摘要 文章以洛川黃土地區(qū)隧道工程為研究對象，圍繞施工工藝和變形控制展開研究。首先介紹了隧道工程的背景情況，包括地理位置、長度和地質(zhì)特點(diǎn)等。隨后詳細(xì)探討了采用三臺(tái)階法施工的優(yōu)勢以及施工工藝的具體步驟和注意事項(xiàng)。針對地質(zhì)變形問題，強(qiáng)調(diào)了變形監(jiān)測的重要性，闡述了觀測點(diǎn)位設(shè)置原則和監(jiān)測方法。最后，討論了變形的控制措施，包括支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、地質(zhì)勘察、實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)等。該文的研究成果可為黃土地區(qū)隧道工程的施工和管理提供了理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)，對地區(qū)交通建設(shè)具有積極意義。

關(guān)鍵詞 洛川隧道工程；黃土地質(zhì)；三臺(tái)階法施工；變形控制

中圖分類號 U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0121-03

0 引言

隧道工程作為現(xiàn)代交通建設(shè)的重要組成部分，在連接和改善地區(qū)交通、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1-3]。然而，在黃土地區(qū)等特殊地質(zhì)條件下，隧道的施工與設(shè)計(jì)面臨著諸多挑戰(zhàn)，特別是在保證工程安全穩(wěn)定性和控制地質(zhì)變形方面[4-5]。該文以洛川黃土地區(qū)的隧道工程為背景，針對其地質(zhì)條件和施工特點(diǎn)，進(jìn)行了三臺(tái)階法施工工藝的研究以及變形控制的探討。通過該文的研究與分析，以期能夠?yàn)槁宕S土隧道工程的施工和管理提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)，促進(jìn)地區(qū)交通建設(shè)的健康發(fā)展。

1 工程背景

洛川隧道位于陜西省洛川縣境內(nèi)，隧道起訖里程DK194+759.57～DK198+900，全長4 140.43 m，為單洞雙線隧道，最大埋深64 m。整座隧道為30‰的上坡，隧道進(jìn)口左線3 133.924 m位于R?5 500 m的左偏曲線上，出口左線630.416 m位于R?9 000 m的右偏曲線上，其余均位于直線上，隧道設(shè)置一座雙車道無軌運(yùn)輸斜井輔助施工。全隧V級圍巖1 240 m，占30%，V級圍巖2 531 m，占61.1%，V1級圍巖331 m，占8%，洞門38.43 m，占0.9%。

考慮隧道的地質(zhì)條件和特點(diǎn)，采用三臺(tái)階法施工具有明顯的優(yōu)勢。首先，洛川隧道穿越的地質(zhì)層主要為黃土，具有含水量大、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，容易發(fā)生塌方和地質(zhì)變形。而三臺(tái)階法施工可以通過合理的分層開挖和支護(hù)措施，有效控制黃土的變形，減小施工風(fēng)險(xiǎn)，保證施工安全。其次，洛川隧道全長30‰的上坡設(shè)計(jì)，以及部分隧道段位于曲線區(qū)域，這些特點(diǎn)對施工提出了較高的要求。而三臺(tái)階法施工具有靈活性強(qiáng)、適應(yīng)性好的特點(diǎn)，可以根據(jù)不同地段的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，保證施工的連續(xù)性和穩(wěn)定性。此外，洛川隧道的圍巖分類中，V級圍巖占比較大，采用三臺(tái)階法施工可以有效應(yīng)對這種復(fù)雜的地質(zhì)條件，提高施工效率和質(zhì)量。

2 三臺(tái)階法施工工藝

2.1 三臺(tái)階法施工工序

（1）準(zhǔn)備工作

對施工現(xiàn)場進(jìn)行勘測，確定施工區(qū)域的地形、地質(zhì)情況和施工限制條件。安排好施工人員、設(shè)備和材料，并制訂詳細(xì)的施工計(jì)劃。搭建施工現(xiàn)場的臨時(shí)設(shè)施，包括辦公室、倉庫、生活區(qū)等。

