蘇亭隧道淺埋段施工與監(jiān)測(cè)分析

付智源

（山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600）

0 引言

隧道淺埋段施工對(duì)圍巖擾動(dòng)較大，如果開挖或支護(hù)方法選擇不當(dāng)，很容易產(chǎn)生塌方冒頂事故，造成人員和財(cái)產(chǎn)損失[1]。本文結(jié)合國道207蘇亭隧道淺埋段施工案例，根據(jù)工程地質(zhì)情況制定施工方案，并在施工過程中布置測(cè)點(diǎn)對(duì)邊坡、隧道圍巖變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析確定淺埋段隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)而確定設(shè)計(jì)與施工方案的可行性。

1 蘇亭隧道工程簡介

蘇亭隧道位于山西省左權(quán)縣蘇亭村，屬于國道207山西段公路工程，設(shè)計(jì)長度384 m，采用一級(jí)公路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度為60 km/h，設(shè)計(jì)寬度9.75 m，設(shè)計(jì)高度5.0 m。隧道所處區(qū)域降雨量較少，沿線未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象，山體坡度約50°～80°，基巖裸露面積較大。隧道最大埋深129.10 m，最小埋深為5.21 m，淺埋段位于隧道進(jìn)出口段。隧址區(qū)地層主要由殘積土、中、強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖組成，其中淺埋段主要為殘積土和強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖，圍巖較破碎，裂隙發(fā)育，完整性較差。經(jīng)調(diào)查，隧道淺埋段LK11+616—LK11+640、LK11+968—LK12+000、K11+605—K11+632、K11+985—K12+005圍巖級(jí)別為V級(jí)，開挖后容易產(chǎn)生塌方，自穩(wěn)能力較差。

2 隧道淺埋段施工方案

2.1 隧道進(jìn)、出口淺埋段穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

隧道左右線進(jìn)口均為第四系覆蓋層、震旦系串嶺溝組強(qiáng)風(fēng)化砂巖，圍巖穩(wěn)定性較差，長時(shí)間裸露會(huì)產(chǎn)生掉塊或塌方現(xiàn)象。圍巖等級(jí)均為V級(jí)，圍巖較破碎，自穩(wěn)能力差，開挖后洞內(nèi)有點(diǎn)滴狀或雨淋狀出水，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)18條裂隙，經(jīng)分析不會(huì)引起邊坡滑動(dòng)。

2.2 施工方案

結(jié)合隧道淺埋段圍巖情況，在保證圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下，制定淺埋段開挖和支護(hù)方案。超前支護(hù)采用30 m長管棚，鉆孔后預(yù)埋108 mm導(dǎo)向管，管棚采用89 mm鋼花管，預(yù)加工注漿孔，管棚布置環(huán)向間距40 cm。管棚安裝后進(jìn)行注漿，漿液采用水泥-水玻璃雙液注漿，漿液固結(jié)后形成0.8～1 m的保護(hù)圈。洞口淺埋段開挖采用留核心土的弧形導(dǎo)坑法方式[2]，初期支護(hù)采用鋼支撐+錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)。開挖后及時(shí)施作初期支護(hù)，盡可能降低圍巖裸露時(shí)間，防止產(chǎn)生掉塊塌方事故。隧道開挖采用預(yù)裂爆破，施工過程中控制裝藥量，嚴(yán)格控制超挖，并盡量采用機(jī)械開挖。布置測(cè)點(diǎn)，嚴(yán)格按照《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTGT 3660—2020）要求開展監(jiān)控量測(cè)，收集整理數(shù)據(jù)分析圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)、原地面的穩(wěn)定性和安全性，做好動(dòng)態(tài)施工管理。

3 隧道淺埋段監(jiān)測(cè)方案

隧道淺埋段開挖施工前布置測(cè)點(diǎn)，分別在淺埋段施工和明洞回填施工過程中對(duì)地表下沉、拱頂下沉、周邊位移和邊坡變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，本文主要對(duì)地表下沉和邊坡變形監(jiān)測(cè)方案和監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行重點(diǎn)分析。

3.1 地表下沉監(jiān)測(cè)方案

在隧道淺埋段開挖前布置地表下沉測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)應(yīng)與拱頂下沉和周邊位移測(cè)點(diǎn)位于同一監(jiān)測(cè)斷面。各斷面地表下沉測(cè)點(diǎn)橫向間距為2～5 m，其中隧道中部較密，兩側(cè)間距較大，縱向間距根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTGT 3660—2020），量測(cè)范圍應(yīng)超出隧道施工范圍[3]。地表沉降在隧道開挖前開始量測(cè)，待二次襯砌施工完成，沉降變形趨于穩(wěn)定后停止，測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 隧道淺埋段地表下沉測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：cm）

3.2 隧道邊坡監(jiān)測(cè)方案

為了確定隧道進(jìn)口邊坡的沉降變形情況，保證邊坡的安全穩(wěn)定性，在隧道施工過程中布置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行邊坡變形監(jiān)測(cè)。通過監(jiān)測(cè)，分析邊坡的變形趨勢(shì)，進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，保證施工安全。如發(fā)現(xiàn)邊坡存在滑塌風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可及時(shí)制定措施進(jìn)行防護(hù)，最大限度地降低危害。隧道邊坡變形監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)采用沖擊鉆鉆孔埋設(shè)，布置間距為5～10 m，測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。如果邊坡上有明顯的裂縫，應(yīng)在裂縫寬度最大處和末端分別布置測(cè)點(diǎn)。平面和高程基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在穩(wěn)固的位置，確?；鶞?zhǔn)點(diǎn)可以長期使用[4]。當(dāng)邊坡豎向位移變形速率超過3 mm/d時(shí)，應(yīng)立即停工查明原因后制定方案進(jìn)行加固處理。

