王 根

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

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高等級(jí)公路隧道施工及監(jiān)控技術(shù)

王 根

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

介紹了高等級(jí)公路隧道施工技術(shù)方案的確定方法，從洞口開(kāi)挖、鉆孔、注漿導(dǎo)管安裝、爆破、塌方處理、初期支護(hù)等方面，闡述了公路隧道施工階段的技術(shù)處理措施，并分析了施工監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目及方法，提高了隧道施工的安全性。

隧道，圍巖，監(jiān)控技術(shù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)

0 引言

21世紀(jì)，隧道工程的作用越來(lái)越重大。隧道一般指在保留上部地層的情況下，挖出具有某種功能用途的地下空間。按照施工場(chǎng)地的劃分，可以分為巖石隧道和軟土隧道。高等級(jí)公路隧道能夠在山地地區(qū)克服地形阻撓，保證交通線路的連貫，還可以防止出現(xiàn)落石、塌方等情況，其能解決環(huán)境敏感以及城市擁堵的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，對(duì)其施工和監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行研究非常具有必要性。

1 高等級(jí)公路隧道施工技術(shù)

1.1 對(duì)施工技術(shù)方案的確定

首先要對(duì)施工作業(yè)線進(jìn)行安排。我國(guó)目前施工作業(yè)主要按照現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況以及隧道的結(jié)構(gòu)應(yīng)用導(dǎo)洞先行的方式。從中導(dǎo)洞前掘45 m后澆筑中墻，當(dāng)混凝土強(qiáng)度升高到一定標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)入左洞，并將右洞的掌子面控制在左洞后10 m的范圍內(nèi)。等到圍巖變形穩(wěn)定后，再次襯砌。如果初期沒(méi)有達(dá)到較高的支護(hù)強(qiáng)度或者出現(xiàn)較大變形，要提高初期的支護(hù)強(qiáng)度，初期支護(hù)要采用錨桿、噴混凝土以及格柵鋼架，并對(duì)二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將二次襯砌與掌子面的距離保持在30 m左右[1]。

其次要注意施工時(shí)的防塵和通風(fēng)，應(yīng)用濕式鑿巖的方式以及爆破灑水能夠減少粉塵濃度，針對(duì)通風(fēng)可以應(yīng)用壓入法，分別用軸流風(fēng)機(jī)對(duì)中導(dǎo)洞以及左右兩洞進(jìn)行送風(fēng)，對(duì)于開(kāi)挖面以及送風(fēng)面的距離要保持在15 m之內(nèi)[2]。

再次是對(duì)供水方案進(jìn)行確定。在隧道垂直距離30 m處修建蓄水池，水源要來(lái)自附近水電站水渠，保障施工用水。在隧道另一側(cè)山腳開(kāi)采積水池，保障施工人員生活用水。水源都要符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)。然后是對(duì)排水方案的確定，隧道進(jìn)口處一般應(yīng)用反坡施工，所以可以在開(kāi)挖地段中挖掘集水坑，將廢水送入集水坑，之后用抽水機(jī)排出。針對(duì)出口處主要應(yīng)用順坡施工，排水主要是在自然坡設(shè)置塑料管來(lái)進(jìn)行排水[3]。

最后要熟悉環(huán)境。必須在施工前對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)加以了解，了解洞口是否存在滑動(dòng)和偏差情況，開(kāi)工之前，要對(duì)隧道兩洞口的控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)和聯(lián)測(cè)。

1.2 施工階段技術(shù)處理

第一是洞口開(kāi)挖。針對(duì)洞口開(kāi)挖，容易出現(xiàn)仰坡、邊坡滑塌以及失穩(wěn)的情況，應(yīng)該對(duì)地質(zhì)進(jìn)行勘察，并找出有效的加固方案和進(jìn)洞位置，當(dāng)滑坡出現(xiàn)后從而采取措施來(lái)進(jìn)行防治。

第二是鉆孔數(shù)據(jù)。先要確定好孔眼的位置，要根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的環(huán)向間距來(lái)綜合確定。針對(duì)外插腳要沿著鋼支撐外側(cè)來(lái)進(jìn)行鉆孔，保證孔深在5 m，左右洞要深2.5 m，中導(dǎo)洞要深3.2 m[4]。