（2）第一臺(tái)階施工

開挖第一臺(tái)階的上部邊坡，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行合理的坡度和尺寸控制。進(jìn)行土方開挖，根據(jù)實(shí)際情況采用機(jī)械挖掘或者手工挖掘。進(jìn)行第一臺(tái)階的支護(hù)工程，包括噴射混凝土、錨桿、鋼架支撐等，以保證施工現(xiàn)場的安全和穩(wěn)定。

（3）第二臺(tái)階施工

在第一臺(tái)階施工完成后，對第二臺(tái)階的邊坡進(jìn)行開挖，同樣要控制坡度和尺寸。進(jìn)行第二臺(tái)階的土方開挖，保證開挖面的平整和垂直度。進(jìn)行第二臺(tái)階的支護(hù)工程，包括加固邊坡、設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)等，確保施工安全。

（4）第三臺(tái)階施工

在第二臺(tái)階施工完成后，對第三臺(tái)階的邊坡進(jìn)行開挖，同樣要控制坡度和尺寸。進(jìn)行第三臺(tái)階的土方開挖，保證開挖面的平整和垂直度。進(jìn)行第三臺(tái)階的支護(hù)工程，包括加固邊坡、設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)等，確保施工安全[6]。

2.2 三臺(tái)階法施工順序

在洛川隧道施工過程中主要施工順序如下：

（1）開挖臺(tái)階，開挖前，應(yīng)做好超前支護(hù)。

（2）施作洞身結(jié)構(gòu)的初期支護(hù)。

（3）鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

（4）上臺(tái)階施工至適當(dāng)距離后，開挖中部臺(tái)階，接長鋼架，施作洞身結(jié)構(gòu)的初期支護(hù)。

（5）中臺(tái)階施工至適當(dāng)距離后，開挖下部臺(tái)階，接長鋼架，施作洞身結(jié)構(gòu)的初期支護(hù)。

（6）及時(shí)封閉初期支護(hù)，可參見工序（5）進(jìn)行。

（7）灌筑該段內(nèi)仰拱，下部臺(tái)階開挖后仰拱應(yīng)緊跟。

（8）灌筑該段內(nèi)I部隧底填充。

（9）利用襯砌模板臺(tái)車一次性灌筑二襯襯砌（拱墻襯砌一次施作）。

2.3 三臺(tái)階法施工注意事項(xiàng)

（1）安全管理：施工過程中必須嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，確保施工現(xiàn)場的安全。特別是在土方開挖和支護(hù)工程過程中，要時(shí)刻關(guān)注邊坡穩(wěn)定性和施工人員的安全。

（2）質(zhì)量控制：支護(hù)工程是保證施工安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，并確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固和可靠。施工過程中要進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，保證施工質(zhì)量。

（3）施工順序：按照施工順序進(jìn)行作業(yè)，確保每個(gè)臺(tái)階的施工順利進(jìn)行。在進(jìn)行下一臺(tái)階的施工前，要對前一臺(tái)階的支護(hù)工程進(jìn)行檢查和驗(yàn)收，確保施工進(jìn)度和質(zhì)量。

（4）材料和設(shè)備準(zhǔn)備：提前準(zhǔn)備好所需的材料和設(shè)備，確保施工過程中的連續(xù)性和效率。材料和設(shè)備的質(zhì)量要進(jìn)行嚴(yán)格檢查和調(diào)試，確保施工質(zhì)量。

（5）環(huán)境保護(hù)：施工過程中要注意環(huán)境保護(hù)，采取措施防止土方開挖和支護(hù)工程對周邊環(huán)境造成污染或者破壞，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

（6）協(xié)調(diào)與溝通：三臺(tái)階法施工通常是一個(gè)較大的工程系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，要與其他工序進(jìn)行良好的協(xié)調(diào)與溝通，確保施工進(jìn)度和質(zhì)量符合整體要求。

