隧道工程的優缺點范文

導語：如何才能寫好一篇隧道工程的優缺點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：旋噴；擺噴；截滲墻

中圖分類號：K826.16 文獻標識碼：A 文章編號：

1引言

臨沂市三河口隧道為水下隧道，區域內的地層主要為第四系河流相沖洪積粘性土、砂土等覆蓋層[1]，整條隧道采用明挖法施工，主要采用圍堰擋水，為了保證施工圍堰能滿足滿足防水、防滲的功能要求，通過高壓噴射旋噴和擺噴形成截滲墻，達到圍堰內施工要求。

2 高壓旋噴與擺噴的優缺點及三河口隧道工程的截滲方案選擇

2.1高壓旋噴的優缺點

優點：成墻厚度較厚，承受圍堰外水的側壓力的能力高，對圍堰的穩定性起較大的加強作用；抗滲透能力強。

缺點：水泥的用量大，成本高；拆除時難度高，拆除量大；施工工藝復雜，設備占用場地，操作不方便。

2.2高壓擺噴的優缺點

優點：水泥的用量少，是采用高壓旋噴灌漿成墻水泥用量的1/5，成本低；成墻厚度小，最后達0.3m，拆除量小；施工工藝簡單，操作方便，設備占用場地小，施工工藝也較成熟。

缺點：成墻厚度小，對圍堰的穩定性加強作用小；抗滲透能力小[2]。

2.3 三河口隧道工程的截滲方案選擇

因高壓旋噴的防滲效果稍優于高壓擺噴，防滲墻的厚度也比高壓擺噴大，對防滲和強度要求較高的防滲墻應首先考慮采用高壓旋噴工藝[3]。因此主河道內采用旋噴。由于旋噴與擺噴相結合既能滿足防滲和強度要求，工程造價較略低于單獨旋噴，所以主河道以外采用旋噴與擺噴結合。

3 施工工藝

3.1孔位布設

3.1.1旋噴與擺噴結合施工布孔：

在隧道開挖邊線兩側，布設一排高噴孔，采用旋噴與擺噴相結合形成截滲墻，孔間距為1.2m，入巖0.5m。高噴采用兩管法施工。高噴灌漿分兩序進行。先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。Ⅰ序孔為旋噴、Ⅱ序孔為擺噴，施工程序為鉆孔、下置噴射管、噴射提升、成樁成板，形成一道連續截滲墻。

3.1.2旋噴施工布孔：

在隧道邊墻（樁號1+190、0+540）兩側，布設一排旋噴孔與素砼板墻相結合形成截滲墻，孔間距為0.8m，最小搭接長度0.15m，入巖0.5m。高噴采用兩管法施工。高噴灌漿分兩序進行。先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。施工程序為鉆孔、下置噴射管、噴射提升、成樁成板，形成一道連續墻。示意如圖：

4 施工方法

4.1漿液

（1） 高噴灌漿所采用的水泥品種和標號，根據工程目的和需要確定。采用普通硅酸鹽水泥，其標號32.5級。

（2）高噴灌漿所用水泥符合有關質量標準，施工過程中抽樣檢查。不使用受潮結塊的水泥。

（3）高噴灌漿用水采用沂河河水。

（4） 高噴灌漿漿液使用水泥漿。

4.2機具和設備

4.2.1高噴灌漿機具

造孔采用XY-2型地質鉆機，高壓噴射灌漿采用GP-5高噴臺車，輔以高壓灌漿泵、空壓機、水泥漿攪拌機等。

A、高噴灌漿所用的噴射管、噴頭和送液器(亦稱高壓水龍頭)，密封可靠、裝卸簡便。噴射管體連接順直。噴頭定向準確。

B、 高壓噴嘴的出口直徑與設計壓力和流量值相適應。采用耐磨材料按圖所示結構制造。

4.2.2高噴灌漿設備

A、攪拌機的性能和攪拌能力與所用漿液類型和需漿量相適應，且能保證漿液拌制均勻。

B、 儲漿桶能滿足連續供給高噴灌漿漿液的需要。

C、灌漿泵和高壓水泵的性能與所灌介質的類型、濃度和供漿量、供水量相適應，其額定壓力不小于設計規定壓力的1.2倍。

D、在各類泵或輸送管路上安裝壓力表以檢測壓力。使用壓力在壓力表最大標值1/3～3/4之間。壓力表定期進行檢定，不合格的嚴禁使用。

E、空氣壓縮機的供風量和額定壓力不小于設計規定值；供風管路上設有測量風量的儀表。

F、高噴臺車的旋轉、提升速度和擺動角度能滿足設計要求，并與孔深相適應，采用無級調速高噴臺車和高塔架臺車。

5 主要施工技術參數

Ⅰ序孔完成，做相鄰Ⅱ序孔的時間間隔≥24h

6具體操作流程

（1）定孔

在平面上按設計孔位進行放線定位，按Ⅰ序孔、Ⅱ序孔進行編號。先施工Ⅰ序孔。

（2）造孔

將鉆機移至放好的孔位上，使鉆頭中心對準孔位中心，調平鉆機。泥漿護壁鉆孔。鉆進過程中必須隨時注意觀察鉆機的工作情況，以便發現問題及時糾正，直至鉆至入巖0.5m。

（3）下噴射管

將高噴臺車移至孔位、對準孔位中心，先進行地面試噴。為防止氣噴嘴堵塞，下管前可用膠布包扎，可用1Mpa水壓下管，下到設計深度后，用水平尺檢查垂直度。

（4）制漿

制漿站嚴格按照監理人批準的水灰比1.3：1配制并拌制水泥漿。每罐測量一次漿液比重，并詳細記錄。在灌漿過程中連續攪拌，漿液過篩后使用。

A、 制漿材料稱量可采用重量或體積稱量法，其誤差不大于5％。

B、水泥漿的攪拌時間，使用高速攪拌機不少于30s；普通攪拌機不少于90s。自制備至用完的時間少于4h。

C、漿液在過篩后使用, 并定時檢測其密度。

D、漿液溫度控制在5～40℃之間。

E、噴射提升

噴管下至設計深度后，開始送入符合要求的氣、漿，待孔內漿液冒出孔口后，隨即按旋（擺）噴的工藝要求提升注漿管，由下而上注漿。在灌漿過程中要特別注意孔口冒漿情況，如孔口出現漏漿現象，說明地層中空隙大或有集中漏水現象，及時采取措施，如充砂或摻外加劑等措施，以確保樁的連續性。

F、回灌

待噴射管提出地面后，在原孔位利用水泥漿進行回灌，直至孔內漿液面不下降為止，以確保施工質量。

G、 沖洗

噴射結束后，及時將各管路沖洗干凈，以防堵塞。

7結束語

臨沂三河口隧道工程采用高噴灌漿技術方案形成截滲墻，方案技術先進可靠、經濟合理。通過高噴截滲墻的構筑，減少了基坑內的滲漏水，取得了非常理想的效果，保證了工程的順利進行，也為其他類似工程提供了成功的經驗。

參考文獻

[1]上海林同炎李國豪土建工程咨詢有限公司.臨沂市三河口隧道工程.[R]2012

[2]鄭全明.砂土地層中高壓旋噴和擺噴防滲效果檢驗分析[J].地下空間與工程學報,2008,4(4):653-656

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【關鍵詞】隧道工程；超前預報；地震波；TST技術

隨著我國經濟的不斷發展，公路、鐵路等工程建設也在全國各地不斷展開，隧道工程也已成為上述工程建設中的重要分支。而我國中西部地區地質環境相對復雜，造山帶，碎裂帶，地下水等是隧洞工程中主要面臨的地質狀況，如果沒有較好的地質超前預報技術，在不能夠確定前方地質狀況的情況下，冒然施工的話，將有可能引起泥石流、滑坡、塌方等地質災害的發生。由此可見，在隧道工程中，采用超前預報技術，及時的預報各種地質問題，如含水性、瓦斯氣等，是及其重要的舉措。

