紅橋關(guān)隧道軟巖大變形地段施工技術(shù)研究

官繼勇

摘 要：文章對(duì)成蘭鐵紅橋關(guān)雙線隧道高應(yīng)力炭質(zhì)板巖軟弱隧道的變形原因進(jìn)行了分析，依據(jù)綜合探測(cè)及監(jiān)控量測(cè)手段，實(shí)施動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。對(duì)隧道變形地段施工提出了分部、分層開(kāi)挖的工法要求，并根據(jù)二次支護(hù)、聯(lián)合支護(hù)及關(guān)鍵部位加強(qiáng)支護(hù)的要求制定了支護(hù)措施，對(duì)二次襯砌的時(shí)機(jī)提出了要求。同時(shí)，在監(jiān)控量測(cè)的基礎(chǔ)上，建立隧道變形坍塌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系，以確保工程安全。

關(guān)鍵詞：軟巖隧道；大變形地段；施工技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）18-0001-04

1 工程概況

成蘭鐵路CLZQ-13標(biāo)紅橋關(guān)雙線隧道起訖里程D2K253+710.000～D1K256+890.000，全長(zhǎng)3 169.33 m，隧道工程地質(zhì)具有“四極三高”的顯著特點(diǎn)：地形切割極為強(qiáng)烈、構(gòu)造條件極為復(fù)雜活躍、巖性條件極為軟弱破碎、地震效應(yīng)極為顯著；高地應(yīng)力、高地震烈度、高地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。其中，該隧道軟質(zhì)巖大變形預(yù)測(cè)段及可能發(fā)生大變形段共5段長(zhǎng)1 480 m，約占隧道全長(zhǎng)的47%，對(duì)隧道施工進(jìn)度、成本及安全控制的影響極大，是全隧施工的關(guān)鍵。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌特征

紅橋關(guān)隧道位于四川省阿壩州松潘縣川主寺鎮(zhèn)境內(nèi)，隧址區(qū)屬高中山剝蝕地貌，處于高原高寒區(qū)段。

岷江位于線路右側(cè)，岷江河谷深切，兩側(cè)橫向溝谷發(fā)育，地形起伏較大。

地面高程為2 950～3 510 m，地勢(shì)左高右低，自然橫坡10～60 ？觷局部稍陡，最大埋深410 m。

2.2 地層巖性

紅橋關(guān)隧道地層巖性主要以板巖（碳質(zhì)板巖）為主，局部段落夾砂巖、灰?guī)r、頁(yè)巖、（含煤層），零星分布花崗巖。其中，炭質(zhì)板巖多呈灰、深灰、灰黑色，薄層狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，巖質(zhì)軟，遇水易軟化，易風(fēng)化剝落，抗風(fēng)化能力弱。砂巖呈夾層分布，呈灰白、灰色，粉細(xì)粒～細(xì)粒結(jié)構(gòu)，質(zhì)硬，層理清晰，呈中厚層狀，鈣質(zhì)膠結(jié)為主。巖體較破碎處偶夾灰白色的石英脈，主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

2.3.1 岷江斷裂

在地表D2K254+565～D2K254+980段發(fā)育岷江斷裂，被第四系掩蓋，推測(cè)洞身段斷裂帶寬382 m，斷層帶巖性以灰質(zhì)板巖為主，巖體擠壓較破碎，巖質(zhì)較軟，構(gòu)造節(jié)理發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化帶較厚。

2.3.2 川主寺1號(hào)推測(cè)斷層

物探顯示，在D1K256+092～D1K256+350.深孔DZ-HQG-02號(hào)孔揭示，157.2～166.3為斷層角礫，斷層擠壓特征明顯，多為泥質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理面夾炭質(zhì)板巖，質(zhì)軟，手捏易碎，該斷層對(duì)隧道圍巖的影響范圍為258 m。

2.4 水文地質(zhì)特征

地表水：線路位于岷江水系，主要接受大氣降水及少部分滲出的裂隙水補(bǔ)給，并向岷江排泄，地表水為當(dāng)?shù)鼐用袼础?/p>

地下水：線路內(nèi)地下水主要為孔隙潛水、基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水為主。

孔隙水主要接受大氣降水補(bǔ)給，并向低洼地帶排泄，其動(dòng)態(tài)變化大，徑流途徑短，在雨季尤其是大雨、暴雨之后，水位大幅增高，動(dòng)水壓力增大，旱季反之。

