小凈距隧道圍巖松動范圍的測試與分析

郭 磊 程 康 陳俊強

(武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430070)

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小凈距隧道圍巖松動范圍的測試與分析

郭 磊 程 康 陳俊強

(武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430070)

結(jié)合馮家梁子小凈距隧道的工程概況及開挖參數(shù)，對隧道圍巖松動范圍進行了檢測，并對實測數(shù)據(jù)進行了整理分析，指出小凈距隧道先行洞爆破開挖會加大小凈距隧道的中夾巖柱的松動范圍。

小凈距隧道，圍巖，聲波法，中夾巖，松動圈

0 引言

目前，在我國中西部鄂東山嶺地區(qū)，隧道的開挖大部分仍然是利用爆破開挖的方式。雖然，如臺階法開挖，光面爆破技術(shù)，以及單側(cè)壁導(dǎo)坑法等技術(shù)的出現(xiàn)能夠一定程度上降低爆破對于隧道圍巖的震動影響，但是爆破震動仍然會影響到一定范圍內(nèi)的圍巖，尤其是在軟弱圍巖地區(qū)，這一問題更為嚴重。同時，由于隧道圍巖原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)受到爆破震動的破壞，受影響部分的隧道圍巖應(yīng)力發(fā)生了重分布，并且會出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。如果集中應(yīng)力的程度達到了圍巖的強度，那么隧道圍巖就可能發(fā)生破壞。隧道圍巖經(jīng)過破壞后會在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生圍巖松動，即隧道圍巖松動圈[1]。

一般來說，小凈距隧道是依據(jù)JTJ 026—90公路隧道設(shè)計規(guī)范來確定的，即隧道雙洞間的凈距比較小，一般小于1.5倍洞的跨度[2]。不同于常見的連拱隧道和普通分離式隧道，小凈距隧道有眾多的優(yōu)點，如施工工藝較為簡單、易于防水，并且造價容易控制等。因此，在工程中的應(yīng)用逐漸廣泛，頗受歡迎。但這種隧道也存在一些關(guān)鍵性問題有待研究解決[3]。由于凈距較小,在施工過程中的爆破震動影響彼此互相疊加，使得隧道的圍巖松動甚至破壞，進而使得隧道在施工及使用過程中存在安全隱患。

因此，對小凈距隧道圍巖松動范圍進行測試和分析就是非常必要的，明確在施工過程中隧道的受力及變形特點，以驗證小凈距隧道支護結(jié)構(gòu)體系設(shè)計的可靠性，同時也為小凈距隧道施工過程中支護結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供依據(jù)和指導(dǎo)，以確保隧道圍巖在施工以及使用過程中的穩(wěn)定性和安全性。

1 工程背景

1.1 工程概況

麻竹高速公路宜城至?？刀务T家梁子隧道位于湖北省南漳縣，其進口位于南漳縣長坪鎮(zhèn)馮家梁子，出口位于南漳縣長坪鎮(zhèn)鐘鼓坪村，走向約243°，呈北東—南西向展布。隧道所在區(qū)褶皺帶、斷裂帶斜貫全區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，屬典型的強風化泥質(zhì)頁巖，易風化，遇水易軟化，陡節(jié)理裂隙發(fā)育。

馮家梁子隧道為小凈距隧道，其中夾巖厚度為9.59 m～12.59 m。隧道左幅里程樁號ZK65+035～ZK65+595，全長560 m，最大埋深為87.2 m；右幅里程樁號YK65+042～YK65+587，全長545 m，最大埋深80.3 m。隧道內(nèi)空斷面凈寬11.2 m，凈高7.0 m。隧道最大開挖跨度是12.40 m，最大的開挖高度是9.70 m。

1.2 工程開挖參數(shù)

馮家梁子小凈距隧道采用的是三臺階爆破開挖，臺階寬度為3 m左右，每一次開挖進尺不大于1.5 m。炮孔深度在1.0 m～1.5 m左右，炮孔間隔為1.0 m左右。每次爆破開挖炮孔共計40個～50個，裝藥量共計20 kg～30 kg，具體視圍巖情況而定。

2 松動圈測試技術(shù)及現(xiàn)場方案

2.1 圍巖松動圈測試技術(shù)

目前，測試圍巖松動范圍的方法大體包括以下幾種：地震波法，地質(zhì)雷達法，電阻率，多點位移計法，滲透法以及聲波法等，這些方法已經(jīng)在許多工程和煤礦隧道工程中得到應(yīng)用。

本文主要結(jié)合馮家梁子小凈距隧道施工中的監(jiān)控測量，僅對聲波法測試進行分析和探討。

隨圍巖密度降低、介質(zhì)裂隙發(fā)育、聲阻抗增大而減小,隨應(yīng)力增大、密度增加而增大。因此, 如果波速低則表明圍巖可能存在缺陷或裂縫；測得的波速比較高則表明隧道圍巖未受破壞，其完整性比較好。對圍巖不同深度的多個斷面進行聲波測試,作出波速—深度曲線,然后再結(jié)合小凈距隧道所在地的圍巖類型及相關(guān)資料可推斷出所測試隧道的圍巖松動范圍[4]。

聲波測試法，其理論基礎(chǔ)是彈性波在固體中的傳播理論，其方法是人工施加振動，向傳播介質(zhì)(混凝土構(gòu)筑物、巖土體等)發(fā)射聲波，在一定距離之外接收聲波。通過測量和分析在不同介質(zhì)中聲波的振幅、傳播速度以及聲學(xué)參數(shù)等，來解決巖土及隧道工程中的一系列問題[5]。