第三是對(duì)注漿導(dǎo)管的安裝。要采用高壓風(fēng)來(lái)做好對(duì)鉆孔的清孔工作，保證注漿的壓力為0.701 MPa，如果滿足了注漿壓力，要繼續(xù)保持15 min[5]，如圖1所示。

第四是爆破。要應(yīng)用預(yù)裂爆破，在對(duì)主爆破區(qū)進(jìn)行爆破之前，就要先爆破出符合一定寬度的裂縫，從而對(duì)巖體的破壞進(jìn)行控制，另外它能緩沖振動(dòng)，保證開(kāi)挖輪廓能夠平整。

第五是塌方的處理。要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況有效掌控，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)施工，根據(jù)圍巖及施工環(huán)境，控制好工序間的步長(zhǎng)。針對(duì)地質(zhì)條件較差的仰坡部位，要做好測(cè)量防護(hù)工作。

第六是環(huán)境的影響。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要對(duì)施工環(huán)境的影響進(jìn)行考慮，防止施工危害山體的穩(wěn)定及破壞植被和坡體的完整。

第七是初期支護(hù)。初期支護(hù)較為完整，不僅能夠起到臨時(shí)支護(hù)的作用，還能提高隧道圍巖的強(qiáng)度。按照設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)初期支護(hù)，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和記錄，并對(duì)隧道施工進(jìn)行指導(dǎo)。

第八是二次襯砌。如果之前襯砌出現(xiàn)裂縫、蜂窩以及背后填塞不實(shí)的情況，必須進(jìn)行二次襯砌。襯砌必須要兼顧施工質(zhì)量和工程美觀，襯砌臺(tái)車要嚴(yán)格按照隧道設(shè)計(jì)方案，表面平整，且接縫嚴(yán)實(shí)，剛度要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

2 高等級(jí)公路隧道監(jiān)控技術(shù)

在隧道開(kāi)挖過(guò)程中需要應(yīng)用多種儀器設(shè)備以及量測(cè)元件來(lái)完成監(jiān)控量測(cè)，主要量測(cè)的是地表沉陷、支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖的變形、應(yīng)變以及應(yīng)力等。因?yàn)閹r土生成條件以及復(fù)雜的地質(zhì)作用，任何高精度的預(yù)設(shè)計(jì)都不能符合開(kāi)挖后圍巖的實(shí)際情況，我國(guó)目前采用的計(jì)算機(jī)模擬仿真分析對(duì)各因素對(duì)結(jié)構(gòu)的影響也無(wú)法反映[6]。

目前現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目主要分為選測(cè)項(xiàng)目和必測(cè)項(xiàng)目?jī)蓚€(gè)部分，必測(cè)項(xiàng)目屬于常規(guī)量測(cè)項(xiàng)目，主要是為了保證施工和設(shè)計(jì)工作中圍巖的穩(wěn)定，并對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷，從而為施工設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)，如表1所示。選測(cè)項(xiàng)目主要是針對(duì)具有特殊含義的區(qū)段，存在補(bǔ)充測(cè)試的含義，它主要是為了對(duì)隧道噴錨支護(hù)效果以及圍巖松動(dòng)情況進(jìn)行判斷。

表1 隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目及方法

因?yàn)榱繙y(cè)儀器精度存在誤差，量測(cè)數(shù)據(jù)具有離散型，數(shù)據(jù)的原始時(shí)態(tài)曲線也就是時(shí)間—位移曲線會(huì)呈現(xiàn)鋸齒形，所以要對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用數(shù)學(xué)方法分析和整理，來(lái)求出圍巖變形規(guī)律和趨勢(shì)，計(jì)算其最大變形量，將其和同變形臨界值對(duì)比，判斷其變形是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍，并了解經(jīng)過(guò)整理的時(shí)態(tài)曲線的離散型算出預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)采用數(shù)據(jù)的精度和誤差。我國(guó)現(xiàn)在對(duì)位移時(shí)態(tài)曲線整理主要采用線性—非線性回歸分析法。同時(shí)應(yīng)用測(cè)得位移反分析，可以知道圍巖物性指標(biāo)和荷載，并支護(hù)系統(tǒng)受力和變形分析。