1 我國隧道工程超前預報技術現狀

當前國內隧道工程超前預報技術尚處于研究之中，準確性和可靠性方面還有欠缺之處。綜合來看，當前的超前預報技術是以各種反射地震技術為主，探地雷達為輔，而瞬變電磁預報法也尚處于研究階段，應用較少。

1.1 TSP技術

TSP超前預報技術是瑞典Amberg公司于20世紀90年代研發的用于隧道預報的技術，我國鐵路系統也引進了這一技術，目前是TSP技術應用最大的用戶。該方法需要在隧道的某一側壁安裝檢波器和炮點，而這兩者需要安置在同一水平線上，具體的操作是利用炮點產生地震波，而產生的地震波以球面波的形式在巖石中傳播，當地震波遇到斷層、碎裂帶等地質時，會有一部分穿透接口，進入另一地質層，但也有一部分地震波會反射回來，通過對反射波與直射波的分析，可以推斷出斷層、碎裂帶等前方不良構造帶的位置、規模以及相應的構造參數。其在對反射波與直達波的處理上，是使用二維Random變換，在成像以前消除與軌道平行的反射波。TSP技術在我國的應用中發現存在較多問題，首先是其觀測方式和觀測界面的處理方法存在著主觀捏造性，沒有嚴謹的科學邏輯，因而對于地質帶的構造往往預測不準確，在施工中容易發生各種事故。

1.2 水平剖面法（HSP）

水平剖面法從原理上講，也屬于反射地震技術的一種，這種技術與負視速度法的區別是：負視速度法師在隧道的同一側安置建波器和炮點，而水平剖面法則是在隧道的兩側分別安置檢波器和炮點。水平剖面法通過接受前方的反射波，進而確定前方不良構造帶的位置，具體對反射波和直達波的處理與負視速度法類似，但是水平剖面法對于反射界面傾角沒有限制，橫向面積相對更大，因此在對前方地質帶的預測上也比負視速度法更準確，但是在對反射波的處理上，該方法不能準確地區分不同傳播路徑的地震波，也不能去除干擾波，不能確定地震波在巖石中的傳播速度，因而難以使用波的動力學信息來準確判斷斷層等構造帶的位置，同時在反射界面的處理上，由于缺少相應的商業軟件，因此應用也僅限于西南鐵路系統等單位使用。

1.3 TST技術

TST技術是中科院與云南航天研發的一種隧道成像技術，其全稱是隧道地震CT成像技術，TST技術與TRT技術有一定的相似之處，但是其功能卻超過了TRT技術。TST技術是由安置在隧道兩側的激發點和接受點所組成的觀測系統，激發點產生地震波，地震波經過直達、反射、折射等運動過程到達接受點，為接受點所記錄，利用記錄點記錄的直達波、反射波、折射波等的走時及方向，在計算機上通過模擬操作，形成地震波的速度場分布圖像。在確定地震波的速度場分布圖像以后，根據速度的大小，以及在速度場中的分布特征，來模擬各種地質的分布特征。而TST技術為保證可靠性，在觀測系統的設計上也有一定的要求：

（1）一般隧道工程的預報，需要使誤差率小于10%，因此觀測系統的垂直隧道偏移距，需要大于預報長度的1/10。

（2）三維波場分離和有效濾波側向回報，對于隧道內部的觀測系統也有一定的要求，縱向排列長度需要大于2-3個波長，而檢波器之間的間距需要小于1/4個波長。

（3）由于TST技術在發射地震波時會產生表面地震波，因此為減少表面地震波對于觀測的影響，需要將檢波器和發射器都埋入巖土中，并且深度需要大于2m。

（4）TST技術具有分比率高、準確率高等特點，能夠減少隧道工程中的盲目性，降低事故發生幾率，因此受到了理論界和工程界的廣泛肯定。

1.4 探地雷達法

探地雷達法，主要通過發射天線將高頻電磁波以脈沖形式由隧道掌子面發射至地層中，高頻電磁波在傳播中在經過不同地質帶時，會產生反射返回隧道掌子面，再通過接受天線接受返回的高頻電磁波信號，分析解釋高頻電磁波信號，最終達到超前預報短距離地質的目的。一般而言，探地雷達法更適用于短距離（30m以下）的預報，對于中長距離地質的預報并不適用。此外，探地雷達法雖然能夠較快的對短距離進行預報，但是探測距離與分辨率之間的矛盾也依然存在，而由于電磁波的散射、能量發散等原因使得對回波的記錄較為困難，進而導致對有效波的分析和識別也比較困難，這些對于分析界面的解釋工作也相當不利，使得探地雷達法分析得出的結果與實際往往有比較大的出入。探地雷達法的這些缺陷也決定了該方法在中國隧道工程中不能成為主要預報方法。

1.5 瞬變電磁預報技術

瞬變電磁預報技術在勘察金屬礦中使用較多，而對于地質方面的超前預報尚沒有進入大規模應用階段。瞬變電磁預報技術主要是通過供電線圈在低下巖體發電產生磁場，在巖體中接受和感應二次電磁場，根據二次電磁場的強度和變化趨勢，分析巖體的電導率，一般情況下巖體的電導率高，二次電磁場就強，而巖體電導率低，二次電磁場就弱。瞬變電磁預報技術適用于對高阻地塊進行分析，對于巖體的高導體分布也較為敏感，因此目前的應用主要集中于隧道工程中對巖體含水性的分析。目前對于瞬變電磁在地質預報上面的實驗，主要是采用小線圈大電流，這樣的實驗取得了地定效果，但采用的接收線圈自感、互感較大，因此瞬變電磁預報技術在未來的發展中，還需要進一步提升分辨率，改進互感性。

2 超前預報技術特點分析

對目前我國隧道工程超前預報技術的主要技術特點進行分析，我們可以從觀測方式及對資料的處理方式等角度，對上述預報技術進行分類。

從觀測方式上進行分類，可以分為直線安置和空間安置。TSP技術、負視速度法等屬于直線安置，而水平剖面法、TST技術、瞬變電磁預報技術等則屬于空間安置。從兩者之間的功能對比來看，空間觀測系統比直線觀測系統要相對更先進，對于巖體的預報也更為準確。

從資料的處理方式進行分類，可以分為反演計算和偏移成像。負視速度法、水平剖面法等屬于反演計算，而TST則屬于偏移成像。從預報結果來看，偏移成像比反演計算要科學的多，偏移成像主要運用動力學和運動學原理，在推理上更加嚴謹，成像更直觀，結果也更為準確，因此應用前景也更為廣闊。

3 結語

隧道工程超前預報技術，一直是國內外研究的前沿問題，而根據本文的分析，我國隧道工程預報技術上應該盡可能地采用空間安置的觀測系統，在對資料的處理上，也應使用偏移成像，同時還應該使用先進的儀器設備，這樣才能提高超前預報技術的準確率，降低事故的發生概率。

參考文獻：

[1]曾昭璜.隧道地震反射法超前預報[J]地球物理學報， 1994（2）.

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關鍵詞： 連拱隧道；結構類型；新工藝

中圖分類號：X734文獻標識碼： A

1引言

近10年來，我國公路連拱隧道數量大增，連拱隧道總數已超出600座，總里程已超出133公里，其中雙向四車道連拱隧道超過560座，雙向六車道連拱隧道超出50座，還創新建成來兩座雙向八車道連拱隧道。公路連拱隧道結構類型見表1-1。