3 隧道施工中變形監(jiān)測研究

洛川隧道施工中的變形監(jiān)測研究是確保該隧道工程安全、穩(wěn)定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過監(jiān)測拱頂沉降和圍巖水平收斂等指標(biāo)，可以及時(shí)掌握隧道結(jié)構(gòu)和周圍地層的受力、變形情況，防止事故發(fā)生。

3.1 觀測點(diǎn)位設(shè)置原則

在隧道施工中，正確設(shè)置拱頂沉降和圍巖水平收斂的觀測點(diǎn)位至關(guān)重要，以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的代表性和準(zhǔn)確性。觀測點(diǎn)應(yīng)選擇在地質(zhì)條件復(fù)雜或施工方法可能引起顯著變形的關(guān)鍵區(qū)域，如地質(zhì)突變區(qū)和大跨度開挖區(qū)域。這些點(diǎn)位應(yīng)均勻分布于隧道的全長，特別是在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位如拱頂、拱肩及側(cè)壁等。監(jiān)測頻率應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件的變化和施工進(jìn)度的關(guān)鍵階段來調(diào)整，以便及時(shí)捕捉到任何可能的變形趨勢。此外，應(yīng)結(jié)合使用多種監(jiān)測技術(shù)，如全站儀、水準(zhǔn)儀等，以提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。通過這種全面而細(xì)致的觀測點(diǎn)設(shè)置，可以有效監(jiān)控并響應(yīng)施工過程中的地質(zhì)變形，確保隧道工程的施工安全和質(zhì)量。最后，監(jiān)測數(shù)據(jù)的定期分析和反饋對于指導(dǎo)施工調(diào)整和優(yōu)化支護(hù)措施至關(guān)重要，這有助于實(shí)時(shí)調(diào)整施工策略，確保項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

3.2 觀測元件與埋設(shè)

（1）沉降觀測點(diǎn)

隧道主體完工后，每個(gè)觀察斷面在相應(yīng)的隧道拱頂處布設(shè)一個(gè)拱頂沉降監(jiān)測點(diǎn)；采用鉆機(jī)鉆眼，混凝土回填加固，標(biāo)志略低于仰拱面。隧道觀測標(biāo)埋設(shè)位置如圖1所示。

（2）水平收斂觀測點(diǎn)

圍巖水平收斂觀測點(diǎn)應(yīng)在隧道全長范圍內(nèi)均勻分布，確保對整個(gè)隧道斷面的變形情況進(jìn)行全面監(jiān)測。在隧道拐彎處、交匯點(diǎn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜地段、地質(zhì)條件突變區(qū)域以及施工難度大的段落，應(yīng)重點(diǎn)布設(shè)觀測點(diǎn)。此外，根據(jù)隧道長度和地質(zhì)條件，合理確定觀測點(diǎn)的間距。通常情況下，觀測點(diǎn)的間距為5～20 m。在洛川隧道施工時(shí)，觀測點(diǎn)間距取為20 m。

隧道變形觀測標(biāo)采用直徑為20 mm、長為110 mm的SUS304不銹鋼制作，頂端帶十字刻絲。

3.3 沉降監(jiān)測結(jié)果

以DK195+510監(jiān)測斷面為例，其沉降變形規(guī)律和沉降變化速率分別如圖2所示。從監(jiān)測結(jié)果來看，隨著時(shí)間的推移，各監(jiān)測點(diǎn)位的沉降量逐漸增加。沉降值在初期快速增加，隨后增速逐漸放緩。原因是監(jiān)測初期，開挖擾動(dòng)對圍巖頂部沉降變形影響較大，而當(dāng)圍巖自我穩(wěn)定后，位移變化趨勢趨于平穩(wěn)。通過擬合函數(shù)發(fā)現(xiàn)，洛川隧道DK195+510監(jiān)測斷面的拱頂沉降變形規(guī)律符合二次函數(shù)y=0.008 33x2?0.655 25x+0.96 194的變化規(guī)律，擬合優(yōu)度R2為0.97。在45 d時(shí)，拱頂變形最大值達(dá)到11.6 mm。