基巖裂隙水主要賦存與砂巖、板巖中，千枚巖地層為相對(duì)隔水層，由于裂隙發(fā)育，基巖裂隙水較豐富，但受岷江深度切割影響，山高谷底，淺部地下水徑流途徑短，循環(huán)交替迅速，基巖裂隙水多于溝谷下部沿裂隙面就近似滴水狀、片狀或小股排泄?fàn)睿葬航蚺R近溝谷為排泄基準(zhǔn)面，因此地下水埋置相對(duì)較深。

基巖裂隙水受大氣降水補(bǔ)給外，還受地表水的補(bǔ)給，地下水動(dòng)態(tài)變化嚴(yán)格受降水制約，變幅較大。線路內(nèi)局部發(fā)育鎮(zhèn)坪肩狀倒轉(zhuǎn)復(fù)向斜，屬儲(chǔ)水構(gòu)造，向斜及背斜核部巖體破碎，富水性強(qiáng)。

3 軟巖變形的成因及特征

3.1 軟巖變形的成因

軟巖隧道穩(wěn)定性主要取決于巖層結(jié)構(gòu)特征、力學(xué)作用以及特征性礦物成分及分布等因素，每種變形力學(xué)機(jī)制有其獨(dú)特的特征型礦物、力學(xué)作用和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

隧道在不同的受力環(huán)境和圍巖結(jié)構(gòu)下，其變形破壞特征和力學(xué)機(jī)制有所不同，其力學(xué)變形機(jī)制非常復(fù)雜，往往軟巖巷道（隧道）變形并非具有單一的變形力學(xué)機(jī)制，而是同時(shí)具有多種變形力學(xué)機(jī)制的復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制。紅橋關(guān)隧道軟巖大變形的主要成因?yàn)椋?/p>

①炭質(zhì)板巖屬于地質(zhì)軟巖范疇，為低級(jí)變質(zhì)巖，巖層單軸抗壓強(qiáng)度低，巖質(zhì)軟。在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造作用下，紅橋關(guān)隧道炭質(zhì)板巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，結(jié)構(gòu)面之間結(jié)合差，內(nèi)摩擦角值極低，巖體強(qiáng)度較低。而紅橋關(guān)隧道外部荷載主要是山體重力，隧道最大埋深410 m，地應(yīng)力較大，圍巖比（地應(yīng)力/單軸抗壓強(qiáng)度）大。隧道開(kāi)挖導(dǎo)致的應(yīng)力重分布使隧道圍巖產(chǎn)生較大的變形，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)巖體強(qiáng)度時(shí)，則塑性變形易導(dǎo)致隧道失穩(wěn)破壞。

②炭質(zhì)板巖遇水易軟化，易風(fēng)化剝落，抗風(fēng)化能力弱。當(dāng)隧道地下水沿裂隙、夾層滲入時(shí)，會(huì)大大降低巖石強(qiáng)度，導(dǎo)致強(qiáng)度應(yīng)力比減小，易發(fā)生塑性破壞，而塑性破裂面又進(jìn)一步為地下水提供滲流通道，循環(huán)往復(fù)，導(dǎo)致圍巖強(qiáng)度進(jìn)一步降低。

3.2 軟巖變形的特征

軟巖非線性大變形力學(xué)研究的巖土體介質(zhì)已進(jìn)入到塑性、粘塑性和流變形的階段。

①軟巖隧道變形具有變形速度快，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、塑性變形量大的特點(diǎn)。

②圍巖變形具有很強(qiáng)的流變特征，具有很強(qiáng)的空間和時(shí)間效應(yīng)，變形難以收斂。在外部荷載無(wú)變化的情況下，巖體變形隨時(shí)間增長(zhǎng)逐漸加大，甚至破壞垮塌。

③變形分布不均勻，呈各向異性的變形特征。各向異性是巖體變形的一個(gè)主要特征。對(duì)于軟巖而言，軟巖中包含有大量的沉積層面、軟弱夾層、節(jié)理面、不連續(xù)裂隙面、微孔隙與微裂隙等，各向異性特征尤為顯著。其次，由于圍巖應(yīng)力場(chǎng)的非對(duì)稱(chēng)，受構(gòu)造應(yīng)力或擾動(dòng)應(yīng)力的影響，巷道周邊應(yīng)力分布不均一，有不同的破壞特征，不能用均一的支護(hù)參數(shù)去支護(hù)隧道圍巖。必須有區(qū)別性地采取支護(hù)措施，才能出現(xiàn)均勻塑性圈，使支架承受均勻荷載。