公路連拱隧道結構類型表1-1

按路線分大類 按中墻組合分亞類 按中墻外形分小類 按中墻空實分形式 隧道結構全稱

普通式 整體式 直中墻 實體 整體實直中墻隧道

空心 整體空心直中墻隧道

曲中墻 實體 整體實曲中墻隧道

復合式 二墻直中墻 實體 復合實直中墻隧道

三墻直中墻 實體 復合實直中墻隧道

曲中墻 實體 復合實曲中墻隧道

不對稱式 整體式 直中墻 實體 不對稱整體實直中墻隧道

平頂箱涵 整體式 直中墻 實體 整體實直中墻隧道

空心式 直中墻 空心 整體空心直中墻隧道

微拱箱涵 空心式 直中墻 空心 整體空心直中墻隧道

沉管式 整體式 直中墻 實體 整體實直中墻隧道

分岔式 整體式 直中墻 實體 整體分岔實直中墻隧道

復合式 曲中墻 實體 復合分岔實曲中墻隧道

無中墻連拱隧道

2公路連拱隧道工藝

2.1常規施工工藝

2.1.1三導洞法

三導洞法，即首先開挖中導洞，然后施做中隔墻，再分別開挖左右導洞。開挖中導洞主要是為了首先施做中隔墻。

2.1.2中導洞法

中導洞法，即施工中導洞和中墻施工后,直接進行左、右正洞的開挖。

2.2新施工工藝

由于隧道要滿通量需要和地質條件、環保等要求，本著安全、質量、工期和效益相結合的原則，對連拱隧道工藝選擇是否正確，關系到隧道施工的成敗。近些年學者們對公路連拱隧道工藝進行了大量的研究，創新出了一些新工藝，如半明半暗連拱隧道工藝，單洞改雙洞連拱隧道工藝等等。

為了優化選擇連拱隧道設計和施工工藝方案，姚振凱、李世清等對連拱隧道工藝進行了分類研究。連拱隧道工藝分類，采用五級劃分方案，即連拱隧道與其隧道的關系分成大類，普通連拱隧道再按對稱性分成小類，按有無導洞分成型，按導洞數量和位置不同分成種，最后按正洞開挖、初期支護和二次襯砌工序和設備不同分成屬，見表2-2。

公路連拱隧道工藝類型表2-2

大類 小類 型 種 屬

普

通

連

拱

對

稱

工

藝 導洞

中導洞（單導洞） 中導洞―側壁導洞先墻后拱工藝

中導洞―側壁導洞全斷面二襯工藝

中導洞―臺階工藝

中導洞―核心土工藝

中導洞―內上導洞盾構工藝

中導洞―外上導洞盾構工藝

中導洞―下導洞工藝

中導洞―全斷面工藝

中導洞―單臂掘進機工藝

中導洞―中隔壁（CD）工藝

中導洞―十字隔壁（CRD）工藝

中導洞―跳槽開挖中墻工藝

雙導洞 雙導洞―臺階工藝

雙導洞―半明半暗工藝

三導洞 三導洞三連拱―先墻后拱工藝

無導洞 大洞帶中墻 無導洞―全斷面工藝

無導洞―中隔壁（CD）工藝

無導洞―十字隔壁（CRD）工藝

雙洞平行工藝（中墻跳槽開挖）

明洞（箱涵）工藝

箱形框架沉埋工藝

不對稱

工藝 導洞 中導洞 三導洞―核心土工藝

混合

工藝 中導洞和無導洞―臺階工藝

三導洞中導洞+側洞帶中墻

分岔

連拱 單端分岔中墻連拱工藝

無中墻分岔連拱工藝

單洞隧道改成雙連拱隧道工藝

2.2.1中導洞―核心土工藝

中導洞―核心土工藝，即中導洞貫通和中墻施工完成后，正洞開挖和初期支護是采用先拱后墻的工序。即拱部留核心土開挖及初期支護，接著開挖核心土，然后進行側墻開挖和初期支護，施作仰拱，最后全斷面二次襯砌。該工藝有許多優點，主要是工藝流程簡單，工序較少，圍巖開挖擾動次數比“三導洞”工藝方案少，無需開挖側壁導洞和拆除其內側的臨時初期支護，可用大型機械設備施工,拱部超前支護、開挖和初期支護不用搭架，施工方便，快捷安全，工效高，成本低，效益好。另外，此工藝的應變性較強，在隧道圍巖條件變差時，較容易改為中導洞―雙側壁導洞工藝；當圍巖變好時易改為中導洞―臺階工藝，甚至改為中導洞―全斷面工藝。

圖 2-1 中導洞―核心土施工步序

2.2.2雙向六車道和八車道工藝

六車道大跨度雙連拱隧道施工方案，一般采用三導洞施工方案，即先進行中導洞開挖支護，施作中墻鋼筋混凝土和墻頂回填，在中墻混凝土強度達到設計要求后施作中墻側回填，然后施工兩側導洞及其支護，再進行山體外側隧道拱部上下臺階開挖，施作其支護，最后在仰拱及其填充完成后施作防水及二次襯砌。山體內側隧道施工與外側施工順序相同。

金雞山和羅漢山兩座隧道，是當前國內跨度和單洞凈距最大的雙向八車道連拱隧道。以金雞山隧道為例說明。為了避免施工中出現工序轉換帶來的不便，采用中導洞貫通+雙側導洞的五導洞法施工，見圖2-2所示。

圖 2-2金雞山隧道主要施工步序

2.2.4半明半暗連拱隧道工藝

半明半暗隧道工藝，是山體外側隧道采用明洞形式，山體內側采用俺洞形式，克服過去連拱隧道左右洞口地形陡峭，邊坡高且有時顯偏壓條件下進出洞帶來不利邊坡穩定、隧道結構受力安全和環境保護等問題。圖2-3為半明半暗法施工工藝。

圖 2-3半明半暗隧道施工步序

2.2.5單洞隧道改成連拱隧道

由于已有的單洞隧道不能滿通量的需求，需要改建和擴建成連拱隧道。我國首例單洞隧道改成連拱隧道為杭州邱山隧道，該隧道施工方案和步驟采用“中導洞+既有隧道+右側壁”3導洞的施工方案。在施工過程中嚴格按照“管超前、嚴注漿、若爆破、短開挖、強支護、早噴錨、勤量測、早封閉”的原則組織施工。隧道施工步驟分成6大步和21個工序。

（1）貫通中導洞、施作中墻。新建連拱隧道平面布置與原邱山隧道平行，且兩者中心距控制在7.8～8.95m。在隧道邊部一側先施作寬為6m的中導洞，中導洞與原隧道側墻之間的巖柱厚度約2m。

（2）既有隧道二次襯砌拆除、左右洞開挖支護后及時封閉。在原隧道二次襯砌拆除前進行必要的拱頂小導管注漿加固處理，對原有二次襯砌素混凝土采用欲裂爆破拆除，正洞采用上下臺階法施工，盡早封閉單洞。

（3）新建隧道側導洞施工。在既有隧道初期支護進洞約為單洞4倍洞徑后，立即實施新建隧道側導洞開挖。

（4）新建隧道正洞施工。待側導洞掘進2倍洞徑后，即可采用上下臺階法實施正洞的土體開挖，其中上臺階采用留核心土法施工，及時封閉成環。

（5）及時施作二次襯砌。

（6）機電安裝和隧道裝修。

3結論

雖然連拱隧道擁有較多的優點，但是連拱隧道整體跨度打、結構復雜、施工復雜、施工難度大、造價高，存在較多問題。當前需要急需研究和完善的問題主要有以下幾點：①支護強度不盡合理；②施工工序較多；③圍巖穩定性與動態施工控制有待加強；④設計理論和方法有待完善;⑤盡量提高設計施工水平，降低工程造價。未來公路連拱隧道發展應以以下理念為指導：嚴格質量管理、加強施工監理；施工設備機械自動化；優化通風防塵措施；設計施工一體化。

參考文獻

[1]李清.連拱（M型）隧道施工技術研究[D].西南交通大學,2005.

[2]甄浩宇.連拱隧道設計及施工優化[D].長安大學,2007.

[3]任尚強.六車道復合式中墻連拱隧道施工方法探討[J].地下空間與工程學報,2010,v.6;No.41(2):354-357.

