李林龍

(廣西建工集團有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

隨著新時代交通強國戰(zhàn)略的實施，我國的道路工程將迎來又一個重要且寶貴的建設(shè)發(fā)展期。路基是道路的基礎(chǔ)，是道路工程施工的首要環(huán)節(jié)，也是影響公路工程施工質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素[1-2]。在山區(qū)公路施工中如果遭遇未固結(jié)路基或軟土路基，處理不當(dāng)極易導(dǎo)致公路路基沉陷或失穩(wěn)坍塌。處理軟土地基或未充分固結(jié)路基的方法主要有置換法、表層處理法、預(yù)應(yīng)力管樁處理技術(shù)、強夯加固技術(shù)等，其中強夯法由于具有施工機具簡單、施工速度快、加固效果顯著等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用[3-4]。該方法是采用大質(zhì)量的重錘通過自由落體運動沖擊夯擊面以使道路充分固結(jié)。沖擊過程中部分能量會以縱波、橫波以及面波的形式從作用點向四周傳播，從而會對一定范圍內(nèi)的地面構(gòu)筑物產(chǎn)生不同程度的損害。

目前，學(xué)者們在強夯施工產(chǎn)生的影響方面開展了相關(guān)卓有成效的研究。袁方龍等[5]通過監(jiān)測振動速度研究了不同硬殼層厚度、不同強夯施工參數(shù)對地基的震動效應(yīng)影響；黃璇、許彩琦[6]通過分析振動速度與距離的關(guān)系，探討了水庫工程壩基強夯施工的影響規(guī)律；施微丹[7]通過測試和分析不同能級夯錘作業(yè)時地面振動的峰值和頻譜信息，并運用插值計算和曲線擬合的方法，研究了強夯區(qū)與工業(yè)建筑和居民建筑的最小安全距離。上述研究的監(jiān)測手段及監(jiān)測指標(biāo)均較單一，對比效應(yīng)不強，對強夯作用所造成的周圍結(jié)構(gòu)物安全性影響的研究還不夠細(xì)致，并且現(xiàn)階段在強夯施工對高速公路隧道安全性影響方面的研究較少。本文通過監(jiān)測與分析隧道洞口及洞身振動速度、應(yīng)變、結(jié)構(gòu)變形與沉降等多種參數(shù)，全面分析強夯施工對隧道具體部位的穩(wěn)定性影響。

1 工程概況

三江至柳州高速公路DZK52+960～DZK53+060、DYK52+960～DYK53+077段路基位于兩隧道之間，路線穿越的山體山勢陡峻，兩隧道間“V”字形沖溝發(fā)育，切割深度大，縱坡陡。目前沖溝內(nèi)堆填有大量隧道棄渣，堆填時間在1年以上，未充分固結(jié)，路線在此范圍原設(shè)計以高填方路堤形式通過，若不處理將對路基穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響，并產(chǎn)生較大的沉降和位移，同時嚴(yán)重危害路線方向兩隧道洞口的穩(wěn)定與安全。

綜合考慮該段新近堆積填土石的特性、施工場地狹窄等條件，從安全、經(jīng)濟、施工難易程度以及方案執(zhí)行效率出發(fā)，計劃采用強夯、局部深溝區(qū)域進行注砂漿等方式對填方路堤進行處理。采用強夯法進行路基加固過程中，對鄰近隧道主體結(jié)構(gòu)不同斷面位置、不同測點處的振動速度、應(yīng)變、沉降等進行監(jiān)測與分析，具體評價強夯對現(xiàn)有隧道洞口、洞身的影響，為路基治理加固設(shè)計提供數(shù)據(jù)參考。

2 強夯及振動監(jiān)測方案

在隧道洞口前使用重量22 t、直徑2.2 m的夯錘進行強夯，隧道洞口前設(shè)置無隔振溝與有隔振溝兩種情形，分別監(jiān)測有、無隔振溝情況下隧道內(nèi)距洞口0 m、11.2 m、16.8 m處隧道襯砌壁面的振動速度、應(yīng)變、變形和沉降數(shù)據(jù)。夯擊試驗區(qū)測點布置見圖1。無隔振溝情況下設(shè)置5處夯擊位置，有隔振溝情況設(shè)置3處夯擊點，每個夯點分3個能級，第1、2擊為1 500 kN，第3、4擊為3 000 kN，第5擊及之后為4 000 kN。隔振溝距離隧道洞口5.20 m，寬度為3.00 m。對于振動速度的監(jiān)測，在隧道內(nèi)三個不同截面位置的邊墻上布置徑向、切向、垂直三個方向的振動傳感器，共計15個振動傳感器；對于應(yīng)變的監(jiān)測，在隧道壁距洞口0 m、11.2 m、16.8 m的3個截面上布置應(yīng)變傳感器，每個截面繞壁周圍均布5個測點，分別布置在左邊墻、左拱腰、拱頂、右拱腰和右邊墻處，每個測點均布置徑向、切向、斜向三個方向的應(yīng)變傳感器，共計45個振動傳感器；對于變形和沉降監(jiān)測的監(jiān)測，同樣在三個不同截面位置處布置變形觀測點，每個截面繞壁均布5個測點，共計15個變形觀測點。

圖1 監(jiān)測點布置示意圖(cm)

