斑竹林隧道軟弱圍巖段施工監(jiān)控量測分析

高攀科

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學院 陜西渭南 714000）

斑竹林隧道軟弱圍巖段施工監(jiān)控量測分析

高攀科

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學院 陜西渭南 714000）

通過斑竹林隧道軟弱圍巖洞段臺階法施工典型斷面必測項目進行現(xiàn)場監(jiān)控量測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析研究，并對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進行回歸分析，總結(jié)出圍巖變形的基本規(guī)律，確定了二次襯砌的合理施作時間，用以指導施工實踐。

隧道；軟弱圍巖；監(jiān)控量測；回歸分析

1 工程概況

表1 監(jiān)測頻度與監(jiān)測次數(shù)

斑竹林隧道位于重慶市黔江區(qū)正城南辦事處南家村境內(nèi)，為一座上、下行分離的四車道高速公路特長隧道。斑竹林隧道左線全長3275m，右線全長3310m，最大埋深298m。選擇采用斷面利用率高承載力較好的三心圓曲墻式襯砌端面，其凈空寬度10.50m，凈高為5.0 m。隧址山體位于泥質(zhì)、砂質(zhì)碎屑巖分布區(qū)，巖性：頁巖、砂質(zhì)頁巖、粉沙巖，局部互層狀發(fā)育，以較軟巖為主，其中粉沙巖、石英砂巖為硬巖。一般埋深約100～200m。

斑竹林隧道巖層呈近水平狀分布且層間結(jié)合較差，隧道拱部圍巖容易失穩(wěn)，軟弱圍巖洞段為Ⅴ級。地層地質(zhì)復雜，對其軟弱圍巖段如處治不當則會危及該隧道的正常施工建設(shè)和安全運營。因此有必要圍繞該隧道圍巖變形特征進行研究，有針對性地開展科研工作，從而指導施工實踐、反饋分析設(shè)計參數(shù)的合理性。

2 監(jiān)測實施方案

2.1 監(jiān)測內(nèi)容及頻率

必測項目為日常施工管理必須進行的量測，監(jiān)測內(nèi)容主要包括拱頂下沉和周邊水平收斂。其量測方法簡單、可靠性高、費用少，對修改設(shè)計、指導施工所起的作用較大[1][2]。監(jiān)測頻度與監(jiān)測次數(shù)如表1所示[3]。

2.2 測點布設(shè)

斑竹林隧道右線軟弱圍巖洞段為Ⅴ級圍巖，受地下水作用影響強烈，風化、破碎，自穩(wěn)能力較差。支護類型為S5c襯砌類型，實際施工采用上下臺階開挖法。本段監(jiān)控量測項目采取每隔10m設(shè)置一個必測項目監(jiān)測斷面；洞身Ⅳ級圍巖段每隔20m設(shè)置一個必測項目監(jiān)測斷面，每個必測斷面埋設(shè)拱頂下沉測點3個；埋設(shè)拱腰周邊水平收斂測點一對（一測線）、邊墻周邊水平收斂測點一對（二測線），在隧道開挖后，馬上進行埋置測點（如圖1所示），并及時進行量測。

圖1 監(jiān)控量測必測項目測點布置

3 現(xiàn)場監(jiān)控量測分析

隧洞開挖后產(chǎn)生的洞周收斂變形主要來自于開挖。對于堅硬巖體，一般來講洞周的內(nèi)空收斂變形主要來源于隧道的開挖，但對軟弱巖體和極軟巖體來講，則與堅硬巖體不盡相同，圍巖不僅變形量大，其變形規(guī)律也比較特殊。如何正確地認識軟弱圍巖的變形規(guī)律，是正確進行該類隧道設(shè)計和安全施工首先解決的問題之一[5][7]。