④軟巖往往具有易擾性，對(duì)卸荷松動(dòng)、施工震動(dòng)等極為敏感，施工開(kāi)挖方法、施工工序轉(zhuǎn)化對(duì)圍巖變形影響較大。

⑤變形破壞較大。隧道圍巖變形易造成拱頂下沉，邊墻收斂，鋼架扭曲折斷、初期支護(hù)開(kāi)裂掉塊、侵占二襯空間、隧道坍塌、襯砌破壞脫落等。

4 軟巖段技術(shù)控制措施

4.1 堅(jiān)持動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念

對(duì)岷江活動(dòng)斷裂帶動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)范圍D2K254+560～D2K255+040

段及軟巖變形段落D1K256+020～+120段，D1K256+120～+260

段，D2K254+920～D1K255+200段，D1K255+300～D1K256+020段，D1K256+260～+405段實(shí)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)管理。

4.1.1 加強(qiáng)超前預(yù)探及地質(zhì)調(diào)查

綜合采用TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、紅外線探測(cè)儀、超前鉆孔探測(cè)、地質(zhì)調(diào)查等綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)影響隧道穩(wěn)定的主要因素（地層巖性、結(jié)構(gòu)面特征、地下水、圍巖應(yīng)力）進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)非可溶巖地段斷層及其破碎帶、活動(dòng)斷裂帶及高壓富水地段進(jìn)行加強(qiáng)探測(cè)。針對(duì)高地應(yīng)力軟弱圍巖地段，實(shí)時(shí)進(jìn)行圍巖級(jí)別判定與修正，掌握圍巖級(jí)別變化趨勢(shì)，為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供地質(zhì)依據(jù)。

4.1.2 加強(qiáng)圍巖監(jiān)控量測(cè)

通過(guò)對(duì)隧道軟巖變形監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析，結(jié)合隧道圍巖特征、圍巖變形形態(tài)及規(guī)律進(jìn)行分析，建立以極限位移或相對(duì)位移值為控制基準(zhǔn)的圍巖變形管理基準(zhǔn)，依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所得的量測(cè)數(shù)據(jù)，作為隧道穩(wěn)定性判別標(biāo)準(zhǔn)及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的重要參考依據(jù)，以便及時(shí)修改和調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

4.2 隧道開(kāi)挖

4.2.1 隧道開(kāi)挖方式

軟巖隧道開(kāi)挖，應(yīng)盡量選擇臺(tái)階法、CRD、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等分部、分臺(tái)階開(kāi)挖的方法，能盡量縮小開(kāi)挖臨空面，并有利于圍巖變形壓力的逐步釋放，能較早地使初期支護(hù)閉合，便于控制沉降。針對(duì)本隧道岷江活動(dòng)斷裂帶及Ⅴ級(jí)圍巖破碎及富水段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，對(duì)于圍巖結(jié)構(gòu)較完整的Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖可采用短臺(tái)階法（設(shè)臨時(shí)仰拱或橫撐）。臨時(shí)仰拱采用I18工字鋼臨時(shí)支護(hù)采用C20砼。

4.2.2 隧道開(kāi)挖注意事項(xiàng)

①隧道開(kāi)挖過(guò)程中，要結(jié)合量測(cè)分析數(shù)據(jù)，預(yù)留足夠的變形量，以利于圍巖應(yīng)力的部分釋放，吸收殘余變形外力，并確保隧道襯砌輪廓不侵限。

②施工中要注意各工序?qū)λ淼婪€(wěn)定的影響。每次擾動(dòng)，圍巖應(yīng)力都要進(jìn)行重應(yīng)分布。圍巖經(jīng)過(guò)多次擾動(dòng)及應(yīng)力釋放，圍巖強(qiáng)度進(jìn)一步弱化或惡化，圍巖塑性變形區(qū)會(huì)不斷擴(kuò)大。施工中要特別注意下臺(tái)階及仰拱開(kāi)挖對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響。

③嚴(yán)格控制臺(tái)階長(zhǎng)度和高度。各步臺(tái)階開(kāi)挖長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，可根據(jù)圍巖條件進(jìn)行調(diào)整，但必須滿足相關(guān)規(guī)范及規(guī)定要求，臺(tái)階長(zhǎng)度控制在一倍洞寬以?xún)?nèi)。隧道開(kāi)挖應(yīng)確保及仰拱緊跟，盡快封閉成環(huán)，隧道仰拱封閉位置距離掌子面不得大于35 m。