3 振動監(jiān)測數(shù)據(jù)及處理效果分析

3.1 振動速度分析

采用振動傳感器對有、無隔振溝情況下每一夯擊點每次夯擊下隧道襯砌內(nèi)壁振動速度進行監(jiān)測。重點觀察和分析各夯擊點第5或第6次夯擊作用下隧道內(nèi)壁的振動速度變化。無隔振溝情況下1～5號夯點第6擊作用下隧道洞內(nèi)壁振動速度分布見圖2(a)，有隔振溝情況下1’、3’、5’號夯點第5擊作用下洞內(nèi)測點振動變化見圖2(b)。

由圖2可知，隨著夯點位置離隧道洞口越來越近，隧道洞內(nèi)壁各監(jiān)測點的振動速度逐漸增大，并且離隧道口越近的監(jiān)測點增長的幅度越大，而離隧道口較遠(yuǎn)的3號監(jiān)測點，其各方向上的速度變化較為平緩。在無隔振溝的情況下，洞內(nèi)壁測點振動速度最大值出現(xiàn)在洞內(nèi)右側(cè)測點1的豎向方向，振速為0.483 cm/s；在有隔振溝時，洞內(nèi)壁測點振動速度最大值同樣出現(xiàn)在洞右側(cè)測點1的豎向方向，其振速為0.533 cm/s。由此可見，開挖隔振溝情況下隧道洞內(nèi)壁最大振動速度要大于無隔振溝時隧道洞內(nèi)壁最大振速值，無法判斷隔振溝對振速的影響。

(a)無隔振溝

3.2 應(yīng)變監(jiān)測分析

通過在隧道洞內(nèi)不同截面、不同斷面位置處布置應(yīng)變傳感器，分析強夯作用對隧道洞內(nèi)襯砌不同部位的影響。其中，在無隔振溝情況下，1號夯點處夯擊時隧道洞內(nèi)截面Ⅰ墻角至拱頂各部位的應(yīng)變變化情況見圖3；在有隔振溝時，5’號夯點處夯擊對隧道洞內(nèi)截面Ⅱ各部位的應(yīng)變影響見下頁圖4。

(a) 襯砌左邊墻

(a)襯砌左邊墻

由圖3和圖4可知，夯擊作用下無論有無隔振溝影響，隧道襯砌壁面應(yīng)變均表現(xiàn)隨機變化性，但變化范圍基本上都在-5～5με之間。隨著夯擊次數(shù)遞增，無論有無隔振溝情況，隧道拱頂受拉程度增加，拱頂徑向、切向、斜向三方向都出現(xiàn)拉應(yīng)變，隧道壁面徑向、切向、斜向均極易發(fā)生開裂問題，從應(yīng)變角度考慮，隧道拱頂是隧道襯砌結(jié)構(gòu)最危險的部位。無隔振溝時夯擊對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)變最大值和最小值分別為5με和-4με；有隔振溝時夯擊對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)變最大值和最小值分別為3με和-4με?；炷两Y(jié)構(gòu)極限拉應(yīng)力一般較小，即抵抗受拉的能力弱，主要研究襯砌不同部位壁面的正應(yīng)變值，所以，隔振溝的存在能有效降低隧道壁面正應(yīng)變值，保護隧道安全性。

3.3 隧道襯砌結(jié)構(gòu)變形與沉降監(jiān)測分析

在隧道洞內(nèi)三個不同襯砌截面繞壁布置變形觀測點，監(jiān)測每個襯砌截面左、右邊墻、左、右拱腰及拱頂?shù)乃轿灰坪统两登闆r。在有、無隔振溝情況下，三個不同截面各測點的水平位移及沉降分別見圖5和圖6。

由圖5可知，無隔振溝時，隧道襯砌最大水平位移主要發(fā)生在左邊墻或拱頂位置，最大水平位移值為1.9 mm；最大沉降基本位于襯砌左拱腰位置，最大沉降值為1.7 mm，發(fā)生在截面Ⅲ襯砌左拱腰處。

(a)水平位移

由圖6可知，開挖隔振溝條件下，隧道襯砌結(jié)構(gòu)最大水平位移均發(fā)生于右拱腰處，最大水平位移值為1.2 mm；最大沉降主要發(fā)生于各襯砌截面右邊墻及拱頂位置，最大沉降值為0.8 mm，位于截面Ⅰ上。

從圖5和圖6可知，無隔振溝時應(yīng)重點關(guān)注襯砌左邊墻和拱頂處的水平位移以及襯砌右拱腰處沉降情況；有隔振溝情況下應(yīng)注意襯砌右拱腰的水平位移及右邊墻處的豎直沉降。

(a)水平位移

4 結(jié)語

本文通過分析隧道襯砌壁面振動速度、應(yīng)變、水平位移及沉降情況，分析了強夯作用對隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全性影響，具體結(jié)論如下：

(1)有、無隔振溝情況下，強夯作用下隧道洞內(nèi)壁測點最大振速分別為0.533 cm/s和0.483 cm/s，無法準(zhǔn)確判斷隔振溝對振速的影響。

(2)隨著夯擊次數(shù)遞增，拱頂拉應(yīng)變有增加的趨勢，隔振溝的存在能有效降低隧道壁面拉應(yīng)變值，保護隧道的安全性。

(3) 有、無隔振溝情況下隧道襯砌最大水平位移及最大沉降發(fā)生的部位不相同，需重點關(guān)注的襯砌壁面位置也不相同，開挖隔振溝能降低襯砌結(jié)構(gòu)水平及垂直變形量，有利于隧道的穩(wěn)定。