隧道圍巖位移預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能夠了解支護(hù)形式和參數(shù)，能夠保證隧道安全，也能夠預(yù)測(cè)圍巖最終位移量，還能確定位移動(dòng)態(tài)趨勢(shì)極限位移并預(yù)報(bào)突發(fā)失穩(wěn)時(shí)間。對(duì)圍巖—噴錨支護(hù)力學(xué)發(fā)展來(lái)說(shuō)，及時(shí)預(yù)報(bào)能降低損失。如今預(yù)測(cè)隧道圍巖位移的方式較多，有線性—非線性回歸預(yù)測(cè)、灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)、時(shí)間序列預(yù)測(cè)等，這些方式各有優(yōu)劣，對(duì)其聯(lián)合應(yīng)用，效果更佳，從而在支護(hù)初期針對(duì)變形量測(cè)對(duì)圍巖失穩(wěn)情況預(yù)報(bào)中發(fā)揮效力。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)能預(yù)測(cè)掌子面內(nèi)一定長(zhǎng)度內(nèi)圍巖類別、成洞能力、圍巖類別等，提出相應(yīng)開(kāi)挖支護(hù)方案。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)有長(zhǎng)期和短期之分，長(zhǎng)期能夠保證預(yù)報(bào)500 m的位置，主要儀器有TSP系統(tǒng)和淺層地震儀；短期的只能預(yù)報(bào)30 m范圍內(nèi)，它結(jié)合長(zhǎng)期超前預(yù)報(bào)結(jié)果，對(duì)范圍內(nèi)巖性地層情況預(yù)報(bào)，并對(duì)掌子面和周圍圍巖的不良地質(zhì)體延伸至掌子面前方的情況掌握，能提前得知地下水涌出情況，主要探測(cè)設(shè)備有瑞利波探測(cè)儀及地質(zhì)雷達(dá)。

施工過(guò)程中可以根據(jù)施工監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)修改。例如，針對(duì)圍巖預(yù)估偏高的地段可以降低圍巖類別，通過(guò)加強(qiáng)支護(hù)或增設(shè)鋼筋網(wǎng)來(lái)保證工程質(zhì)量；針對(duì)圍巖預(yù)估偏低的地段可以提升圍巖類別，來(lái)降低資金投入；按照最終變量來(lái)對(duì)開(kāi)挖斷面尺寸進(jìn)行修改。

3 結(jié)語(yǔ)

高等級(jí)公路隧道施工較為復(fù)雜，其中存在較多的質(zhì)量控制技術(shù)，需要施工人員按照施工規(guī)范，注意施工重點(diǎn)。高等級(jí)公路隧道施工的質(zhì)量關(guān)乎著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定和發(fā)展，必須要引起重視。從施工技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行落實(shí)，保證我國(guó)公路建設(shè)的持續(xù)發(fā)展。

[1] 王祥秋,楊林德,高文華.高速公路隧道施工安全信息化監(jiān)控技術(shù)[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2004(8):112-115.

[2] 郝 哲,趙春艷,胡鐵明,等.公路隧道施工中的測(cè)試與監(jiān)控技術(shù)[J].沈陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào),2004(6):47-51.

[3] 葉林杰,鄭雄興.高等級(jí)公路隧道施工技術(shù)研究[J].交通世界(運(yùn)輸·車輛),2015(5):151-152.

[4] 李金隆.淺談高等級(jí)公路隧道施工中應(yīng)注意的技術(shù)問(wèn)題[J].科技資訊,2011(3):53.

[5] 曾瑞鑒,沈向軍.淺談我國(guó)高等級(jí)公路隧道施工的監(jiān)控[J].民營(yíng)科技,2011(1):196.

[6] 羅春雨,雷啟云,肖志明.高等級(jí)公路雙連拱隧道施工技術(shù)[J].西部探礦工程,2007(7):149-151.

The construction and monitoring technology of high grade highway tunnel

Wang Gen

(Shanxi Jinzhong Road and Bridge Construction Group Limited Company, Jinzhong 030600, China)

This paper introduced the determination method of high grade highway tunnel construction technology scheme, from the tunnel excavation, drilling, grouting pipe installation, demolition, collapse treatment, preliminary support and other aspects, elaborated the technical treatment measures in highway tunnel construction stage, and analyzed the construction monitoring items and methods, improved the safety of tunnel construction.

tunnel, surrounding rock, monitoring technology, support structure

1009-6825(2016)30-0178-02

2016-08-18

王 根(1970- )，男，工程師

U456

A