為了解決斑竹林隧道遇到的這一問題，在施工過程中進行了大量軟弱圍巖變形觀察和量測?，F(xiàn)選取右線軟弱圍巖洞段典型監(jiān)測斷面分析如下。

3.1 軟弱圍巖變形特征分析

3.1.1 周邊水平收斂

由斑竹林隧道軟弱圍巖洞段典型監(jiān)測斷面ZK36+620斷面的周邊水平收斂位移歷時曲線（圖2）可知，上、下測線周邊水平收斂變化曲線分別呈似階梯形和拋物線形?？偨Y(jié)斑竹林隧道ZK36+620斷面上測線周邊水平收斂變形特征，列于表2，可知似階梯形曲線呈現(xiàn)四個變形階段模式，即快速增長階段→緩慢增長階段→快速增長階段→趨穩(wěn)階段。在上臺階開挖后的前5天，上測線周邊收斂變化曲線進入快速增長階段，收斂值累計達4.519mm，已占總收斂量的60.21%，平均收斂速率達0.904mm/d（圖3）；在測點埋設(shè)后5天至18天，上測線周邊水平收斂變化曲線呈緩慢增長狀態(tài)，變形增量比較小，僅為0.695mm，說明初期支護對圍巖進一步變形的約束作用明顯。上臺階開挖18天后進行下臺階開挖，上測線周邊收斂速率明顯增加，最大值達到0.855mm/d。下臺階開挖6天后，上測線變形速率明顯減小，30天后其變化曲線逐漸趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定收斂值為7.505mm；上臺階開挖過程中的變形量為5.214mm，占上測線總收斂值約69%，下臺階開挖過程中產(chǎn)生變形量為2.291mm，占上測線總收斂值約31%，表明下臺階開挖對上測線水平收斂變形會產(chǎn)生一定影響。

表2 斑竹林隧道ZK36+620斷面上測線周邊水平收斂變形特征

圖2 ZK36+620斷面周邊水平收斂變化曲線圖

圖3 ZK36+620斷面周邊水平收斂速率曲線圖

圖4 ZK36+620斷面拱頂下沉變化曲線圖（中間測點）

圖5 ZK36+620斷面拱頂下沉速率曲線圖

該斷面下測線周邊收斂歷時變化曲線呈拋物線形，總體經(jīng)歷了快速增長變形階段和緩慢變形、趨穩(wěn)階段。下臺階開挖8天后，下測線收斂速率開始顯著減慢，其變形曲線逐漸穩(wěn)定，最終穩(wěn)定收斂值在下臺階開挖30天后達到2.234mm。

3.1.2 拱頂沉降

拱頂中間測點的沉降變化歷時曲線呈似階梯形（圖4）。埋設(shè)測點之后前11天，拱頂沉降變化曲線進入快速增長階段，沉降值增量較大，達到6.3mm，占中間測點總沉降量的70%（表3）， 其平均沉降速率為0.57mm/d（圖5）；在接下來的7天，拱頂沉降變化曲線變化平緩，其沉降增量相對較小，僅為0.5mm。下臺階開挖后，拱頂測點的沉降產(chǎn)生一定程度的突變，增長量為2.0mm，占上測線總收斂值的22.22%，這說明下臺階開挖對拱頂沉降的影響不是很顯著，上下臺階開挖法施工合理可行。最終，中間測點沉降變化曲線在測點埋設(shè)26天后逐漸趨于平緩，中間測點沉降速率迅速降低，在這一階段其平均沉降速率也已接近于0，拱頂圍巖逐漸趨于穩(wěn)定。