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【關鍵詞】數據自動化處理技術 隧道工程變形監測 應用

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：

一、前言

隨著技術的不斷更新，幾乎所有的工程建筑都用其來對自己的整個施工過程進行監測，以便掌握建筑的變形情況，及時采取有效措施，保證整個施工過程的安全性。在隧道施工期間運用變形監測技術，是確保施工期間隧道穩定、安全的重要手段。本文基于變形監測技術的特點與方法，結合隧道施工工程的實際特征，對在隧道施工期間的變形監測技術的運用作出探討。

數據自動化化監測優缺點分析

目前，我國進行了大規模的交通建設。其中，對于新建的隧道來說，存在這一個線路交叉的問題。為了保證隧道的施工以及運營的安全，必須要對道路的線路以及既有線路的情況進行監測。對于隧道的監測通常采用的是人工、自動同時進行的方式，二者各有優缺點。利用自動化監測的優點是采集數據的頻率高，周期長（可進行24小時不間斷測量）并且適應性較強，進而得到了廣泛的應用。缺點在于自動化監測容易收到周邊環境的干擾，影響其數據傳輸的穩定性。人工監測優點是可以對數據進行選擇性的處理，不容易被環境干擾，穩定性較強；缺點是需要耗費巨大的人力物力，并且對于某些細微的環境變化感覺不靈敏，無法進行24小時不間斷測量。因此，首選的監測方法是人工監測結合自動化監測。在使用自動化方式采集數據時，通過人工監測數據的可靠性進行檢驗，繼而對二者監測的相關性進行分析，找出造成兩種監測結果有差異的原因，進而確定其影響因素，通過一系列的科學分析與調整得到可靠的監測數據。

二、 隧道施工采用變形監測技術的目的

1、隧道施工屬于山體內部作業，危險系數比一般的路面施工高出幾倍。采用變形檢測技術，可以隨時掌握隧道內部圍巖與支護的變化情況，調整施工方案。

2、施工過程中，山體與巖石結構以及巖層難免要受到一定的影響，使內部發生變化。通過變形監測技術及時反饋出的監測結果，給施工人員提供了準確的隧道內部變化信息，確保了施工的安全性與穩定性。

3、可以隨時修改與矯正施工的技術，完善施工不足，加強施工質量。

三、隧道施工期間變形監測技術的基本要求

1、及時、迅速地設置監測基準點，基準點是監控測量的基礎，所以在埋設基準點的時候一定要仔細，盡量利用控制點逐步向前延伸; 而且基準點還必須定期地連同洞外的水準點一起對隧道施工進行變形測量。

2、及時埋設監控測量點位，準確設定工作基點。工作基點應當選擇巖體穩定、少軟弱破碎圍巖的穩定區域設置，要保證其能在監測過程中準確地反映監測地點的變形情況。

3、及時對所選對象進行觀察測量與監控。

4、對監測后得出的數據要進行整理與記錄，及時分析數據。

5、 根據實際情況設定變形監測的周期。

不能理論性地確立變形監測的周期，監測周期應為流動的、可更改的。監測的對象隨時在發生內部變化，變形監測應當根據單位時間內監測對象的變形數量與速度以及外界環境因素的變化來確定或者修改周期的長短。如果不能確立監測對象的變化情況，在監測過程中發現對象變化異常，那么可以及時增加監測次數，延長監測周期。

6、在隧道的洞內外都必須要進行觀察與測量。

（一）每一個新的開挖面工程啟動的時候，都要綜合地質工程師的此處地質調查報告，結合開挖面的工作剖面圖，判定此處圍巖的級別;

（二）進行開挖時，沒有被支護的圍巖要進行高度監測;

（三）每天定期觀察洞外、洞口的地表情況，監測地表的沉陷度、水滲度，觀測邊坡的穩定性。

四、影響自動化監測的因素

自動化監測與人工化監測的結果在外角點處有較大的差異，而在內角點處位于隧道的底板位置兩種監測所得到的結果相差就很小了。這種情況的出現，可能是由于溫度的變動以及車輛的振動引起的。至于對隧道底板的兩種監測結果相差不大，則可以得出這樣一個結論：車輛振動不會影響到自動化監測，或者說，對其影響較小。從隧道沉降歷時曲線圖以及道路沉降歷時曲線圖來看，我們可以知道，對于兩種方式的監測所得到的結果來說，出現較大差異的季節情況不是一成不變的，也就是說，溫度對于自動化監測沒有什么影響，即便是有影響，也非常小。從邊墻位置上測點的變形的曲線來看，我們可以大體將邊墻位置變形分為兩個階段，即扭轉變形階段以及橫向傾斜變形。而從底板上測點的變形曲線來看，也可以大體將底板變形分為兩個階段，即縱向傾斜變形階段以及同步變形階段。結合不同的變形模式以及靜力水準儀結構，對自動化監測與人工監測結果較大差別的原因進行簡要分析。靜力水準儀是由電容傳感器、主體容器以及連通管等組成，對于主體安裝墩來說，當其發生高程變化時，主體會根據不同的位置產生液面變化，這樣就會使得電容極板與浮子間的相對位置產生變動，其中，電容極板是固定在容器項上的，而浮子裝有中間極。只要測出電容比的變化就能夠算出測點的相對沉降。但是當儀器主體發生傾斜的時候，測試儀器的電容也會有所變化，這就會對測試結果產生影響。結合上面的分析，我們可以知道，對自動化監測的數據結果影響較大的是結構的扭轉變形模式以及橫向傾斜變形模式。

五、隧道位移的變形監測

在施工過程中，如果隧道發生位移，分為“地表下沉位移”與“隧道周邊位移”兩種情況。

1、地表下沉位移監測

在隧道的洞口地段埋設監控測量點位，用于觀察施工期間地表發生下陷的變形情況，一般設置三個左右的水準基點，綜合幾個點位的監測數據進行分析，計算出地表的下陷量。

2、 隧道周邊位移

一般將監控測量點位與水準基點設置于隧道的兩側壁上，監測整個隧道周邊的坑道斷面的收斂情況。

3、對隧道施工期間的震動爆破情況監測

在隧道進行施工時，開發新的挖掘面必然要利用爆破的形式對洞內壁體的巖層產生一定的破壞與影響; 為了避免隧道出現坍塌等事故，要對隧道進行支護架設; 監測點可水平設置在支護周圍，監測爆破情況對巖體變形產生的影響，及時根據巖體變化調整支護情況，維護支護的穩定性。根據隧道爆破施工時測量的振動速度，進行分析與計算。根據分析數據預測爆破對此工作面產生變形的影響以及日后的變形情況，架設支護。還可根據監測數據，優化設計爆破方案，將產生的變形影響降到最低。

六、對隧道施工期間變形監測的數據處理

1、對監測得到的數據進行回歸分析。以變形監測技術的理論指導為基礎，處理與計算多個監測點反饋的數據的變量值，推算監測點的最終位移距離，了解變形規律并掌握變化情況。

2、繪制基準點監測統計表。將各個基準點測量的數據統一繪制成表格的形式，定期對表格的數據進行歸納總結，便于分析參考。

3、 隧道各處變形的具體說明。根據各監測點反饋的變形數據信息，統計隧道哪些地方發生了變形以及變形的數據與情況。

4、根據變形監測的成果進行分析。結合所有監測數據統計出變形監測的成果，對此成果進行分析，給出對本次隧道施工期間變形監測技術的意見，完善監測技術的不足。

結論

正確有效地采用變形監測技術對隧道施工進行監控測量，不但保障了施工的安全，而且大大提升了施工的質量，變形監測技術的成果數據還能反饋施工技術的不足與缺陷，使技術人員綜合數據，完善優化施工方案，加快施工進度，避免很多安全問題的出現。

【參考文獻】

[1]華錫生, 田林亞. 安全監測原理與方法[ M] . 南京: 河海大學出版社, 2007.

