厦沙高速公路戴云山隧道施工及监控量测技术研究

■陈英平（泉州市公路局惠安分局，惠安362100）



厦沙高速公路戴云山隧道施工及监控量测技术研究

■陈英平
（泉州市公路局惠安分局，惠安362100）

本文结合实际的工程案例，阐述了戴云山隧道施工中的降水及隧道监测量测技术。为类似工程建设提供参考。

隧道工程降水技术开挖支护监测

0概述

在交通工程建设领域中，隧道工程与其它工程相比具有隐蔽性、施工复杂性等突出特点，隧道工程因具有十分强的隐蔽性，其建设的难度也就更大，特别是其施工建设期间极易受到地质变化等因素的影响。从而加大了施工难度和施工风险性。隧道工程的建设与人们生活息息相关，其建设质量直接影响到人们正常的生活与生产，甚至是人们的生命健康安全，因而对隧道施工的管理提出更高要求。因此，必须严格把控隧道工程建设各个环节，防止事故的发生，促进隧道工程建设领域的安全健康发展。

1工程概况

戴云山隧道位于厦沙高速公路泉州德化段A3和A4合同段分界处，隧道左线长3462.923m，右线长3455m，左线起止桩号ZK81+241.077～ZK84+704，右线起止桩号YK81+245～YK84+700。隧址区属构造侵蚀低山地貌，隧道轴线大致呈南北走向，地形起伏较大，隧道最大埋深约350m，地表植被较发育，覆盖层较薄。进口侧山坡自然坡度约25°～30°，出口侧山坡自然坡度约35°～40°。

本隧址场区表层多为第四系残坡积土，下伏侏罗系南园组（J3n）凝灰熔岩及其风化层。隧址区及其附近新构造运动不强烈，未见影响场地稳定的活动性断裂。但受南北向及北东向构造影响，隧址区发育构造带7条，部分节理密集带与隧道洞身呈较小角度相交，影响隧道围岩级别。此外，场区未见大型滑坡、崩塌及泥石流和岩溶塌陷等不良地质作用，隧址区现状整体较稳定，基本适宜隧道建设。

该隧道进洞口为浅埋段覆盖层较薄，围岩稳定性较差，施工过程中极易造成垮塌。加之隧道下穿既有县道和居民区，施工容易引起地表开裂甚至倒塌而影响邻近结构物安全。因此浅埋段施工工艺的选择直接关系到前期进洞和下穿施工的成败。

2地表降水和洞内降水

2.1地表降水

（1）降水参数：通过地面线测量及工程地质、水文情况，确定降水井孔径为150mm，井点降水管采用内径120mm的高强度PVC管，管壁切割2mm透水缝，填充（3～5）mm碎石反滤层，降水井沿隧道开挖外轮廓线1m对称布置，纵向间距（5～10）m，井深（18～26）m（井底高度均控制在仰拱以下5m处）。降水机械采用地表轻型降水钻机与地表重型降水钻机（图1、图2）。

（2）技术措施：井点降水在隧道开挖前10天开始。降水时，根据出水量确定水泵下放深度（水泵离井底1.2m为宜），泵管连接密闭不透水，降水开始后，进行地表监控量测，以防降水过快导致地表下沉。

图1　地表轻型降水钻机

2.2洞内降水

因隧道内围岩为全风化粘粒，岩质极软，侵水易软化，手易捏碎。洞内采用轻型井点降水法，降水机械采用射流泵（图3），钻井管采用150mm钢管，滤管采用130mm高强度PVC降水管。

图2　地表重型降水钻机

图3　轻降射流泵

降水井用钢管高压风水冲孔法成孔，滤管安装完成后，在井壁和水管间填充3～5mm碎石，反滤层施工完成后，清空安装水泵。

降水井布置于第一台阶开挖支护完成后，位于第二台阶的顶部（或在仰拱填充顶面），位于隧道初期支护后1.5m处。在第一台阶开挖完毕后，洞内降水（2～3）天，水位下降了（3～4）m，确保了第二台阶和仰拱处围岩的硬塑状，为隧道持续安全开挖创造了有利条件。

3洞身开挖及支护

原图纸设计中，开挖方法采用CD法，将隧道划分为4个作业面，每个作业面较小，无法在小断面内留足核心土施工，作业空间不足，因三台阶部法开挖各超前的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进，施工空间大，方便机械化施工，综合考虑，决定采用短距离三台阶七部法施工（图4）。为了防止因岩体压力导致支护结构失稳，决定在每个作业面底部安装临时仰拱，临时仰拱可采用C20模筑混凝土施工。

图4　短距离三台阶七部法开挖示意图

3.1开挖及支护方法

（1）上台阶开挖支护

洞身开挖时，在隧道拱部外围钻设单排超前小导管进行超前注浆加固岩体，小导管采用φ42×3.5mm无缝钢管，L=3.5m，环向间距20cm，外插角10～15°，导管搭接1m以上。浆液采用水泥水玻璃双浆液（添加水泥重量5%的水玻璃）。

注浆完成后，环向开挖1部弧形导坑，预留核心土，核心土长度为3～5m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。开挖循环进尺按照40cm支护间距进行初期支护，开挖后立即初喷（3～5）cm混凝土。上台阶开挖矢跨比应大于0.3，开挖后及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚钢管，特别注意系统锚杆、锁脚钢管和钢架间的连接，三者一定要密贴焊接牢固。然后复喷混凝土至设计厚度。