3.4 水平收斂監(jiān)測結(jié)果

圖3為水平收斂位移變形曲線，由圖3可知，水平收斂變形共分為3個(gè)階段。階段1：觀察到在施工初期，水平收斂速率較快，這可能與初期開挖造成的圍巖松動(dòng)有關(guān)。階段2：隨著時(shí)間的推移，水平收斂速率增長放緩，曲線開始趨于線性，這可能是因?yàn)閲鷰r逐漸適應(yīng)了新的應(yīng)力狀態(tài)，或是施工支護(hù)措施開始發(fā)揮作用。階段3：隨著施工的持續(xù)進(jìn)行和圍巖穩(wěn)定性的提高，水平收斂的增長趨勢進(jìn)一步放緩，接近于一個(gè)常數(shù)值，顯示出一種趨于穩(wěn)定的變形行為。通過函數(shù)擬合可知，變形滿足y=?0.000 24x3?0.012x2+0.11x+0.099。

綜上所述，在施工初期采取必要的支護(hù)措施來對抗可能的快速變形。如果在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)后沉降量或收斂量顯著增加，可能需要重新評估現(xiàn)場條件，調(diào)整或加強(qiáng)施工支護(hù)措施。

4 隧道圍巖變形控制措施

隧道拱頂沉降變形控制是確保隧道施工過程中拱頂沉降和變形在可接受范圍內(nèi)的關(guān)鍵措施。針對該工程中的拱頂沉降變形控制措施方法如下：

（1）合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：根據(jù)隧道的地質(zhì)情況和工程要求，設(shè)計(jì)合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括拱頂襯砌、鋼拱架、錨桿等，以提供足夠的支撐和穩(wěn)定性。

（2）預(yù)防性地質(zhì)勘察：在施工前進(jìn)行充分的地質(zhì)勘察和分析，了解隧道圍巖的地質(zhì)特征、變形規(guī)律和地下水情況，為沉降變形控制措施的制定提供依據(jù)。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)：建立實(shí)時(shí)的拱頂沉降變形監(jiān)測系統(tǒng)，利用全站儀、傾斜儀等設(shè)備對拱頂沉降和變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變形情況并采取應(yīng)對措施。

（4）施工方法優(yōu)化：采用合適的施工方法和工序，如分段開挖、適時(shí)的拱頂支護(hù)措施等，減少拱頂沉降和變形對隧道穩(wěn)定性的影響。

（5）土體加固與加固措施：對易發(fā)生沉降和變形的土體進(jìn)行加固處理，如灌漿加固、土釘加固等，增強(qiáng)土體的穩(wěn)定性和承載能力。

（6）定期評估與調(diào)整：定期對拱頂沉降和變形進(jìn)行評估和調(diào)整，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對控制措施進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，確保施工過程中的拱頂沉降變形處于可控范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

該文圍繞洛川黃土地區(qū)隧道工程的施工特點(diǎn)和地質(zhì)條件，深入探討了三臺(tái)階法施工工藝及變形控制的相關(guān)內(nèi)容。通過對該項(xiàng)目工程背景、施工工藝、變形監(jiān)測及控制的研究和分析，深刻認(rèn)識(shí)到了在特殊地質(zhì)條件下隧道工程所面臨的挑戰(zhàn)，并提出了相應(yīng)的解決方案和控制措施。隨著現(xiàn)代交通建設(shè)的不斷推進(jìn)，地區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)將對地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高起到重要作用。該文的研究成果有望為類似地區(qū)的隧道工程施工提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)，促進(jìn)地區(qū)交通建設(shè)的健康發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益的最大化。

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