篇5

【關鍵詞】：隧道工程，盾構姿態，自動測量，系統開發

1引言

盾構機姿態實時正確測定，是隧道順利推進和確保工程質量的前提，其重要性不言而喻。在盾構機自動化程度越來越高的今天，甚至日掘進量超過二十米，可想而知，測量工作的壓力是相當大的。這不僅要求精度高，不出錯；還必須速度快，對工作面交叉影響盡可能小。因此，為了能夠在隧道施工過程中及時準確給出方向偏差，并予以指導糾偏，國內外均有研制的精密自動導向系統用于隧道工程中，對工程起到了很好的保證作用。

1.1國內使用簡況

國內隧道施工中測量盾構機姿態所采用的自動監測系統有：德國VMT公司的SLS—T方向引導系統；英國的ZED系統；日本TOKIMEC的TMG—32B（陀螺儀）方向檢測裝置等等。所采用的設備都是由國外進口來的。據了解，目前有些地鐵工程中（如廣州、南京）在用SLS—T系統，應用效果尚好。

總的來看，工程中使用自動系統的較少。究其原因：一是設備費或租賃費較昂貴；二是對使用者要求高，普通技術人員不易掌握；三是有些系統的操作和維護較人工方法復雜，在精度可靠性上要輔助其它方法來保證。

1.2國外系統簡況

國外現有系統其依據的測量原理，是把盾構機各個姿態量（包括：坐標量—X.Y.Z，方位偏角、坡度差、軸向轉角）分別進行測定，準確性和時效性受系統構架原理和測量方法限制，其系統或者很復雜而降低了系統的運行穩定性，加大了投入的成本，或者精度偏低，或者功能不足，需配合其他手段才能完成。

國外生產的盾構設備一般備有可選各自成套的測量與控制系統，作業方式主要以單點測距定位、輔以激光方向指向接收靶來檢測橫向與垂向偏移量的形式為主。另外要有縱、橫兩個精密測傾儀輔助[7]。有些（日本）盾構機廠商提供的測控裝置中包括陀螺定向儀，采用角度與距離積分的計算方法[1][2]，對較長距離和較長時間推進后的盾構機方位進行校核，但精度偏低，對推進只起到有限的參考作用。

2系統開發思路與功能特點

2.1開發思路

基于對已有同類系統優缺點的分析，為達到更好的實用效果，我們就此從新進行整體設計，理論原理和方法同過去有所不同，主要體現在：其一，系統運行不采用直接激光指向接收靶的引導方式，而是根據測點精確坐標值來對盾構機剛體進行獨立解算，計算盾構姿態元素的精確值，擯棄以往積分推算方法，防止誤差積累；其二，選用具有自主開發功能的高精度全自動化的測量機器人，測量過程達到完全自動化和計算機智能控制；其三，在理論上將平面加高程的傳統概念，按空間向量歸算，在理論上以三維向量表達，簡化測量設置方式和計算過程。

目前全站儀具備了過去所沒有的自動搜索、自動瞄準、自動測量等多種高級功能，還具有再開發的能力，這為我們得以找到另外的測量盾構機姿態的方法，提供了思路上和技術上的新途徑。

系統開發著眼于克服傳統測控方式的缺點，提高觀測可靠性和測量的及時性，減少時間占用，最大限度降低人工測量勞動強度，避免大的偏差出現，有利于盾構施工進度，提高施工質量，在總體上提高盾構法隧道施工水平。系統設計上改進其他方式的缺點，在盾構推進過程中無需人工干預，實現全自動盾構姿態測量。

2.2原理與功能特點

盾構機能夠按照設計線路正確推進，其前提是及時測量、得到其準確的空間位置和姿態方向，并以此為依據來控制盾構機的推進，及時進行糾正。系統功能特點與以往方式不同，主要表現在：

(1)獨特的同步跟進方式：本系統采用同步跟進測量方式，較好克服了隨著掘進面推進測點越來越遠造成的觀測困難和不便。

(2)免除輔助傳感器設備，六要素一次給出（六自由度）。

(3)三維向量導線計算：系統充分利用測量機器人(LeicaTCA全站儀)的已有功能，直接測量點的三維坐標（X，Y，Z）,采用新算方法——“空間向量”進行嚴密的姿態要素求解。

(4)運行穩定精度高：能充分滿足隧道工程施工對精度控制的要求以及對運行穩定性的要求。

(5)適用性強：能耐高低溫，適于條件較差的施工環境中的正常運行（溫度變化大，濕度高，有震動的施工環境）。

圖1系統主信息界面示意

系統連續跟蹤測定當前盾構機的三維空間位置、姿態，和設計軸線進行比較獲得偏差信息。在計算機屏幕上顯示的主要信息如圖一所示。包括：盾構機兩端（切口中心和盾尾中心）的水平偏差和垂直偏差及盾構機剛體三個姿態轉角：1)盾購機水平方向偏轉角（方位角偏差）、2)盾構機軸向旋轉角、3)盾構機縱向坡度差（傾斜角差），以及測量時間和盾構機切口的當前里程，并顯示盾構機切口所處位置的線路設計要素。

2.3運行流程

系統采用跟蹤式全自動全站儀（測量機器人），在計算機的遙控下完成盾構實時姿態跟蹤測量。測量方式如圖二所示：由固定在吊籃（或隧道壁）上的一臺自動全站儀[T2]和固定于隧道內的一個后視點Ba，組成支導線的基準點與基準線。按連續導線形式沿盾構推進方向，向前延伸傳遞給在同步跟進的車架頂上安置的另一臺自動全站儀[T1]及棱鏡，由測站[T1]測量安置于盾構機內的固定點{P1}、{P2}、{P3}，得到三點的坐標。盾構機本體上只設定三個目標測點。該方式能較好地解決激光指向式測量系統的痼疾——對曲線段推進時基準站設置與變遷頻繁的問題。

2.4剛體原理

盾構機體作為剛體，理論上不難理解，剛體上三個不共線的點唯一地確定其空間位置與姿態。由三測點的實時坐標值，按向量歸算方法（另文），解算得出盾構機特征點坐標與姿態角度精確值。即通過三維向量歸算直接求得盾構機切口和盾尾特征部位中心點O1和O2當前的三維坐標（X01、Y01、Z01和X02、Y02、Z02）。同時根據里程得到設計所對應的理論值，兩者比較得出偏差量。

2.5系統初始化操作

系統初始化包括四項內容：

1)設置盾構機目標測點和后視基準點；

2)固定站和動態站上全站儀安置；

3)盾構控制室內計算機與全站儀通訊纜連接；

4)系統運行初態數據測定和輸入。

在固定站[T2]換位時，相關的初態數據須重測重設，而其他幾項只在首次安裝時完成即可。

F1鍵啟動系統。固定的[T2]全站儀后視隧道壁上的Ba后視點（棱鏡）進行系統的測量定向。[T2]和安裝于盾構機車架頂上的[T1]全站儀（隨車架整體移動）以及固定于盾構機內的測量目標（反射鏡）P1、P2、P3構成支導線進行導線自動測量。

2.6運行操作與控制

本系統在兩個測站點[T1]、[T2]安裝自動全站儀，由通信線與計算機連接，除計算機“開”與“關”外，運行中無須人員操作和干予，計算機啟動后直接進入自動測量狀態界面，當系統周而復始連續循環運行時，能夠智能分析工作狀態來調整循環周期（延遲時間），直到命令停止測量或退出。

3系統軟件與設備構成

3.1軟件開發依據的基礎

測量要素獲得是系統工作的基礎，選用瑞士Leica公司TCA自動全站儀（測量機器人）及相應的配件，構成運行硬件基礎框架。基于TCA自動全站儀系列的接口軟件GeoCom和空間向量理論及定位計算方法，實現即時空間定位，這在設計原理上不同于現有同類系統。系統通過啟動自動測量運行程序，讓IPC機和通訊設備遙控全站儀自動進行測量，完成全部跟蹤跟進測量任務。

3.2系統硬件組成的五個部分

■全自動全站儀

測量主機采用瑞士徠卡公司的TCA1800自動測量全站儀，它是目前同類儀器中性能最完善可靠的儀器之一。TCA1800的測角精度為±1”、測距精度為1mm+2ppm；儀器可以在同視場范圍內安裝二個棱鏡并實現精密測量，使觀測點設置自由靈活，大大提高了系統測量的精度。

■測量附屬設備

包括棱鏡和反射片等。

■自動整平基座

德國原裝設備，糾平范圍大(10o48’)，反應快速靈敏(±32”)。

■工業計算機

系統控制采用日本的CONTECIPCRT/L600S計算機，它能在震動狀態、5。~50。C及80%相對濕度環境中正常運行，工礦環境下能夠防塵、防震、防潮。其配置如下：