④?chē)?yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺，以便盡早封閉成環(huán)。上臺(tái)階每循環(huán)開(kāi)挖支護(hù)進(jìn)尺按1～2榀鋼架間距控制，邊墻每循環(huán)開(kāi)挖支護(hù)進(jìn)尺不得大于2榀鋼架間距，仰拱開(kāi)挖前必須完成鋼架鎖腳，仰拱開(kāi)挖每循環(huán)進(jìn)尺不得大于3 m。

⑤隧道爆破開(kāi)挖采用弱爆施工，施工中加強(qiáng)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

4.3 超前支護(hù)施工

根據(jù)隧道圍巖級(jí)別及工程地質(zhì)及水文條件，分別采用超前Ф108大管棚、超前Ф89中管棚、Ф42超前小導(dǎo)管，對(duì)隧道掌子面前方進(jìn)行預(yù)加固，改善巖層物理力學(xué)性能，加固圍巖，提高圍巖穩(wěn)定能力，有效防止圍巖松弛，超前施工支護(hù)措施、材質(zhì)、布設(shè)情況以及設(shè)置范圍見(jiàn)表1。

①為增強(qiáng)管棚導(dǎo)管的抗彎能力，導(dǎo)管內(nèi)設(shè)置主筋為HRB335

Ф18 mm鋼筋籠，鋼筋籠由四肢筋和固定環(huán)組成，固定環(huán)采用5 cm長(zhǎng)Ф42壁厚3.5 mm鋼管，間距1 m。

②鋼管上鉆注漿孔，孔徑10～16 mm，孔間距15～20 cm，注漿孔呈梅花型布置，尾部留不鉆孔的止?jié){段。管棚預(yù)留止?jié){段100 cm，超前小導(dǎo)管預(yù)留30 cm。

③注漿采用1：1水泥（P.O 42.5）凈漿。大管棚注漿壓力控制在0.5～2.0 MPa，中管棚、超前小導(dǎo)管注漿壓力控制為0.5～1.0 MPa。圍巖破碎、地下水發(fā)育地段，可采用水泥-水玻璃雙液漿，漿體強(qiáng)度不低于M10。

4.4 隧道支護(hù)

4.4.1 隧道支護(hù)形式的選擇

對(duì)于軟巖隧道支護(hù)形式選擇，目前主要依據(jù)以下方面來(lái)考慮：

①應(yīng)力適度適放。隧道開(kāi)挖后，圍巖應(yīng)力在短時(shí)間內(nèi)得以釋放，從而產(chǎn)生初始的變形。此階段圍巖變形速度快，變形量大，且釋放的變形壓力大，如果隧道開(kāi)挖后立即進(jìn)行剛性支護(hù)，這時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的圍巖壓力較大，支護(hù)結(jié)構(gòu)是無(wú)法提供如此大的阻抗力。因此，可采用柔性初期支護(hù)的手段，力求有控制的產(chǎn)生一個(gè)合理厚度，有塑性圈，有約束地讓圍巖變形、釋放地應(yīng)力的目的。

②充分發(fā)揮和調(diào)動(dòng)圍巖的自承能力?，F(xiàn)代巖石力學(xué)揭示，巖石破裂后具有殘余強(qiáng)度，松動(dòng)破裂仍有相當(dāng)高的承載能力，圍巖既是支護(hù)壓力的根源，又是抵抗平衡原巖應(yīng)力的承載體，而且是主要的承載結(jié)構(gòu)體。對(duì)于軟巖變形隧道，支護(hù)的作用在于維護(hù)和提高松動(dòng)圍巖的殘余強(qiáng)度，控制圍巖的塑性化程度，從而控制塑性圈范圍，充分發(fā)揮和調(diào)動(dòng)圍巖的自承能力，并與圍巖共同作用，形成承載結(jié)構(gòu)。

③軟弱圍巖隧道變形不是單一的變形力學(xué)機(jī)制，而是集多種因素和多種變形力學(xué)機(jī)制于一體的復(fù)合型變形力學(xué)機(jī)制，應(yīng)采取多種手段進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

為此，紅橋關(guān)隧道采取復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)型式，即二次支護(hù)結(jié)構(gòu)。利用初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的及時(shí)性、粘貼性、柔韌性、密貼性等特點(diǎn)，及時(shí)封閉開(kāi)挖后的圍巖，充分發(fā)揮圍巖自身的支護(hù)作用，以控制圍巖的變形和應(yīng)力的適度釋放，進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的階段。再利用二次襯砌的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和初期支護(hù)共同作用，進(jìn)一步增加支護(hù)的強(qiáng)度和剛度，以承受來(lái)自圍巖的流變壓力，與圍巖形成整體受力體系，最終達(dá)到控制圍巖變形的目的。初期支護(hù)選擇采用噴射混凝土+鋼筋網(wǎng)+錨注+工字鋼架+鋼筋混凝土的聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，相關(guān)指標(biāo)見(jiàn)表2。