超聲波檢測是快速，靈活，低投入，高科技的無損檢測技術(shù)的方法。在建設(shè)工程質(zhì)量控制和地質(zhì)調(diào)查方面得到廣泛使用，它的測試原理如圖1所示。本次試驗所采用的RS-ST01C是集電子技術(shù)、計算機技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)于一體的，高效、穩(wěn)定、便攜的新一代智能化測試儀。

2.2 現(xiàn)場測試方案布置

根據(jù)隧道的施工進度及工程地質(zhì)情況，在小凈距隧道的后行洞選擇了具有代表性的3組斷面，分別為ZK65+230，ZK65+240，ZK65+250。斷面的左側(cè)為小凈距隧道中夾巖柱。在每個斷面的隧道兩側(cè)拱腳處鉆孔2個，孔深度為3 m左右，2孔間距為60 cm左右。2個斷面共計8個孔。檢測時分別將2個探頭放入2個孔中，一個探頭發(fā)射另一個探頭接收，如圖2所示。每隔0.25 m測讀一次數(shù)據(jù)。

3 測試結(jié)果分析

經(jīng)過對三組斷面利用聲波法進行測試，得到不同深度圍巖處的波速值，見表1。分析三組數(shù)據(jù)并且整理，得到了波速—深度曲線如圖3所示。

表1 各斷面不同深度處的波速值

孔深m1號斷面波速Vpm/s2號斷面波速Vpm/s3號斷面波速Vpm/s左側(cè)右側(cè)左側(cè)右側(cè)左側(cè)右側(cè)0.254400445244004452404038520.504446487344463373384643730.754664527945643779486442791.005545537355455773454550731.254867569248675892486747921.505453536254535362475348621.755000582450005824500057242.005116543354165333531653332.255310582350695316523951012.505369531650465873506950262.75504655735323582650465273

從圖3中我們可以看出，1號斷面左側(cè)與2號斷面左側(cè)的圍巖在1.50 m深度處波速開始降低。2號斷面的右側(cè)以及1號斷面的右側(cè)均是在深度為1.00 m左右時出現(xiàn)了波速明顯降低的變化。3號斷面的左右兩側(cè)在深度為1 m處開始出現(xiàn)波速降低。

分析結(jié)果顯示隧道圍巖的松動范圍在1.0 m～1.5 m，屬于中松動圈，同時馮家梁子隧道圍巖為強風化頁巖，屬于一般圍巖。因此，可采取復(fù)合支護結(jié)構(gòu)，包括初支與二襯。其中初次支護錨噴支護，錨桿采用HRB335級鋼筋，L=3 500 mm，φ=25 mm，梅花形布置，隧道斷面方向間距d=1 200 mm，隧道軸線方向間距d=800 mm。φ=6 mm,25 mm×25 mm鋼筋網(wǎng)。噴射25 cm厚的C20素混凝土。二襯采用φ=25 mm鋼筋，40 cm厚C35混凝土。

4 結(jié)語

根據(jù)聲波法的測試結(jié)果，可以確定1號斷面左側(cè)及2號斷面左側(cè)的圍巖松動范圍在1.50 m深左右；2號斷面右側(cè)圍巖以及1號斷面右側(cè)圍巖的松動范圍均是1.00 m深左右；3號斷面的兩側(cè)的松動范圍均是1.00 m左右。而1號斷面與2號斷面左側(cè)的松動范圍比右側(cè)的松動范圍大則恰好說明了由于先行洞爆破開挖對于中夾巖柱產(chǎn)生了影響。除此之外波速的小幅度變化則是由于圍巖條件復(fù)雜、等級較差，這也與馮家梁子隧道圍巖為典型的強風化泥質(zhì)頁巖這一事實相吻合。

[1] 龔建伍，夏才初，朱合華.鶴上隧道圍巖松動圈測試與分析[J].地下空間與工程學(xué)報,2007(3):475-478.

[2] 劉 偉，靳曉光，陳少華.高速公路小凈距隧道合理凈距的探討[J].地下空間,2004(3):380-385.

[3] 宋天宇，王述紅，萬明富，等.爆破施工下小凈距隧道圍巖穩(wěn)定性分析[J].地下空間與工程學(xué)報，2013(2):380-386.

[4] 賈穎絢，宋宏偉.巷道圍巖松動圈測試技術(shù)與探討[J].西部探礦工程，2004(10)：148-150.

[5] 鄭學(xué)貴，丁 浩.小凈距隧道圍巖松動圈測試與分析[J].公路交通技術(shù)，2005(1)：95-98.

The test and analysis on small clear distance tunnel surrounding rock looseness range

Guo Lei Cheng Kang Chen Junqiang

(CivilEngineeringandArchitectureInstitute,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)

Combining with the engineering survey and excavation parameters of small clear distance tunnel in Fengjialiangzi, this paper tested the tunnel surrounding rock looseness range, and made profound analysis on measured data, pointed out that the first hole blasting excavation of small clear distance tunnel would increase the looseness range of surrounding rock of small clear distance tunnel.

small clear distance tunnel, surrounding rock, acoustic method, surrounding rock, looseness circle

1009-6825(2016)11-0183-02

2016-01-29

郭 磊(1988- )，男，在讀碩士; 程 康(1962- )，男，教授; 陳俊強(1990- )，男，在讀碩士

U451.2

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