——Pentiun(r)-MMX233HZ處理器

——32M內存

——10G硬盤或更高

——3.5英寸軟驅

——SuperVGA1024*768液晶顯示器

——PC/AT（101/102鍵）鍵盤接口

——標準PS/2鼠標接口

——8串口多功能卡（內置于計算機擴展槽）

■雙向通訊（全站儀D計算機）設備

系統長距離雙向數據通訊設備采用國內先進的元器件，性能優良，使得本系統通訊距離允許長達1000米（通常200米以內即滿足系統使用要求），故障率較國外同類系統低得多，約減少90％以上。通訊原理如圖三所示。

3.3系統硬件組成簡單的優勢

從設備構成可知，系統不使用陀螺儀，也不必配裝激光發射接收裝置，并舍去其他許多系統所依賴的傳感設備或測傾儀設備，從而最大限度地簡化了系統構成，系統簡化提高了其健壯性，系統實現最簡和最優。

帶來上述優點的原因，在于機器人良好的性能和高精度以及定位原理上直接采用三維框架，通過在計算理論和方法上突破過去傳統方式的框框，使之能夠高精度直接給出盾構機上任意（特征）點的三維坐標（X，Y，Z）以及三個方向的（偏轉）角度（α，β，γ），這樣在盾構機定位定向中，即使是結構復雜的盾構機也能夠簡單地同時確定任意多個特征點。比如DOT式雙圓盾構需解決雙軸中心線位或其他盾構更多軸心、以及鉸接式變角等問題，可通過向量和坐標轉換計算解出而不必增加必要觀測。

由此可知，本構架組成系統的硬件部件少，運行更加可靠，較其他形式的姿態測量方式優點明顯。實際上本系統的最大特點就是由測量點的坐標直接解算來直接給定測量對象（剛體）的空間姿態。

另外特別說明一點：本系統由兩臺儀器聯測時，每次測量都從隧道基準導線點開始，測量運行過程中每點和每條邊在檢驗通過之后才進行下步。得到的姿態結果均相互獨立，無累積計算，故系統求解計算中無累計性誤差存在。因此，每次結果之間可以相互起到檢核作用，從而避免產生人為的或系統數據的運行錯誤。這種每次直接給出獨立盾構機姿態六要素（X，Y，Z，α，β，γ）的測算模式，在同類系統中是首次采用。

冗余觀測能夠避免差錯，也是提高精度的有效方法。最短可設置每三分鐘測定一次盾構機姿態，由此產生足量冗余，不僅確保了結果的準確，也保證了提供指導信息的及時性，同時替代了隧道不良環境中的人工作業，改善了盾構隧道施工信息化中的一個重要但較薄弱的環節。

4工程應用及結論

4.1工程應用

上海市共和新路高架工程中山北路站～延長路站區間盾構推進工程，本系統在該隧道的盾構掘進中成功應用，實現實時自動測量，通過了貫通檢驗。該工程包括上行線和下行線二條隧道，單線全長1267米。每條隧道包含15段平曲線（直線、緩和曲線、圓曲線）和17段豎曲線（坡度線、圓曲線），線型復雜。

盾構姿態自動監測系統于2001年12月11日至2002年3月7日在盾構推進施工中調試應用。首先在下行線（里程SK15+804～SK16+103）安裝自動監測系統，調試獲得成功，由于下行線推進前方遇到灌注樁障礙被迫停工，自動監測系統轉移安裝到上行線的盾構推進施工中使用，直到上行線于2002年3月7日準確貫通，取得滿意結果。

4.2系統運行結果精度分析

盾構機非推進狀態的實測數據精度估計分析

通過實驗調試和施工運行引導推進表明，系統在盾構推進過程中連續跟蹤測量盾構機姿態運行狀況良好。測量一次大約2~3分鐘。在“停止”狀態測得數據中，里程是不變的，此時的偏差變化，直接反映出系統在低度干擾狀態下的內符合穩定性，其數據——偏差量用來指導盾構機的掘進和糾偏。盾構不推進所測定盾構機偏差的較差<±1cm，盾構推進時測定盾構機偏差的誤差<±2cm。表三中和人工測量的結果對比，考慮對盾構機特征點預置是獨立操作的，從而存在的不共點誤差，由此推估測量結果和人工測量是一致的，在盾構機貫通進洞時得到驗證。

4.3開發與應用小結

經數據隨機抽樣統計計算得出中誤差（表一、表二）表明：以兩倍中誤差為限值，盾構機停止和推進兩種狀態偏差結果的中誤差均小于±20毫米，滿足規范要求。

為了檢核盾構姿態自動監測系統的實測精度，仍采用常規的人工測量方法，測定切口和盾尾的水平偏差和垂直偏差，并與同里程的自動測量記錄相比較（表三），求得二者的較差()。由于二者各自確定的切口中心點O1和盾尾中心點O2不一致偏差約為2cm，所以各自測定的偏差不是相對于同一中心點的，即二者之間先期存在著系統性差值。

通過工程實用運行，對多種困難條件適應性檢驗，系統表現出良好的性能：

1)實時性——系統自動測量反映當前盾構機空間(六自由度)狀態；

2)動態性——系統自動跟蹤跟進，較好解決了彎道轉向問題；

3)簡易性——系統結構簡單合理，操作和維護方便，易于推廣使用；

4)快速性——系統測量一次僅需約兩分鐘；

5)準確性——結果準確精度高，滿足規范要求，在各種工況狀態都小于±20毫米；

6)穩定性——適應震動潮濕的地下隧道環境，系統可以長期連續運行。

本系統已成功用于上海市復興東路越江隧道?11.22米大型泥水平衡盾構推進中。我們相信對于結構簡單，運行穩定，精確度高，維護方便的盾構姿態自動監測系統，在盾構施工中將發揮其應有作用。

[參考文獻]

[1]隧道工程，上海科學技術出版社，1999年7月，劉建航主編

[2]地鐵一號線工程，上海科學技術出版社，1999年7月，劉建航主編

[3]TPS1000經緯儀定位系統使用手冊，Leica儀器有限公司

[4]盾構姿態自動監測系統研究與開發報告，2002年4月，上海市政二公司

[5]杭州灣交通通道數據信息管理系統設計與開發，華東公路，1998.3，岳秀平

[6]GeoCOMReferenceManualVersion2.20，LeicaAG，CH-9435Heerbrugg(Switzerland)

篇6

關鍵詞：公路隧道 監控量測 回歸分析 拱頂下沉 位移

中圖分類號：X734 文獻標識碼：A 文章編號：

1 前言

目前國內外山嶺隧道設計施工基礎理論為新奧法，新奧法主要內容可以概括為一個核心三個基本點，一個核心即為利用圍巖的自承內力使圍巖和支護結構達到平衡狀態；三個基本點分別為：一是運用監控量測手段時刻關注圍巖變化情況；二是適時支護，在最合理時間內進行支護；三是光面爆破，減少出現應力集中情況[1][2]。可見監控量測在山嶺隧道施工中占有重要的地位，雖然國內外大量學者技術人員對監控量測進行了大量的研究分析，但目前國內隧道施工中監控量測實際使用效果并不是很理想，問題根源主要有以下幾個方面：一是監控量測并未得到現場施工單位應有的重視，即使實施了監控量測，也未發揮監控量測應有的作用；二是實施監控量測的技術人員功底較薄，其對監控量測的理解只停留在判斷圍巖是否安全的階段；三是監控量測現場環境較差，數據采集往往誤差較大，影響技術人員分析。本文主要是結合筆者多年的隧道施工經驗，針對目前監控量測存在問題提出了自己的見解并給出具體分析實例。

2 監控量測簡介

我國《公路隧道設計規范》（JTG D70—2004）和《公路隧道施工技術規范》（JTG/F60—2009）[3][4]對公路隧道監控量測目的、測點布設、精度要求、數據處理和數據分析給出了較為詳細的論述，并推薦了三種回歸分析函數。現將必測項目周邊收斂、拱頂下沉和地表下沉采用的儀器及目的做一簡要說明：

表1 必測項目及其監測方式

上述表格給出了必測項目幾種常見的監測手段及其優缺點，其中精度主要依據實際監測中誤差結果得到。

3 回歸分析在處理數據中的運用

王建宇在文獻[5]中從全位移角度闡述了回歸分析在監控量測中的運用，但這與實際監控量測有所出入，本文主要從隧道設計的預留變形量及建筑限界角度重新剖析回歸分析在監控量測中的運用。下圖給出了回歸分析擬合曲線示意圖：

