公路隧道洞口段施工技术及变形控制监测

罗明恒 王世平

(神农架神松建筑有限责任公司，湖北 神农架 442400)



公路隧道洞口段施工技术及变形控制监测

罗明恒 王世平

(神农架神松建筑有限责任公司，湖北 神农架 442400)

受浅埋、偏压、岩体破碎等因素影响，晏家隧道的洞口段施工尤为困难，为解决该隧道进洞难题，现场采用了“综合超前支护+CRD开挖工法+复杂初期支护”相结合的洞口段施工技术，结合现场严密监控量测，对地表沉降、拱顶沉降、洞内收敛进行实时监测，将监测结果动态反馈给施工及设计进行修正，使隧道洞口段得以顺利成洞，表明该施工技术能够为公路隧道洞口段施工提供参考。

公路隧道，洞口段，围岩变形，监控量测

0 引言

该隧道在施工过程中发生了诸多工程地质问题及工程事故，如：隧道洞口段施工十分困难、围岩大变形频发、隧道塌方掉块严重等等，这些问题的发生，与隧道所处的特殊地质条件有直接关系。受浅埋、偏压、岩体破碎等因素影响，该隧道的洞口段施工尤为困难，为解决该隧道进洞难题，现场采用了“综合超前支护+CRD开挖工法+复杂初期支护”相结合的洞口段施工技术，结合现场严密监控量测，使隧道得以顺利进洞，表明该施工技术能够对公路隧道洞口段施工提供有效指导。

1 工程地质条件

1.1 地形地貌

晏家隧道区地形属于冲沟、斜坡，地貌形态为构造剥蚀侵蚀中低山。该隧道途经区域地貌整体呈波状起伏，高程约为610.0 m～780.0 m，拟建横向穿越山脊，在跨越山体分水岭后，隧道穿出山体。隧道进洞口段里程为ZK227+340，洞口段存在一处边坡，坡角较陡，呈40°～70°。

1.2 地质构造

隧道地质构造较为复杂，洞身穿越杨家山向斜内，该向斜属于北西向的竹溪褶皱束，地层主要为志留系，隧址位于向斜翼部，整体产状为单斜产状，倾向北东，产状为27°～40°∠34°～36°，节理发育。隧道区未见发育的区域性断裂。

1.3 地层岩性

隧道区主要发育第四系全新统、志留系中统竹溪群等地层。隧道穿越强风化绢云母片岩：浅灰色，母岩结构大部分已被破坏，构造不清晰，节理裂隙十分发育，矿物成分已显著变化，岩芯多呈碎块状，原岩遇水极易软化，强度明显降低，手摸有滑腻感。隧道洞口段岩体破碎程度大，强度低，结构面发育，表明该处岩体工程力学性质较差。

2 隧道洞口段施工

受隧道浅埋、偏压、岩体破碎以及岩体强度低等因素的影响，晏家隧道的洞口段施工尤为困难，为解决该隧道进洞难题，现场采用了“综合超前支护+CRD开挖工法+复杂初期支护”相结合的洞口段施工技术。

2.1 综合超前支护

综合超前支护包括超前锚杆、超前小导管、超前管棚、预注浆加固为主的支护方案[1-4]。

2.1.1 超前支护参数选取

晏家隧道洞口段浅埋、偏压，且岩体风化程度大，造成进洞十分困难，而管棚能够有效解决主要的承力问题。故在ZK227+340～ZK227+370区段采用超前管棚，选断面ZK227+355作为研究对象。管棚的材料参数：长度30 m、直径108 mm、壁厚5 mm的钢管。倾角与线路纵坡平行，方向与线路中线一致，相邻钢管之间的接头应至少错开1 m，管环之间的距离为40 cm，钢管内注入水泥浆(水灰比0.8∶1，注浆压力0.5 MPa～1.0 MPa)，如图1所示。

2.1.2 超前支护施工工序

晏家隧道洞口进口段综合超前支护的施工顺序为：施工准备(场地平整、施工平台搭设)→测量放样→钻机就位(校正角度)→上钻具和套管→钻进→退钻杆和钻具→管棚加工及安装→封闭管尾→注浆施工。

2.2 CRD开挖工法

针对隧道洞口段浅埋偏压的特点，施工方法的选择非常重要，经过比选，晏家隧道洞口进口段选用的开挖方法是CRD法。

CRD开挖方法的开挖步骤：Ⅰ为施作超前支护；1为左侧上部开挖；Ⅱ为左侧上部初期支护；2为右侧上部开挖；Ⅲ为右侧上部初期支护；3为左侧下部开挖；Ⅳ为左侧下部初期支护；4为右侧下部开挖；Ⅴ为右侧下部初期支护；Ⅵ为仰拱填充浇筑；Ⅶ为施作二次衬砌，CRD开挖方法施工工序横断面图见图2。

2.3 复杂初期支护

由于晏家隧道洞口段属于Ⅴ级围岩，因此设计复杂初期支护包括喷射混凝土→立钢架→挂钢筋网→打锚杆→锚杆注浆→再次喷射混凝土。

3 隧道洞口段变形监控量测

在采用“综合超前支护+CRD开挖工法+复杂初期支护”相结合的洞口段施工技术对晏家隧道洞口开挖后，还必须实施严密现场监控量测，以掌握控制洞口段开挖后的围岩稳定性及变形，并动态反馈以便采取进一步的措施。

