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浅析富水、偏压、软弱地层隧道动态设计实践的工学论文
论文摘要：本文结合浦南高速公路葫芦丘隧道出口富水、偏压、软弱围岩地段施工实践，详细阐述了对富水、偏压、软弱围岩隧道进行连续的监控量测和动态设计是确保隧道施工安全和结构安全的有效手段。
论文关键词：隧道施工安全动态设计
一、概述
富水、偏压、软弱围岩地段隧道处于千变万化的岩体中，所受外力不明确，至今国内外学术界和工程界对外荷体系的分布和量值仍处于研究阶段，这决定了隧道与地下工程设计是建立在若干假定条件下进行的，是预设计。通过将现场量测获得的有关数据经过数理和力学分析，来判断围岩和支护结构的稳定性及工作状态，从而选择和修正支护参数实现隧道动态设计是确保隧道施工安全和结构安全的根本。本文结合参与浦南高速公路葫芦丘隧道工程实践的过程，对富水、偏压、软弱围岩地段隧道动态设计作一些探讨。
浦南高速公路葫芦丘隧道位于南平东北约10Km处，隧道里程YK228+458。O}YK231+547。0，全长3084米。工程沿线地貌属闽北低山丘陵地形，基本类型为低山丘陵地貌、冲洪积沟谷，海拔最高458。0m，最低85。6m。地形起伏相对较大，沿线丘顶浑圆、条带状，斜坡坡度较缓。该隧道围岩级别为m。W，V级，主要以N，V围岩为主。隧道进、出口段围岩较差、上部覆盖层薄，地质为残坡积土层及强风化云母石英片岩，地下水丰富，围岩自稳性差。易发生坍塌且有偏压现象。
二、施工监测设计及方法
1滥测项目
根据项目合同要求，葫芦丘隧道施工监控量测的必测项目为：地质和支护状况观察；拱顶下沉；周边收敛；地表沉陷。
（1）地质和支护状况观察。观测地质和支护情况，看岩石是否松动、喷层是否开裂、锚杆是否松动等，并做好观察记录。
（2）拱顶沉降。每10—SOm设置一个监测断面，并与地表沉降监测断面重合。每一个监测断面在隧道拱顶设置一个监测点，左线共149个量测断面，149个监测点；右线共124个量测断面，124个监测点。
（3）周边收敛。量测断面布置同拱顶沉降量测，并与拱顶量测断面重合。每一个量测断面布置2对测线，分别布置在设计路面标高以上1。7m和3。2m处，左线共149个量测断面，5%个收敛埋设点；右线共124个量测断面，4%个收敛埋设点。
（4）地表沉降。地表下沉监测点布置根据隧道埋深和距隧道中线间距而定，用水准仪测量，一般从工作面前方2B（B为隧道宽度）处开始测量，若最大下沉量超过规定，马上发出预警并采取措施。测量基点应布置在施工沉降影响之外，不应少于两个且进行联测，通视良好的地方。每5—SOm设置一个监测断面，每断面至少7个测点。左右线共设24个断面。
2、监控量测频率
根据《公路隧道施工技术规范》（川042—94）的要求设计量测频率，结合本隧道的特点，监控量测频率将根据施工情况、变形速率等现场情况予以调整（见下表）。
3、数据采集整理与收敛判断
根据上述制定的频率采集各类监测数据，及时绘制各类数据的时态曲线和空间曲线，分析各种曲线所包含的意义，从中获取围岩稳定情况，确定开挖进度和二次衬砌的施工时间，并不断调整支护参数、优化设计，保证施工安全。
判断隧道围岩和初期支护变形基本稳定的条件为：①隧道周边位移速度明显下降；②水平收敛（拱脚边墙中部）速度（0。2mm/d；③拱顶或底板垂直位移速率）0。lmm/d；④施作二次衬砌前的位移值已达总位移的90%以上；⑤初期支护表面裂缝不再继续发展。
三、量测数据的应用及动态设计
隧道进洞时恰逢雨季，渗水严重。右洞上台阶掘进施工至YK231+470，监控组在所埋设监控断面YK231+500处测得收敛值增大，且有继续发展扩大趋势。2006年3月24日，YK231+500处围岩变化出现异常情况；25日，在隧道右洞观察发现，在右侧壁YK231+503。S，YK231+502。1，YK231+499，左侧壁YK231+504。54，YK231+503。97出现裂缝。随着时间的推移，围岩支护仍多处出现裂缝，其中最为突出的裂缝在YK231+474处最大，为15mm。根据监控量测人员采集的数据进行分析，对设计进行如下修改：停止上台阶掘进，在YK231+485—YK231+470段先采用U型钢进行横向支撑加固并用。25的钢筋（间距lm）纵向连接形成整体，在上半断面形成闭合并增加U型钢拱架的刚度，防止因侧压力过大导致初支U型钢变形而遭到破坏，增强初支抵抗变形的能力；然后在每棍钢拱架的拱脚处打人两根X48的钢管（Ir4m），向下与水平呈300。—45。夹角，注浆作锁脚锚杆，并与原有钢拱架焊接牢固，以加强原有钢拱架的受力，尤其加强仰拱闭合施工时上部初支的受力，阻止上部初支变形的进一步变化；待加固处理结束后，立即转人对下台阶及仰拱的施工直至距已开挖掌子面约5—10米处，采取的方法是在左右两侧落底，在时间上先后错开进行，每次落底不超过3棍拱架；在两侧落底完成后，开挖施做仰拱初支，形成初支闭合环，并及时进行仰拱和回填的施工，进一步增强初支的稳定；在以上加固措施到位的前提下，完成落底，形成闭合环。待仰拱闭合后进行环向小导管注浆加固，小导管采用X48的钢管，长L=4m，间距lm，压注水泥净浆，水灰比0。5；1，注浆压力0。5—1。OMpa，达到注浆压力并持续巧分钟后停止注浆；第一批小导管间隔打人、注浆，然后按间距lm补打剩余小导管注浆。
按上述处理后继续对所监控断面进行量测，结果表明：至5月3日左右，洞至开挖掌子面段围岩变形已基本趋于稳定，收敛及下沉缓慢下来。说明措施及时、加固方案得当，变形得到有效的控制。
四、结语
通过对开挖掌子面的地质观察，以及对已经施工的隧道初期支护的稳定性能判别，是隧道动态设计的基本参照。选择合理的监控量测方法和进行监控设计，取得较为全面的数据，通过对数据科学分析，是动态设计选择较为合理参数的依据。进行连续的监控量测和动态设计，是确保隧道施工安全和结构安全的有效手段。
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