4.4.2 二次支護(hù)施作時(shí)機(jī)選擇

軟巖隧道二襯施工的關(guān)鍵在于確定隧道二次襯砌施作時(shí)間。二次支護(hù)最佳時(shí)機(jī)是圍巖應(yīng)力、塑性區(qū)及變形速度趨于穩(wěn)定，此時(shí)圍巖的膨脹變形能得到了充分釋放而圍巖自身承載能力又沒(méi)有太多的損失，也就是圍巖等速蠕變階段。此時(shí)，隧道開(kāi)挖后經(jīng)過(guò)初始蠕變的急劇變形后，圍巖應(yīng)力得到較大的釋放，圍巖變形量一般可達(dá)到總變形量的80%以上，圍巖變形速率明顯下降，此時(shí)，采用剛性的鋼筋混凝土襯砌可有效抵抗圍巖流變壓力，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

從隧道開(kāi)挖的時(shí)空效應(yīng)來(lái)理解，即在隧道開(kāi)挖變形初期（初始蠕變階段），隧道受空間效應(yīng)作用，其在隧道橫斷面上表現(xiàn)為“圓環(huán)形”的約束，在縱斷面上表現(xiàn)為“半圓彎形”的約束，這兩種約束合在一起便使得圍巖在毛洞無(wú)支護(hù)狀態(tài)下得到短暫的穩(wěn)定，此時(shí)可時(shí)及施作初期支護(hù)，有約束的讓圍巖變形，保護(hù)圍巖。當(dāng)隧道變形到了穩(wěn)定蠕變階段，這個(gè)時(shí)侯空間效應(yīng)消失，隧道圍巖轉(zhuǎn)入流變階段，此時(shí)及時(shí)施作剛性二次襯砌以抵抗巖體的后續(xù)流變變形，確保圍巖穩(wěn)定。二次支護(hù)施作時(shí)機(jī)的選擇可以通過(guò)對(duì)隧道表面位移監(jiān)測(cè)，當(dāng)隧道表面位移速度由快到趨于平緩的拐點(diǎn)附近為二次支護(hù)的最佳支護(hù)時(shí)機(jī)。同時(shí)，在距離控制上，可按二次襯砌距掌子面約3～3.5 D來(lái)把握。此時(shí)隧道開(kāi)挖后的空間效應(yīng)已基本結(jié)束，逐步轉(zhuǎn)入以時(shí)間效應(yīng)為主的等速蠕變階段。鐵道部對(duì)于軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道的二次襯砌與掌子面距離作了嚴(yán)格規(guī)定，二次襯砌與掌子面的距離不得大于70 m。

4.4.3 隧道支護(hù)施工的注意事項(xiàng)

①開(kāi)挖后，立即組織混凝土初噴，初噴厚度3～5 cm，及早封閉圍巖。待布設(shè)錨桿、鋼筋網(wǎng)及鋼架后進(jìn)行復(fù)噴砼施工。復(fù)噴砼分層施作。濕噴混凝土一次噴層厚度，拱部為7 cm，邊墻為10 cm以上。

②所有系統(tǒng)錨桿均應(yīng)設(shè)置鋼墊板。鋼墊板盡量和鋼筋網(wǎng)、鋼架焊接連成整體。

③注意鋼架接頭處理。鋼架接頭盡量避開(kāi)同一截面鋼架拱部節(jié)點(diǎn)受力較薄弱。在臺(tái)階法施工中，要考慮上下臺(tái)階圍巖收斂變形不一致對(duì)鋼架接頭安裝的影響。

④注重各向異性，抓住關(guān)鍵部位補(bǔ)強(qiáng)。對(duì)軟弱圍巖隧道的破壞是一個(gè)漸進(jìn)的力學(xué)特征，總是從某一個(gè)或幾個(gè)部位開(kāi)始變形、損傷，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)支護(hù)系統(tǒng)的失穩(wěn)。隧道開(kāi)挖后必須認(rèn)真加強(qiáng)隧道地質(zhì)觀察與分析，有效判定控制巖體變形破壞的主要因素以及隧道應(yīng)力集中部位，對(duì)重要部位進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)支護(hù)。

