張書(shū)河 孟祥民

1 概述

西村隧道跨度16.0 m,凈高 9.8 m,隧道長(zhǎng)度1 740 m,最大埋深15 m。沿西村隧道洞身地層主要為第四系及燕山晚期侵入花崗斑巖。隧道所處地段屬于樺(墅)—亭(子)復(fù)向斜之西段(江寧—滄波門),褶皺軸向?yàn)镹E40°～55°,樞紐向北東昂起。隧道所處地帶為仙鶴門—麒麟門北北向斷裂～巖漿巖帶,它是在新華夏系活動(dòng)過(guò)程中,作為新華夏系的一組扭面,不斷加寬加深,形成的張扭性斷裂破碎帶上涌形成的巖漿巖帶。西村隧道地下水主要為基巖裂隙水及少量孔隙水,賦存于基巖裂隙及土體孔隙之中。本區(qū)基巖為中粗?；◢弾r,風(fēng)化層含水性較差,但透水性較強(qiáng),在地表水補(bǔ)給充足的情況下,地下水量較大;黏性土含水性及透水性均差,為弱含水層及弱透水層。整座隧道涌水量平均每延米每天流量為0.287 t/(m?d),為弱含水層,水量不大,但地表水發(fā)育。因此在修建中,監(jiān)控量測(cè)是信息化設(shè)計(jì)與施工的重要內(nèi)容。

2 監(jiān)控量測(cè)的設(shè)計(jì)

2.1 項(xiàng)目選擇和確定

隧道監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、規(guī)模大小和設(shè)計(jì)要求綜合選定。量測(cè)項(xiàng)目可分為必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目?jī)纱箢?。選測(cè)項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模、地質(zhì)條件、隧道埋深、開(kāi)挖方法及其他要求有選擇地進(jìn)行。監(jiān)控量測(cè)工作必須緊跟開(kāi)挖、支護(hù)作業(yè)。按設(shè)計(jì)要求布設(shè)測(cè)點(diǎn),并根據(jù)具體情況及時(shí)調(diào)整或增加量測(cè)的內(nèi)容[1]。

根據(jù)該工程的實(shí)際情況,確切的對(duì)地表沉降、拱頂下沉、凈空收斂、圍巖與初期支護(hù)間徑向壓力、初期支護(hù)與二次襯砌間的徑向壓力、鋼拱架應(yīng)力6個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.2 地表沉降監(jiān)測(cè)

在洞口約30 m范圍內(nèi),隧道埋深小于1倍洞跨范圍內(nèi)加密布設(shè)7個(gè)檢查斷面:DK1034+790,DK1034+810,DK1034+830,DK1034+850,DK1034+870,DK1034+890,DK1034+910,每個(gè)斷面布置7個(gè)測(cè)點(diǎn)。檢查儀器采用S2精密水準(zhǔn)儀。地表下沉點(diǎn)的布置根據(jù)圍巖類別、隧道埋深和開(kāi)挖寬度確定,一般布置原則為:中間較密、兩側(cè)漸稀。其量測(cè)頻率同拱頂下沉和凈空水平收斂的量測(cè)頻率。量測(cè)從開(kāi)挖工作面前方H+h(隧道埋深+隧道高度)處開(kāi)始,一直持續(xù)到襯砌結(jié)構(gòu)封閉、下沉或趨勢(shì)穩(wěn)定。

2.3 洞周收斂監(jiān)測(cè)

1)整個(gè)隧道洞內(nèi)每隔40 m設(shè)置一組收斂點(diǎn),左導(dǎo)洞布設(shè)于開(kāi)挖底面線上2.14 m和6.14 m處,右導(dǎo)洞布設(shè)于開(kāi)挖底面線上6.00 m和9.8 m處。測(cè)點(diǎn)布置在靠近工作面0.5 m～2.0 m的斷面上[4]。2)布設(shè)時(shí)間。位置較高的一對(duì)收斂點(diǎn)在爆破排煙完畢后立即布設(shè)并測(cè)其初值,位置較低的一對(duì)收斂點(diǎn)在出渣完畢后立即布設(shè)并測(cè)其初值。

2.4 量測(cè)斷面間距、量測(cè)頻率及要求

1)凈空變形量測(cè)斷面的間距根據(jù)圍巖級(jí)別、隧道斷面尺寸、埋置深度等確定,其間距采用表1規(guī)定。拱頂下沉量測(cè)與凈空水平收斂量測(cè)應(yīng)在同一斷面內(nèi)進(jìn)行,并用相同的量測(cè)頻率,按照表2中變形速度和距開(kāi)挖工作面距離較高的一個(gè)量測(cè)頻率。

表1 拱頂下沉及周邊收斂量測(cè)間距表

2)地表下沉量測(cè)應(yīng)根據(jù)隧道埋置深度、地質(zhì)條件、地表有無(wú)建筑物、所采用的開(kāi)挖方式等因素確定是否進(jìn)行。地表下沉量測(cè)的測(cè)點(diǎn)應(yīng)與凈空水平收斂及拱頂下沉量測(cè)的測(cè)點(diǎn)布置在同一斷面內(nèi),沿隧道中線,地表下沉量測(cè)斷面的間距可采用表3規(guī)定。