圖1 圍巖位移與時間關系示意圖

規范推薦了對數函數、指數函數和雙曲線函數三種回歸模式，其原理一致，即得到的函數，從而可分析開始采集數據前的位移變化情況，同時依據的數值判斷圍巖及支護結構的穩定性。

圖1，橫軸為時間軸，縱軸為位移累計變化軸，其中時間=0表示圍巖開挖開始時間節點（放炮結束時間），= 為開挖結束時間節點，也是支護開始時間節點，= 為支護結束后某時刻，即開始測點布設和數據初始采集時間節點。故圍巖=+++，其中：表示圍巖受隧道開挖引起的所有位移，表示可量測得到的位移，表示=至=時間內圍巖的位移，表示=0至=內圍巖開挖期間的位移，表示圍巖開挖對引起前方圍巖的位移，通過經驗系數可求得。

因此，=++與隧道設計的預留變形量進行比較，從而可知預留變形量是否滿足設計要求；=+初期支護完成后初期支護累計變形量，此值更直觀反映隧道支護結構的位移值。

4工程實例分析

4.1 工程概況

感坑隧道位于廈門至成都國家高速公路贛州至崇義（贛湘界）段新建工程A3標，為單向2車道連拱隧道，感坑隧道位于上猶縣黃埠鎮小感坑村附近，隧道穿越小感坑村一小山包。隧道起止樁號為K467+203~K467+480，全長為277m。本隧道均為半徑R=1318m的左偏圓線上，羅線縱坡為上下分別為2.096％和-1.3％的雙面坡，隧道初期支護結構符合隧道設計規范[3]要求。

4.2 數據采集

斷面布置按《公路隧道施工技術規范》[4]規定，在隧道Ⅳ級圍巖每20m布設一個拱頂沉降斷面，若遇到變形較大時加密斷面。下表給出左洞埋深110m 的ZK467+340斷面初期支護拱頂沉降監測數據情況，監測數據顯示在持續監測一周后日變化量小于0.2mm/day。表2給出不同時間ZK467+340斷面拱頂下沉中間測點G1累計變化情況：

表2 拱頂下沉實測值與時間關系

其中隧道開挖至出渣完成共耗時7個小時，支護時間5個小時，支護完成后18個小時開始布設測點進行數據初次采集。

4.3 回歸分析

時間=30小時，時間=12小時。利用指數函數，其中表示可量測的部分的收斂值，表示數據變形發展的趨勢。

利用Origin軟件對表2數據進行回歸分析得到G1點的沉降累計變化量和時間函數關系如下：

，上述擬合函數的方差=0.8654，相關系數平方=0.99416，故擬合函數與實際測值有較好的擬合關系。

故：=49.2mm，==7.2mm，==9.5mm，開挖后圍巖拱頂部位豎向位移=++=65.9mm。

同時參考利用文獻[5]可知=（++），取=0.314，得=30.2mm。

=+++=96.1mm。

上述分析可知，從監測得到數據進行回歸擬合得到開挖面在爆破至開始初期支護期間圍巖拱部位移達到7.2mm，開始支護到開始采集數據期間圍巖（初期支護結構）拱頂部位位移達到9.5mm，開始采集數據之后可測得圍巖（初期支護結構）拱頂部位位移達到49.2mm，由于前面掌子面開挖導致的先行位移達到30.2mm。圍巖由于隧道施工在豎向位移變化可達到96.1mm，圍巖變形大小是圍巖安全穩定性重要分析依據，圍巖全位移的大小直接反映了圍巖安全狀態。

5結論及建議

依據隧道實際施工中不同階段時間內圍巖位移變化的不同含義，確定了四個時間段位移值的求得方法，分析圍巖位移變化和時間的函數關系，得出了主要以下主要結論。

圍巖由于受到之前圍巖的開挖引起的先期位移占圍巖總的位移變化較大的比重，分析感坑隧道ZK467+340斷面數據可知，先期位移達到30.2mm，此位移也是判斷圍巖穩定性重要依據；

分析感坑隧道ZK467+340斷面數據可知，從爆破結束至開始采集數據期間，圍巖拱頂部位位移變形量占可測位移變化量34%，故對于判斷隧道預留變形量必須使用回歸分析方可得到參照依據；

開始初期支護至開始采集數據期間圍巖（初期支護）拱頂部分位移變形占可測部分數據19%，故初期支護時間雖然較短，但此期間圍巖變形相對較大；

從回歸分析過程可知，初始數據采集時間越早，回歸分析引起的誤差越小。

參考文獻：

[1] 朱漢華，孫紅月，楊建輝.公路隧道圍巖穩定與支護技術[M].北京：科學出版社，2007.

[2] 王建宇.隧道工程監測和信息化設計原理[M].北京：中國鐵道出版社，1990；

[3] 重慶交通科研設計院.公路隧道設計規范[S].北京：人民交通出版社，2004；

篇7

摘要：在我國西南、中南地區，巖溶地質災害分布較為普遍。由于巖溶分布不明顯，因此在該地區實施隧道施工較為困難。那么，如何在巖溶分布較多的地區進行隧道施工，提高隧道質量呢？結合實際，筆者通過巖溶對隧道影響的分析，提出了在巖溶地區進行隧道施工的關鍵性技術，望能拋磚引玉。

關鍵詞：巖溶地區 隧道 影響 施工技術

巖溶是地表水和地下水經過不斷補給、徑流、滲透和循環對可溶性巖層進行化學溶解作用和機械破壞作用的產物。作為巖溶發育的基本條件，巖石的可溶性和裂隙性以及水的侵蝕性和流通性是巖溶地區隧道施工的難點。如何提高巖溶地區隧道施工技術成了當前業界所面臨的重要課題。

一、巖溶對隧道施工的影響

巖溶是地表水和地下水對可溶性巖層經過化學作用和機械破壞作用而形成的各種地表或地下溶蝕現象的總稱。

在巖溶地區進行隧道工程的建設，阻力很大。溶洞位于底部，因充填物軟而松，不利于隧道基底的施工；位于上部，施工時容易出現充填物坍塌，不宜開挖；有些地區的溶洞巖質不堅固，破碎物較多，施工時稍有不慎，容易發生坍塌情況；的遇到填滿飽含水分的充填物溶囊，當隧道掘進至其邊緣時，含水充填物不斷涌入隧道，難以遏止，甚至地表開裂下沉，山體壓力劇增；在施工時，也有可能遇上較大的水囊，導致巖石、泥土隨水大量沖向隧道；還有的溶洞，錯綜復雜、迂回交錯，其中的分支分布較廣，處理起來具有一定的難度。

二、隧道施工常采取的主要技術手段

1 地質預報

采取地質預報的方式主要目的有兩個：1）在施工期間，避免地質災害突發，從而給人們的生命財產安全的危害；2）對地質進行預報，可隨動態變化的環境及調整設計內容。目前，我國地質預報的主要手段有地質素描、物探、鉆探及洞探，其檢測的可信度隨其前后順序遞增。然而，由于巖溶地質千變萬化，不可能僅靠單一的檢測手段就可準確預報。下面是筆者總結出的地質預報技術手段的優缺點，望能給業界人士根據實際需要綜合應用：

1）TSP202( TSP203)超前地質預報

a 優點。（1）使用范圍廣。該種預報手段可在極軟巖地質中監測，也可在極硬巖中工作，因此使用范圍廣；（2）跨度大。能預報掌子面前方100~ 350 m范圍內的地質狀況, 圍巖越硬越完整預報長度就越大；（3）干擾小。TSP202( TSP203)超前地質預報時間大約需30分鐘，在隧道施工休息間隙，便可安排此項工作；（4）預報數據及時。在對現場進行數據采集的第2天，便可出報告。

b 缺點。（1）TSP202( TSP203)超前地質預報是根據24個爆破孔與接收器之間的彈性波速度的平均值和地質體反射波到達接收器的時間，來確定其預報地質體距離掌子面的位置，而實際情況與地質體預報的位置有所不同，導致其準確性有些變化；（2）預報的精度所能反映出的地質體的寬度是根據采樣間隔和巖體彈性波速度來確定的；（3）該種預報方法對斷層、弱硬巖接觸面等面狀結構的預報較為準確，而對溶洞等點狀地質體的放射信號不強，尤其是寬度小于0. 4m 的小型溶洞更是難以預報。