表3 斑竹林隧道ZK36+620拱頂沉降變形特征

表4 斑竹林隧道ZK36+620斷面圍巖變形回歸分析

3.2 監(jiān)控量測回歸分析

由于偶然誤差的影響而具有離散性，為此，對上述現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)應用數(shù)學方法進行處理?？紤]到臺階法施工中，下臺階的開挖對已開挖隧道上部圍巖的二次擾動，在對斑竹林隧道ZK36+620斷面原始測量數(shù)據(jù)回歸分析時采用分段函數(shù)進行曲線擬合，以期達到更加合理、科學的結(jié)果，得到表4處理結(jié)果，并將其以圖表形式繪制于圖2、圖4。圖中，實測數(shù)據(jù)曲線和回歸擬合曲線較好吻合。由表4可知，上測線周邊水平收斂當t=28d，理論周邊收斂值為7.421mm，實測周邊收斂值為7.454mm，預計最終上測線周邊收斂值為7.505mm，已產(chǎn)生的收斂值占總收斂值的99.3%；下測線周邊水平收斂當t=31d，理論周邊收斂值為2.047mm，實測周邊收斂值為2.065mm，預計最終上測線周邊收斂值為2.234mm，已產(chǎn)生的收斂值占總收斂值的92.4%，且上、下測線變形速率均于0.1mm/d以下；拱頂沉降左、中、右邊測點當t=24d，理論周邊收斂值分別為7.0mm、8.5mm、6.9mm，實測周邊收斂值分別為7.0mm、8.6mm、6.9mm，預計最終周邊收斂值分別為7.2mm、9.1mm、7.8mm，已產(chǎn)生的收斂值占總收斂值分別為97.2%、93.4%、88.5%；且拱頂沉降左、中、右測點沉降速率均小于0.15mm/d，可見斑竹林隧道ZK36+620斷面已可以施作二次襯砌。

4 結(jié)語

根據(jù)監(jiān)控量測信息進行數(shù)據(jù)分析和綜合分析研究，對完善設(shè)計及正確指導施工至關(guān)重要。本文通過對斑竹林隧道軟弱圍巖段臺階法施工的現(xiàn)場監(jiān)測量測分析，研究了隧道圍巖的穩(wěn)定狀況，得出如下主要結(jié)論：

（1）斑竹林隧道軟弱圍巖洞段拱頂下沉和周邊水平收斂實時監(jiān)測變形曲線可以分為快速變形階段、緩慢變形階段和趨穩(wěn)三個階段。

（2）通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的回歸分析，可較精確地預測圍巖的最終變形量，評判圍巖和支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性狀態(tài)，監(jiān)測分析結(jié)果表明下臺階開挖一個月后就可以適時施作二次襯砌。

（3）現(xiàn)場監(jiān)測綜合分析結(jié)果表明，斑竹林隧道軟弱圍巖洞段采用臺階法施工是適宜的。

[1]王建宇.隧道工程監(jiān)測和信息化設(shè)計原理[M].北京：中國鐵道出版社,1990.

[2]李曉紅.隧道新奧法及其量測技術(shù)[M].北京：科學出版社,2002.

[3]JTGD70-2004,公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[4]蔣樹屏，趙陽.復雜地質(zhì)條件下公路隧道圍巖監(jiān)控量測與非確定性反分析研究[J].巖石力學與工程學報,2004,23(20): 3460～3464.

[5]高攀科.斑竹林隧道軟弱圍巖變形特征與控制措施研究[D].碩士學位論文.重慶：重慶交通大學,2009.3.

[6]朱維申，何滿潮.復雜條件下圍巖穩(wěn)定性與巖體動態(tài)施工力學[M].科學出版社，1996.

[7]楊健華.軟巖隧道穩(wěn)定性及監(jiān)測技術(shù)研究[D].西安：西安科技大學，2005.