（2）中台阶开挖

2、3部中台阶开挖：开挖进尺和上台阶步调一致，开挖高度一般为（3～3.5）m，2、3部台阶错开（2～3）m，开挖后立即初喷（3～5）cm混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚钢管，锁脚钢管与钢架牢固焊接，然后复喷混凝土至设计厚度。同时加强隧道拱部沉降和两侧的收敛量测，当量测数据变化较大时，可在中台阶处增设临时仰拱支撑，减少初期支护变形。

（3）下台阶开挖

4、5部下台阶开挖：开挖进尺和中台阶步调一致，开挖高度一般为（3～3.5）m，4、5部台阶错开（2～3）m，开挖后立即初喷（3～5）cm混凝土，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架墙脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°打设锁脚钢管，锁脚钢管与钢架牢固焊接，然后复喷混凝土至设计厚度。

由于在雨季施工，岩体孔隙水受大气降水影响，得以补给，致使4部边墙开挖时，出现流泥现象，拱部支护出现较大沉降变化，为了防止沉降持续发展，该部开挖之前，在2、3部边墙拱脚以上1m处，俯角45°钻设6m长Φ89×6mm无缝钢管，注浆加固。

（4）仰拱开挖支护

因地表坡度呈35°～40°，地势较陡，纵向土体压力较大，加之三台阶七步法开挖步距较短。7部仰拱开挖支护时必须按照“短开挖，快支护”的原则进行施工，在开挖前备足仰拱钢架和钢筋网片，每循环开挖控制在（4～6）m以内，开挖完成后迅速安装并浇筑仰拱混凝土。

3.2锚网喷砼与钢管抗滑桩法

锚网喷砼与钢管抗滑桩法是将锚网喷砼支护整体性强的特点和钢管抗滑桩强度高，抗弯能力大的优点结合应用的一种新型岩体加固技术。该技术在厦门翔安海底隧道施工中得到了广泛应用。

本隧道在开挖过程中，不同程度的出现过掌子面流泥现象。当出现土体流泥现象时，采用φ42×3.5mm（或φ89×6mm）无缝钢管，以群桩的形式布置，用重锤、风钻打入或潜孔钻机顶入土体，然后及时挂设钢筋网喷射混凝土封闭开挖工作面，再通过导管注浆加固围岩及核心土体（图5）。

图5　锚网喷砼与钢管抗滑桩掌子面封闭

4监控量测

监控量测是隧道在施工过程中不可缺少的内容，通过对监测地层、围护结构体系、浅埋段围岩、支护动态及既有建（构）筑物的比对分析，及时调整相应的施工方法及二衬合理的施作时间，确保施工过程和既有建筑的安全。

4.1量测方法和频率

（1）洞内观察分为开挖工作面观察和初期支护观察。围岩地质支护概况进行合理的稳定性评价，所以对开挖后的每一个工作面都应及时进行地质素描及数码成像，必要时应进行物理力学试验。初期支护完成后应进行喷层表面裂缝及其发展、渗水、变形观察和记录。

（2）洞外观察包括边仰坡稳定，地表水渗透等观察。

（3）净空变形量测断面的间距应根据围岩级别、隧道断面尺寸、埋置深度等确定，其间距按表1布置。拱顶下沉量测与净空水平收敛量测应在同一断面内进行，因采用相同的量测频率，应从表2根据变形速度和距开挖工作面距离较高的一个量测频率。

表1　拱顶下沉及周边收敛量测间距表

（4）地表下沉量测应根据隧道埋置深度、地质条件［1］、地表有无建筑物、所采用的开挖方式等因素确定是否进行。地表下沉量测的测点应与净空水平收敛及拱顶下沉量测的测点布置在同一断面内［2］。

（5）需要进行横断面方向地表下沉量测时，其测点间距应采取（2～5）m，在同一量测断面内应取7～11个测点。地表下沉的量测频率应和拱顶下沉及净空水平收敛的量测频率相同。地表下沉量测应在开挖工作面前方H0+ B（隧道埋置深度+隧道最大开挖宽度）处开始，直至衬砌结构封闭，下沉基本停止时为止。

4.2数据采集及信息反馈

对水平相对净空变化、地表水平和垂直位移（沉降）、拱顶垂直位移（沉降）、仰拱隆起，采用高精度全站仪及高精度数字式水准仪进行人工数据采集。

每次量测后应及时对原始数据进行整理，并绘制量测数据时态曲线和距开挖面关系图，以寻求数据之间的规律，通过数据反馈信息了解隧道变形规律；对初期的时态曲线进行回归分析，对数据最终位移、变形速率的变化、时空变化等进行预测预报；数据异常时，应根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架等加固措施。

5结束语

综上所述，通过事先对技术难题的科研立项与规划，实施过程中及时将理论分析成果、既有工程经验与施工过程的安全监测分析等手段相结合，能够较好地解决施工难度大、安全风险高这类工程难题，值得借鉴和参考。

［1］周坤，方俊波.地表水文监测在岩溶隧道施工中的应用［J］.隧道建设，2013（4）.

［2］夏至光，李灿华.地下工程测试理论与监测技术［M］.武汉：武汉大学出版社，2007.

［3］佟发伟.意大利中部两种不同水文地质条件下地下水对隧道开挖的影响［J］.四川建材，2013（6）.