圖2 邊坡變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

4 隧道淺埋段監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

4.1 地表下沉監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

4.1.1 地表淺埋段施工期間

在隧道進(jìn)出口地表分別布置測(cè)點(diǎn)并開展監(jiān)測(cè)，選取有代表性的4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制沉降量-時(shí)間變化曲線如圖3所示。

圖3 隧道淺埋段地表下沉沉降量-時(shí)間變化曲線

分析各監(jiān)測(cè)斷面地表下沉變化曲線，地表下沉呈現(xiàn)開挖支護(hù)施工早期變形速率較大，個(gè)別斷面甚至出現(xiàn)了突變現(xiàn)象，初支仰拱施工完成封閉成環(huán)后變形逐步減小，并逐步趨于穩(wěn)定。分析原因是由于隧道圍巖開挖后破壞了原有的天然平衡，圍巖應(yīng)力釋放，導(dǎo)致產(chǎn)生了較大變形，而初期支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)后有效控制了圍巖變形，使地表下沉逐步趨于穩(wěn)定。

4.1.2 明洞回填階段地表沉降

在隧道明洞回填階段，對(duì)地表下沉開展監(jiān)測(cè)，選取隧道進(jìn)出口4個(gè)測(cè)點(diǎn)部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，繪制沉降量-時(shí)間變化曲線如圖4所示。

圖4 明洞回填階段地表下沉沉降量-時(shí)間變化曲線

分析圖4地表沉降變化曲線，回填前期變化速率相對(duì)較快，后期逐步趨于平緩，且總體變形量不大，曲線總體變化較穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)突變現(xiàn)象。分析原因是由于隧道已完工，隧道進(jìn)出口淺埋段變形基本穩(wěn)定，雖然受明洞回填施工擾動(dòng)產(chǎn)生了一定的沉降變形，但總體變形量不大，說明隧道結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 邊坡變形監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

4.2.1 邊坡淺埋段施工期間

隧道淺埋段施工前先進(jìn)行邊坡開挖與防護(hù)，坡面防護(hù)采用錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土。淺埋段開挖前，在邊坡上部布置測(cè)點(diǎn)，并采集初始值。在淺埋段開挖施工過程中，選取隧道進(jìn)口4個(gè)測(cè)點(diǎn)部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，繪制各測(cè)點(diǎn)累積沉降量-時(shí)間變化曲線如圖5所示。

圖5 隧道邊坡累積沉降量-時(shí)間變化曲線

分析圖5所示隧道邊坡累積沉降量變化曲線，在隧道開挖前期變形速率較大，并出現(xiàn)了突變現(xiàn)象，后期逐步趨于穩(wěn)定。分析原因是由于施工初期受開挖、支護(hù)等施工擾動(dòng)較大，隧道淺埋段圍巖變形也較大造成的。后期隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成，圍巖變形得到了有效控制，邊坡變形也逐步趨于穩(wěn)定，累積沉降量穩(wěn)定在30 mm左右。此外，監(jiān)測(cè)過程中未發(fā)現(xiàn)邊坡出現(xiàn)裂縫、沉陷等，這也說明隧道邊坡穩(wěn)定性良好，邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)有效加固了坡體。

4.2.2 明洞回填階段邊坡變形

在明洞回填階段，對(duì)隧道邊坡變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，選取位于洞口等不利位置的4個(gè)測(cè)點(diǎn)部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，繪制累積沉降量-時(shí)間變化曲線如圖6所示。

圖6 明洞回填階段邊坡累積沉降量-時(shí)間變化曲線

分析圖6所示邊坡累積沉降量變化曲線，在回填階段邊坡各測(cè)點(diǎn)變形穩(wěn)定，累積變形量較小，監(jiān)測(cè)后期沉降變形基本穩(wěn)定，說明邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

另外，在隧道淺埋段施工期間，拱頂下沉和周邊位移監(jiān)測(cè)也呈現(xiàn)前期大、后期變形下降并逐步趨緩的變化趨勢(shì)，隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)也達(dá)到了穩(wěn)定的狀態(tài)。在明洞回填階段，隧道拱頂出現(xiàn)了較小的豎向變形，周邊位移變形量也較小，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定?？傊?，通過監(jiān)測(cè)分析，隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)均處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明隧道淺埋段支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)合理，可以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和施工安全。

5 結(jié)語

蘇亭隧道施工過程中，為驗(yàn)證隧道邊坡和淺埋段支護(hù)施工方案的可行性，布置測(cè)點(diǎn)對(duì)圍巖和邊坡的變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析監(jiān)測(cè)結(jié)果得出以下結(jié)論：

a）在隧道淺埋段施工初期，地表下沉和邊坡沉降量均較大，后期逐步趨于平緩，達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。

b）在隧道明洞回填階段，地表下沉和邊坡累積沉降變形量均較小，說明淺埋段和邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)可有效控制變形，起到了明顯的加固作用，隧道淺埋段和邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

c）結(jié)合隧道淺埋段施工和明洞回填階段隧道拱頂下沉和周邊位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，均呈現(xiàn)開挖后沉降量較大，后期逐步趨于平緩的趨勢(shì)，說明隧道支護(hù)參數(shù)可有效控制圍巖變形，達(dá)到了預(yù)期的加固效果，隧道淺埋段施工方案可行。