責任編輯：余詠梅

頂層住宅衛(wèi)生間滲漏處理

管根滲漏是住宅工程中較常出現(xiàn)的問題，其原因是：防水層施工質(zhì)量差，細部處理不到位；屋面混凝土頂板預留孔灌注不密實；材料質(zhì)量差，防水層提前老化、變形；住戶安裝太陽能熱水器造成人為破壞等。然而，某住宅小區(qū)新建四棟住宅樓在入住l～2年后頂層住戶均反映排水主立管頂部管根處發(fā)生不同程度的滲漏。通過查閱施工日志、監(jiān)理記錄等資料并實地勘察發(fā)現(xiàn)：防水層及抽氣孔出屋面節(jié)點均按照規(guī)范和圖集節(jié)點作法施工，且防水層也未出現(xiàn)破損、空鼓和老化現(xiàn)象。經(jīng)研究確定，在設(shè)計和施工中，頂層衛(wèi)生間內(nèi)排水主立管往往伸出屋面，以形成抽氣孔從而排出管道內(nèi)的氣體。由于該平屋頂為上人屋面，抽氣孔伸出屋面部分考慮到PVC自身的抗老化性差、易折斷、易破損等原因，施工時多被鑄鐵管道(帶風帽)所代替。但是，當住戶入住一段時間后，尤其在入住l～2年后，由于排水管道內(nèi)聚集了大量的熱氣，氣體上升遇冷空氣凝結(jié)并附著在管道內(nèi)壁。當PVC管和鑄鐵管連接節(jié)點處理不好時，鑄鐵管道內(nèi)存在的大量的凝結(jié)水就沿著管內(nèi)壁流至PVC管外表面。從而在排水主立管與混凝土頂板相交處的管根部周圍的混凝土頂板上出現(xiàn)面積不一的洇水痕跡，甚至出現(xiàn)水滴與細小的水流，這種現(xiàn)象在冬季尤為嚴重。

解決管壁凝結(jié)水滲流的關(guān)鍵在于節(jié)點的施工，具體作法如下。

1．拆除鑄鐵管四周的防水層、找平層和保溫層，露出混凝土頂板，將承插口周邊混凝土全部剔除至板底。呈簸箕口式，取出鑄鐵管，清除混凝土洞口表面的浮石和殘渣，用清水沖洗干凈。

2．截15cm長PVC管材。直徑同排水管材，將鑄鐵管承插口向上，把截好的PVC管材套入承插口內(nèi)。四周用干硬性膨脹水泥搗密實，并至承插口上表面平，用油膏抹口封閉，作法同排水管地埋部分(鑄鐵)水泥連接。將PVC排水管剩余部分截至距承插口5cm處。用砂紙打毛外表面并清理干凈，翻轉(zhuǎn)倒置就位。

3．將戶內(nèi)PVC立管距管口5cm范圍內(nèi)用砂紙打毛外表面并清理干凈。均勻涂上PVC專用膠，伸入PVC管箍內(nèi)，旋轉(zhuǎn)數(shù)次，直至牯結(jié)牢固、就位。

4．在PVC排水管外表面均勻涂上PVC專用膠，伸入PVC管箍另一側(cè)內(nèi)。保持鑄鐵管、PVC排水管、PVC管箍垂直就位，旋轉(zhuǎn)數(shù)次，直至完全粘結(jié)牢固。

5．吊模，用比原頂板混凝土強度等級高一級的細石混凝土摻膨脹劑灌注管道洞口。振搗密實，做水泥砂漿阻水圈。

6．按設(shè)計圖紙和規(guī)范要求做好屋面的保溫及防水層恢復。

按此方法處理后，該節(jié)點的滲漏問題得到徹底根治。

Monitoring measures to Analyze Constructing Banzhulin Tunnel with Weak Surrounding Rock

Detailed analysis were performed to the spot monitoring data in a project needed to be measured in Banzhulin Tunnel's representative cross. Some basic rules standing for deformation of surrounding rock are obtained.Regression analysis for monitor data is performed by using a timed negative exponent partition function.Some accurate reasonable judgments to the stability of surrounding rock has been made,and two lining works construction time has been determined at the right moment.On this foundation,the author of this paper believes it also has instructive value to tunnel constructions.

tunnel;weak surrounding rock;monitoring and measurement;regression analysis

U458.3

A

1671-9107（2011）08-0019-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2011.08.019

2011-05-29

高攀科（1984-），男，河南郟縣人，碩士，助教，主要從事隧道施工監(jiān)控量測方面的研究、教學工作。