⑤高度重視隧道注漿工作。注漿加固，可有效封堵圍巖裂隙，阻斷滲水通道，同時(shí)可提高壓注地層的物理力學(xué)性能，大大提高圍巖整體抗拉剪強(qiáng)度，對(duì)活動(dòng)斷裂帶可采取帷幕注漿手段進(jìn)行圍巖堵水加固。

⑥加強(qiáng)隧道出口段反坡施工排水，避免墻腳被長(zhǎng)期浸泡而發(fā)生底鼓。

4.5 監(jiān)控量測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

4.5.1 隧道監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)

監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于選測(cè)項(xiàng)目的選取上。對(duì)于軟巖變形隧道，選測(cè)項(xiàng)目體現(xiàn)以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

①地應(yīng)力的監(jiān)測(cè)。

②內(nèi)部位移值的監(jiān)測(cè)。

③各結(jié)構(gòu)承受變形壓力情況。

軟巖變形段監(jiān)控量測(cè)選測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表3。

4.5.2 軟巖隧道大變形坍塌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)變形是圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)承載能力和安全性的最直觀反映，不論何種機(jī)制的圍巖大變形，圍巖的坍塌和支護(hù)系統(tǒng)的破壞都是變形發(fā)展的一定程度的必然結(jié)果。圍巖穩(wěn)定狀態(tài)體現(xiàn)為隧道圍巖變形速率呈遞減趨勢(shì)并逐漸趨于零，而失穩(wěn)狀態(tài)則表現(xiàn)為圍巖變形速率呈遞增趨勢(shì)，最終累計(jì)位移超過(guò)極限位移而失穩(wěn)。

因此圍巖變形預(yù)警可將凈空變化、拱頂下沉觀測(cè)等可直觀反映隧道穩(wěn)定與變形情況的位移量測(cè)項(xiàng)目作為變形預(yù)警首選監(jiān)控項(xiàng)目，根據(jù)日常監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，繪制位移時(shí)態(tài)曲線，對(duì)各時(shí)刻的總位移量、位移速度及位移加速度的變化趨勢(shì)加以分析，從而對(duì)圍巖的變形狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)趨勢(shì)預(yù)測(cè)，建立最大日變形量和累計(jì)變形量的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制。同時(shí)也可選取圍巖內(nèi)部位移、錨桿桿體應(yīng)力、鋼架受力、二次襯砌接觸受力等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，作為監(jiān)控量測(cè)的拓展和補(bǔ)充，一并納入監(jiān)控預(yù)警項(xiàng)，預(yù)警管理見(jiàn)表4。

5 結(jié) 語(yǔ)

紅橋關(guān)隧道隧址區(qū)為三疊系上統(tǒng)新都橋組炭質(zhì)板巖夾板巖、砂巖；侏倭組板巖、砂巖夾炭質(zhì)板巖及斷層角礫巖，該隧址區(qū)地質(zhì)條件極其復(fù)雜且最大埋深為410 m，隧道易發(fā)生大變形，需重點(diǎn)加以防范。

①堅(jiān)持動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念，加強(qiáng)綜合探測(cè)和監(jiān)控量測(cè)，實(shí)時(shí)進(jìn)行圍巖分級(jí)判定和修正，建立以極限位移或相對(duì)位移值為控制基準(zhǔn)的圍巖變形管理基準(zhǔn)。

②根據(jù)工程地質(zhì)條件，優(yōu)先選用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和短臺(tái)階法組織施工，實(shí)行分部、分臺(tái)階開(kāi)挖，盡快封閉圍巖，確保圍巖穩(wěn)定。

③采用噴射混凝土+鋼筋網(wǎng)+錨注+工字鋼架+鋼筋混凝土的聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，對(duì)關(guān)鍵部位必須加強(qiáng)支護(hù)。

④加強(qiáng)注漿工作。認(rèn)真做好超前管棚、導(dǎo)管注漿及隧道徑向錨桿注漿，加固圍巖，封堵裂隙。

⑤根據(jù)隧道的實(shí)際情況，建立日常監(jiān)控量測(cè)管理體系，在必測(cè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)地應(yīng)力、內(nèi)部位移及各結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測(cè)。

⑥選擇可直觀反映隧道穩(wěn)定與變形情況的位移量測(cè)項(xiàng)目作為變形預(yù)警首選監(jiān)控項(xiàng)目，建立最大日變形量和累計(jì)變形量的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制。

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