隧道新奥法施工监控技术分析

龚兴生，刘海奇

(贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州 贵阳 550001)



隧道新奥法施工监控技术分析

龚兴生，刘海奇

(贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州 贵阳 550001)

将某公路隧道工程作为研究对象，分析了该隧道洞口软弱围岩区域新奥法施工所对应的监控技术，为隧道新奥法施工提供必要的指导和参考。

公路隧道；新奥法；监控技术

1 工程概述

某公路隧道是左右分离双向4车道隧道，长度较大，可达1 680 m，隧道底端预埋深度最大值约为153.80 m。该隧道穿过的山体构造较为复杂，地形起伏明显，高程差约为144.72 m。通过工程测量，决定运用台阶法进行开挖，隧道初期支护方式如表1所示。

表1 公路隧道初期支护方式

2 主要监控项目

2.1 周边收敛与拱顶下沉

通过对隧道地质条件的分析确定测点设置位置与数量，如表2所示。

表2 公路隧道测点布置

紧停区域每5 m存在一个断面，过道为10 m，促使收敛和下沉处于相同里程段，在隧道开始开挖时立即进行设置，同时进行系统量测，否则会使量测数据失真。通过量测可以很好的把握围岩形变趋势及其发展方向，对围岩实际稳定性进行准确预测，以此选取适宜的支护方法，对支护参数进行必要的优化设计。

在上层台阶完成开挖后，拱顶上设置的测点前期变化速度较快，持续7 d后增速情况减弱。下层台阶在进行开挖时，拱顶下沉速度增快，增速可达1.2 mm/d，开挖7 d以后，下沉情况有所缓解，20 d之后拱顶可保持平稳，拱顶各区域实际位移量为：左顶16.4 mm、中心15.81 mm、右顶12.98 mm，从整体上看，均处在可控范围内。

2.2 地表沉降观测

隧道中的浅埋区大多是土质等软弱型围岩，通常情况下可能会产生一定沉降，为提供稳定性与支护效果判断依据，应对隧道进行地表量测。由于本隧道的进出口为典型的浅埋区，因此在进出口处安置相应的沉降断面，以便沉降量测。

地表量测时，应综合分析开挖的实际影响区间，可通过如下公式计算得出

D=B+(H+h)tan(45°-Φ/2)

(1)

式中：D代表断面波及范围；B代表断面的实际宽度；H代表隧道宽度；h代表地表覆盖层厚度；Ф代表岩石摩擦角度。

地表沉降断面设置应按照隧道横断面方向进行，测点布置在隧道口30 m区域中，每10 m设置一个断面，如果隧道口地形平缓应进行加密。断面宽度由36+2H(H代表埋深大小)公式计算得出，单个断面需设置七个测点，确保各个测点位于隧道轴线附近，且分散均匀。地表沉降量测选用几何水平法进行，量测精度需保持在1 mm左右。

2.3 地质雷达图像

(1)屏蔽天线频率100 MHz，天线设置间距50 cm；

(2)非屏蔽天线频率900 MHz，重量轻，体积小，便于使用。

(3)录入时间、叠加数据以及采样频率应依据天线实际频率进行筛选，同时结合现场的实际条件作出相应调整。

探测方法为点测法，必要时还可加通过扫面对结果进行比对，保证预测结果符合实际。

按照由左及右的顺序进行点测，可以得出目标前方约15 m区域中的实际情况，对探测图像进行观察可以发现，含有一定强度的反射，在形成反射波后高频成分逐渐增多，反射波与相轴之前的区域是破碎带。破碎带中的岩土通常表现节理明显、结块体积小等特征，由高频散射作用产生，这也是破碎带的主要标志。雷达探测结果得到开挖施工证实，误差在0.7 m以内，符合实际要求。

3 选测项目

3.1 隧道围岩与混凝土层之间的接触压力

在围岩结构或地质情况出现明显改变时，需在适当的位置安装压力盒以便准确掌握隧道岩性变化及衬砌结构受力状况。测点与断面设置应根据现场地质条件进行。隧道拱顶、拱腰以及拱脚需设置10个测点，分为两批先后进行布置。第一批测点需在喷浆前进行设置，在围岩处贴上压力盒，以此掌握初期支护结构的实际受力状况；第二批测点需在二衬前进行设置，在衬砌支护面贴上压力盒，以此掌握二衬支护的实际受力状况。测点布置需相互对应，利用频率仪进行读数，精度需保持在0.1 Hz以内。

3.2 格栅拱架钢支撑内力

本隧道断面各初期支护上的格栅拱架钢支撑内力表现为抛物线型变化，由上至下的顺序内力逐渐减弱。其中，拱顶内力数值较大，在完成埋设37 d以后停止变化，可保持相对稳定，此时的应力值在22.876 kN左右；拱腰两侧应力变化情况几乎相同，在完成埋设27 d以后停止变化，可保持相对稳定，此时的应力值在8.23 kN左右；下层台阶完成开挖后设置在边墙处的钢支撑实际应力普遍较低，左侧边墙在完成埋设42 d以后停止变化，可保持相对稳定，此时的应力值在5.0 kN左右，与其他位置相比数值较低，所以其安全富裕度最高。

3.3 钢支撑受力监测

为确保围岩与钢支撑的稳定和安全性，同时为二衬施工提供参考依据，所有断面应在其顶端与中端共设置五个应变计，呈对称分布，使用频率计进行读数，并进行换算得出各区域的受力情况，量测精度应控制在0.1 Hz之内。

4 结束语

(1)针对本次研究的公路隧道类型，采用台阶法进行支护施工是较为有效的，它可以很好的抑制围岩发生形变，并能发挥出软弱围岩和支护之间的耦合作用，进而确保隧道施工安全、顺利进行。

(2)对于隧道出入口下台阶完成开挖20 d之后的路段，由于其围岩变形情况始终保持稳定，因此隧道施工方应尽快进行混凝土层浇筑作业。

(3)运用频率为100 MHz的预报雷达可进行20 m超前预报，根据预报结果可以对地质情况做出准确判断。但针对不同情况的地质条件可能会得到相同的预报结果，所以应充分集合现场观测，从而保证预测结果与实际相符。

[1] 王昌.浅议现代化的公路隧道施工基础施工要点[J].建筑资讯，2012,(10).

[2] 刘军.试论桥梁基础的施工特征以及设计的基本原则[J].铁道工程学报，2011,(3).

[3] 万晓东.浅议公路隧道施工设计以及控制的技术要点[J].铁道勘测以及设计资讯，2011,(3).

2016-02-15

龚兴生(1982-)，男，贵州平坝人，工程师，研究方向：公路桥梁。

U455.2

C

1008-3383(2016)11-0137-01