉量最大位移發(fā)生在測(cè)點(diǎn)2，也就是隧道中心線上。從監(jiān)控開(kāi)始到上臺(tái)階工作面掘進(jìn)15m（12天）左右，拱頂下沉由急劇變化趨于平緩，但從監(jiān)控開(kāi)始的第13天下臺(tái)階開(kāi)始開(kāi)挖，下臺(tái)階工作面距監(jiān)測(cè)斷面約10m，此時(shí)，從圖6可以看出測(cè)點(diǎn)1、2、3拱頂趨勢(shì)變化曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)，拱頂下沉變化速率明顯大于上臺(tái)階開(kāi)挖，馬上建議立即停止開(kāi)挖作業(yè)，加強(qiáng)觀察，到下臺(tái)階開(kāi)挖過(guò)監(jiān)控?cái)嗝婧?0m（6d）左右時(shí)，拱頂下沉基本趨于正常變化，之后基本趨于穩(wěn)定。
3.3 地表沉降特征
地表沉降能夠準(zhǔn)確地反應(yīng)隧道的整體下沉和偏移，能及時(shí)地判斷圍巖的穩(wěn)定性，特別對(duì)于軟弱圍巖淺埋隧道，其在監(jiān)控量測(cè)工作中比拱頂下沉和周邊收斂更為重要。地表沉降斷面K43+620布設(shè)日期為2009年12月15日，布設(shè)測(cè)點(diǎn)6個(gè)，共觀測(cè)65天。由觀測(cè)結(jié)果得知，X方向、Y方向（上述有約定）隧道整體偏移量很小，主要發(fā)生Z方向的變形位移，結(jié)合圖7，因12月15日布置斷面，右洞上臺(tái)階開(kāi)始開(kāi)挖，此時(shí)開(kāi)挖工作面距K43+620斷面為20m，測(cè)點(diǎn)1、2、6在從監(jiān)控開(kāi)始5d內(nèi)，位移變化不大，測(cè)點(diǎn)3、4、5位移變化趨勢(shì)相比測(cè)點(diǎn)1、2、6略大；從第6~20天內(nèi)因右洞上臺(tái)階工作面距量測(cè)斷面前后約10m范圍內(nèi)，測(cè)點(diǎn)3、4、5沿Z方向位移速率明顯加劇，期間沉降位移達(dá)相應(yīng)測(cè)點(diǎn)總位移的50～60%,之后，左洞上下臺(tái)階開(kāi)挖使地表沉降位移在短期內(nèi)發(fā)生較大變化，但明顯沒(méi)有右洞工作面開(kāi)挖影響大，從監(jiān)控開(kāi)始30天之后地表沉降趨于穩(wěn)定，之后幾乎沒(méi)有變化。
3.4 監(jiān)測(cè)數(shù)值分析小結(jié)
結(jié)合K43+620斷面周邊收斂、拱頂下沉及地表沉降數(shù)值，分析該斷面數(shù)值變化有如下特征：
1)左右洞凈空收斂上下臺(tái)階呈收斂趨勢(shì)，周邊收斂最大位移發(fā)生在拱腳處，拱頂下沉發(fā)生在拱頂處；
2)圍巖變形在開(kāi)挖7d內(nèi)變形較大，12d后基本趨于平穩(wěn)，工作面影響范圍為監(jiān)控?cái)嗝媲昂?0m范圍內(nèi)；
3)上臺(tái)階施工時(shí)對(duì)周邊收斂影響較大，下臺(tái)階開(kāi)挖主要影響拱頂下沉；
4)在軟弱圍巖淺埋地段地表沉降位移變化趨勢(shì)比洞內(nèi)觀測(cè)項(xiàng)目變化趨勢(shì)要早，更能及時(shí)反應(yīng)險(xiǎn)情，利用有利時(shí)機(jī)盡快采取處理措施；
4.防治措施
根據(jù)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和監(jiān)控?cái)?shù)值綜合分析，為防止地表引起冒頂事故的發(fā)生，施工時(shí)采取如下防治措施：
1)地表采用φ42的注漿小導(dǎo)管注漿加固，同時(shí)，修筑臨時(shí)排水溝，使雨季施工時(shí)，積水能夠及時(shí)排出隧道頂層；
2)對(duì)洞內(nèi)小坍塌地段采用每層15cm厚C20噴射砼+φ8鋼筋網(wǎng)逐一支護(hù)，錨桿采用6m長(zhǎng)φ25中空砂漿錨桿，間距150×150cm，呈梅花形布置。
3)每掘進(jìn)50cm架設(shè)I20a型工字鋼鋼拱架，每榀鋼拱架之間采用環(huán)向間距為80cm的φ22縱向連接鋼筋連接，拱架上掛雙層φ8@15×15鋼筋網(wǎng)，及時(shí)噴射C20砼，厚為25cm。
4)在K43+630~ K43+590段，每榀鋼拱架拱腳處采用6根鎖腳錨桿進(jìn)行加固，采用I18工字鋼作為臨時(shí)仰拱,和隧道已經(jīng)布設(shè)的I20a工字鋼焊接,形成臨時(shí)閉合環(huán),以加強(qiáng)隧道整體穩(wěn)定性；
隧道實(shí)際掘進(jìn)過(guò)程中，因提前采取預(yù)防措施，K43+660～K43+560淺埋地段，未引起冒頂和大坍方等嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，局部有小坍塌，施工方及時(shí)采取上述措施2，最終順利地掘進(jìn)完此段地質(zhì)情況較復(fù)雜的巖體。
5.結(jié)語(yǔ)
隧道內(nèi)地質(zhì)情況十分復(fù)雜，監(jiān)控量測(cè)有可能不能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，故結(jié)合無(wú)損物探―超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段，預(yù)測(cè)前方巖體的巖性和地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況，結(jié)合實(shí)際開(kāi)挖地質(zhì)情況，為監(jiān)控量測(cè)提供合理地量測(cè)斷面，對(duì)于軟弱圍巖淺埋隧道尤為重要。結(jié)合周邊收斂、拱頂下沉和地表沉降分析圍巖的變形，通過(guò)數(shù)值分析可以看出隧道是否發(fā)生整體下沉和偏移。周邊收斂、拱頂下沉及地表沉降單一數(shù)值分析具有偶然性，必須結(jié)合三者綜合考慮，三者之間相互影響，相互驗(yàn)證。
參考文獻(xiàn)
[1]夏才初，潘國(guó)榮.土木工程監(jiān)測(cè)技術(shù)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.
[2]張?jiān)B，楊成斌.洞山隧道淺埋段施工監(jiān)控量測(cè)工作［J］.建造技術(shù)，2008，22(1).
[3]曲海峰，劉豐軍等.淺埋偏壓連拱隧道監(jiān)控量測(cè)特征分析［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2007，44(1).