选用晏家隧道洞口段ZK227+355监测断面实测数据进行分析，测点的安设应能保证在初支后2 h内和下一循环开挖前测到初次读数，并安设在距开挖面2 m范围内，拱顶下沉和水平收敛量测都在同一掌子面。

3.1 地表沉降分析

地表沉降量测主要是量测地表布置点垂直方向的位移，选取典型的5个沉降测点，得出各测点时态曲线如图3所示。从测点的地表沉降可以看出，拱顶上方中间点的沉降值比较大，说明该地段围岩处于浅埋段，开挖很明显影响到地表的垂直位移。沉降图形显示隧道左右侧沉降不对称且有明显差异，说明隧道进口存在一定偏压。

如图3所示地表沉降时态曲线表明了监测点在每个分部开挖前后变化明显，变形曲线出现了反弯点，这些反弯点表示每部的开挖对地表都有影响。拱顶上部的点影响比较明显，远离拱顶垂直方向的点沉降值较小。

3.2 拱顶沉降分析

拱顶沉降测点的监测断面拱顶下沉时态曲线如图4所示。

根据现场施工发展情况，拱顶沉降图主要表现为台阶式下降曲线，具有四个明显的阶段，监测断面的各个分部开挖时都出现了明显的反弯点。它们主要说明了每个部分开挖时相互之间有干扰现象，其中开挖各分部对左边拱顶测点(测点Z)变形的影响较大，并且从大到小为：①>③>②>④，说明采用CRD开挖方法后各施工部受偏压影响相对较小，施工工法合理。

3.3 洞内收敛分析

隧道洞内周边收敛主要通过收敛趋势来判断隧道侧向的稳定性，监测断面周边收敛时态曲线如图5所示。

从图5中可以看出测线AC洞周水平收敛时态曲线划分为四个阶段，并且在①部开挖时变形最大，随着②部的开挖，测线AC和测线BC变化趋势出现了相反现象，主要是由于①部开挖后及时做了临时支护，所以变形慢慢变小并趋于稳定趋势。测线BC在④部开挖后趋于稳定但仍然比测线AC的收敛值大，主要是由于右边部分受到偏压的影响。测线DF和测线EF的水平收敛较小，主要是因为CRD施工工法中的临时支撑起到了作用，并且从水平收敛图中可以看出偏压现象。

4 结语

本文经过上述研究，得到以下结论：

1)对于受浅埋、偏压、岩体破碎等因素影响难以进洞的隧道，采用“综合超前支护+CRD开挖工法+复杂初期支护”相结合的洞口段施工技术能够取得满意的效果。

2)除了采取上述洞口段施工技术外，严密的现场实时监控量测，也是必不可少的，监控量测的实施，一方面能实时掌握隧道洞口开挖后的稳定性，另一方面能够动态反馈给现场设计及施工人员，以便及时根据监测数据采取进一步处治措施。

[1]舒家华,闫天俊,谢超美.复杂地层隧道洞口施工方案设计要点的探讨.地质科技情报,1999(S1):104-105.

[2]汪 宏,蒋 超.浅埋偏压隧道洞口坍方数值分析与处治.岩土力学,2009(11):3481-3485.

[3]周顺华.软弱地层浅埋暗挖施工中管棚法的棚架原理.岩石力学与工程学报,2005(14):2565-2570.

[4]李松柏,方理刚,李宏泉.钢管预加固措施对隧洞围岩变形的影响分析.岩土力学,2006(2):327-331.

[5]彭立敏,施成华,韩玉华.浅埋隧道地表锚杆预加固的作用机理与分析方法.铁道学报,2000(1):87-91.

[6]柴顺林.新宝塔山隧道浅埋段注浆加固技术.铁道建筑技术,2011(8):44-46.

[7]De Qinggan, Hong Jianlu, Xiao Nalu, et al. Numerical Analysis of Western Hills Highway Tunnel Excavation and Support . Information Computing and Applications,2011(8):41-47.

[8]韩 剑,胡 平,陈建勋.包(头)茂(名)高速公路小河至安康段隧道进洞技术.公路,2010(7):212-216.

Construction technology and monitoring of deformation control of tunnel entrance section in highway tunnel

Luo Mingheng Wang Shiping

(ShennongjiaShensongConstructionCo.,Ltd,Shennongjia442400,China)

As the shallow buried, bias, crushing of rock mass, the entrance section construction of Yanjia tunnel is particularly difficult. In order to solve the problem of tunnel entrance, this paper has adopted the combining construction technology of “comprehensive forepole+CRD excavation method+ primary support complex”. Further more, closely monitoring measurement was taken, such as the surface settlement, vault subsidence, hole convergence. Feedback the dynamic monitoring data to the construction and design to some modification if that is need. The tunnel entrance section smoothly into a hole show that the construction technology of highway tunnel entrance section could provide effective reference to the similar engineering.

highway tunnel， tunnel entrance section， surrounding rock deformation， monitoring measurement

1009-6825(2015)18-0185-03

2015-04-20

罗明恒(1983- )，男，工程师； 王世平(1969- )，男，工程师

U455.4

A