表2 拱頂下沉及周邊收斂量測(cè)頻率表

表3 地表下沉量測(cè)斷面間距表

沉降規(guī)律可按Peck曲線描述:S=Smaxe(-x2/2t2)。

其中,S為距離隧道中線x處的下沉值;Smax為最大下沉值;t為從地表下沉曲線的拐點(diǎn)到隧道中線的距離。

由沉降槽曲線可知,在拐點(diǎn)處,曲線斜率最大,故理論上通常以此極限條件下的坡度值——極限坡度小于地籠允許側(cè)斜值作為限制條件。

由Peck曲線可知,當(dāng)x=t時(shí),地表下沉的最大斜率為:

地籠允許側(cè)斜與Qmax相等,此時(shí)地表最大允許沉降量:

再由Peck曲線的拐點(diǎn)推導(dǎo)出 t=B/5(B為沉降槽寬度,B=2RKlg H√D。H為埋深;D為跨度;R為地層系數(shù);K為支護(hù)系數(shù))[5]。

2.5 測(cè)點(diǎn)設(shè)置要求及測(cè)量工具

隧道周邊位移測(cè)量以水平相對(duì)凈空變化值的量測(cè)為主,水平凈空變化量測(cè)線的布置根據(jù)施工方法、地質(zhì)條件、測(cè)量斷面所在位置、隧道埋置深度等條件確定,每個(gè)斷面布置3條測(cè)量線;拱頂下沉量的位置在每一斷面3點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)的設(shè)置能保證在開(kāi)挖后12 h(最遲不超過(guò)24 h)內(nèi)和在下一循環(huán)開(kāi)挖前測(cè)得出此讀數(shù)。變形縫沉降量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置在變形縫量測(cè),每條變形縫布置1組沉降測(cè)點(diǎn)。導(dǎo)坑周邊收斂選用球鉸彈簧式,拱頂下沉量測(cè)采用水平儀、水準(zhǔn)尺和掛鉤鋼尺。監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置圖見(jiàn)圖1。

2.6 量測(cè)數(shù)據(jù)整理、反饋

1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)繪制水平相對(duì)凈空變化、拱頂下沉位移—時(shí)間曲線圖,在位移—時(shí)間曲線趨平緩時(shí)進(jìn)行回歸分析,以推算最終位移和掌握位移變化規(guī)律。當(dāng)位移—時(shí)間曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn),即位移出現(xiàn)反常的急劇增加現(xiàn)象,表明圍巖和支護(hù)處在已不穩(wěn)定狀態(tài),應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)必要時(shí)停止掘進(jìn),采取必要的安全措施。

2)根據(jù)位移變化速率判斷圍巖穩(wěn)定狀況,變形基本穩(wěn)定符合下列條件:隧道周邊變形速率有明顯減緩趨勢(shì);水平相對(duì)凈空變化速率小于收斂速度0.1 mm/d～0.2 mm/d,拱頂下沉速率小于0.07 mm/d～ 0.15 mm/d。

3)圍巖及支護(hù)的穩(wěn)定性根據(jù)開(kāi)挖工作面的狀態(tài),凈空水平收斂值及拱頂下沉量的大小和速率綜合判斷,并及時(shí)反饋于設(shè)計(jì)和施工中,根據(jù)水平相對(duì)凈空變化值進(jìn)行判斷時(shí),符合《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則》的有關(guān)規(guī)定。

4)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)情況和量測(cè)資料納入竣工文件,以備運(yùn)營(yíng)中查考或繼續(xù)觀察。

3 監(jiān)控量測(cè)管理

1)按變形管理等級(jí)指導(dǎo)施工。2)根據(jù)位移變化速度判別凈空變化速度持續(xù)大于5.0 mm/d時(shí),圍巖處于急劇變形狀態(tài),應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)。水平收斂(拱腳附近)速度小于0.2 mm/d,拱頂下沉速度小于0.15 mm/d,圍巖基本達(dá)到穩(wěn)定。在淺埋地段情況下,應(yīng)采用監(jiān)控量測(cè)分析判別。3)根據(jù)位移時(shí)態(tài)曲線的形態(tài)來(lái)判別。當(dāng)圍巖位移速率不斷下降時(shí)(du2/d2t＜0),圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)圍巖位移速率保持不變時(shí)(du2/d2t=0),圍巖不穩(wěn)定,應(yīng)加強(qiáng)支護(hù);當(dāng)圍巖位移速率不斷上升時(shí)(du2/d2t＞0),圍巖進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài),必須立即停止掘進(jìn),加強(qiáng)支護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

因?yàn)闇\埋隧道開(kāi)挖對(duì)圍巖破壞大、易塌方,通過(guò)對(duì)西村隧道的預(yù)定監(jiān)控方案的實(shí)施,使得施工方法更合理、更安全;施工方法由雙側(cè)壁導(dǎo)坑過(guò)渡到臺(tái)階法,也加快了施工進(jìn)度。實(shí)踐證明通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控量測(cè),可為判斷圍巖穩(wěn)定性、支護(hù)、襯砌可靠性、二次襯砌合理施作時(shí)間以及修改施工方法、調(diào)整圍巖級(jí)別、變更支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)提供依據(jù),指導(dǎo)日常施工管理,確保施工安全和質(zhì)量。采用新奧法原理設(shè)計(jì)、施工的隧道,監(jiān)控量測(cè)是施工過(guò)程中必不可少的施工程序。

[1] TZ 214-2005,客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].

[2] TB 10121-2007,鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] TBJ 108-92,鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則[S].

[5] 李東平.大斷面黃土隧道施工技術(shù)探討[J].山西建筑,2008,34(5):329-330.