2）地質雷達

a 優點。（1）在地表探測5~ 30m 范圍內的地下地層或地質異常體如溶洞、空隙等)反射信號比較明顯；灰巖地區隧道鋪底前采用中~ 低頻率的天線可作為探明隧底隱伏巖溶洞穴的手段；（2）而隧道混凝土襯砌質量無損檢測可采用高頻率的天線。

b 缺點。（1）由于雷達儀器的密封性能不好，導致其容易損壞，且操作不方便，不適合遠距離的探測；（2）雷達的使用環境應較為寬敞，而隧道內的空間條件不大適合雷達的探測，再加上洞內鋼架、鋼軌等金屬構件的干擾，使其探測效果不佳。

3）紅外探測

a 優點。該儀器體形較小，容易攜帶，操作程序簡便，且可對探測地區實施全空間、全方位角度的探測，能對隧道空間及掘進面前方30m范圍內是否存在隱伏水體或含水構造進行預測，占用隧道施工的時間基本可忽略，后期的數據分析、總結，簡潔易懂、耗時較短。

b 缺點。預測隧道內是否存在水體只限于在探測點前方30m 范圍內，且水體的具體情況如水量、具體方位等都無法探測，可以說紅外探測正處于定性分析階段，定量分析還有待研究。

2 隧道底部遇到溶洞的處理技術

對已無太大變化、空間小且無水的溶洞，可依據其與隧道相交的位置及其充填情況，采用混凝土、漿砌片石等予以回填封閉。而是否需要邊墻基礎可根據實際的地質情況來決定。

1）當遇到大且深的溶洞時， 可采用梁拱跨越。實施這種邊墻基礎應注意，梁端、拱座應選在較為穩固的基石上進行建設，為了增加穩定性，也可用混凝土進行加固；2）在溶洞進行隧道施工時，若遇到狹長且深的溶洞，可加深該側的邊墻基礎通過；3）當隧道底部遇到較大溶洞并有流水時，可在隧底以下砌筑漿砌片石或混凝土支墻，支撐隧道結構，并在支墻內套設涵管引排溶洞水；4）若是遇到大溶洞，那么隧道施工的處理較為復雜，可視實際情況而定，采取邊墻梁及行車梁通過。

3 隧道拱部上方遇到溶洞的處理技術

當溶洞具有較為穩固的完整頂板、無明顯滲漏水現象，且其厚度在巖洞跨度的1/2以上時，可采用一般的路基及橋梁施工方案直接在溶洞中施工，可不需要襯砌結構；若出現滲漏水現象，應做好襯砌結構，以保護溶洞內通行的車輛安全。在對溶洞內的松石進行清除時，應采用錨桿或大鋼管、鋼軌加固巖體，防止巖洞或頂板的塌方。

總而言之，巖洞地區進行隧道的施工較為復雜，為了提高施工質量，施工人員應不斷總結施工經驗，提高對各種巖洞情況的認識，此外，還應加強對理論知識的學習，從而提升自己解決問題的能力，為我國西南、中南巖洞地區隧道的施工貢獻一份力量。

參考文獻:

[1]陸少偉,何劍.巖溶隧道施工關鍵技術探討[J]. 鐵道工程學報. 2009(03)

[2]龍勇.公路隧道在巖溶地區的設計及溶洞處理分析[J]. 科技資訊. 2010(17)

篇8

關鍵詞：混凝土；受壓應力應變曲線；本構關系；受彎截面

中圖分類號：TU528文獻標識碼： A 文章編號：

0 引言

混凝土受壓應力—應變曲線是其最基本的本構關系，又是多軸本構模型的基礎，在鋼筋混凝土結構的非線性分析中，例如構件的截面剛度、承載力、延性、超靜定結構的內力等過程中，它是不可或缺的物理方程，對計算結果的準確性起決定性作用。

近年來，國內外學者對其進行了大量的研究及改進，已有數十條曲線表達式，其中部分具有代表性的表達式已經被各國規范采納。常用的表達式包括我國《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)、CEB-FIP Model Code(1990)、清華過鎮海以及美國學者Hognestad建議的混凝土受壓應力應變關系，在已有研究的基礎上，本文將對各個表達式在實際運用中的情況進行比較，并且通過實際算例運用這些表達式進行受彎截面彈塑性分析。

1 常用混凝土受壓應力—應變曲線比較

至今已有不少學者提出了多種混凝土受壓應力應變曲線，常用的表達式采用兩類，一類是采用上升段與下降段采用統一曲線的方程，一類是采用上升段與下降段不一樣的方程。

中國規范

我國《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）采用的模式為德國人Rüsch1960年提出的二次拋物線加水平直線，上升階段的應力應變關系式為：

（1-1）

拋物線頂點應力為，是壓應力的最大值，該點的壓應變為。第二階段的關系式為：

（1-2）

當壓應變超過εu時，認為混凝土已破壞，故取εu為混凝土受壓時的極限應變。

歐洲規范

歐洲規范CEB-FIP Model Code(1990)建議的應力應變關系為Sargin1971年提出的有理分式來表示，應力應變關系為：

（1-3）（1-4）

式中:εc1為相應于壓應力峰值σ0的壓應變εc1=-0.0022，εc1為從原點到壓應力峰值點的割線模量, =/0.0022，為混凝土初始彈性模量；εu為混凝土極限壓應變, 其大小與、及εc1有關。

1.3清華過鎮海曲線

清華大學的過鎮海教授在1982年結合自己多年的研究成果提出了自己的混凝土受壓應力-應變曲線表達式。第I階段仍為二次拋物線，與德國人Rüsch提出的拋物線模式相同如下：

（1-1）

第II階段中，下降段用有理分式表示如下：

（1-5）

其中，ε0見文獻[3]。

1.4 美國Hognestad曲線

美國人E.Hognestad在1951年提出的應力-應變全曲線方程分為上升段和下降段，上升段與德國人Rüsch所提出模型的上升段相同，但是下降段采用一條斜率為負的直線來模擬，上升段表達式如下：

（1-1）

下降段表達式為：

（1-6）

其中：α=0.015；εu=0.038。

對于以上四種常見的混凝土單軸受壓應力—應變曲線先將其優缺點進行總結，如下表：

3 計算原理

混凝土受壓應力-應變曲線最常見的用途就是進行受彎截面彈塑性分析，即在外加荷載作用下分析混凝土的最大彎矩，最大剛度。在進行計算之前應假定混凝土受彎構件滿足平截面假定，不考慮混凝土的抗拉強度，以及材料的應力應變關系。

2.1 基本方程

（1）平衡條件

（2-1）

（2）變形條件

（2-2）

（3）物理條件

①混凝土受壓應力應變曲線。根據實際情況從常用曲線中選取。

②鋼筋受拉（壓）曲線 ，方程式如下：

(2-3)

(2-4)

2.2 計算方法

先將變形（相容）條件代入物理條件，再將σs=εsEs和σs=σy代入式(2-1)即可求解受壓區高度x（其中），最后將受壓區高度x代入式（2-2）即可求得截面破壞時的彎矩以及截面破壞后卸載時的彎矩。

3應用舉例

已知某鋼筋混凝土受彎構件As=942mm2，b=200mm，h=440mm，h0=400mm，Es=2×105MPa，σot= 2.2MPa，σy=364MPa。 其中：σ0=22MPa，ε0=0.002,εu =0.0038,σy=364MPa, εy=0.00182。現對該構件使用四種曲線分別進行對比分析。

當ε=ε0時，不管使用哪一種曲線最大彎矩均相同，經過計算M0為146.92KN·m。當ε=εu時，應用我國《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)，由于σ=σu，Mu仍為146.92KN·m；應用美國Hognestad提出的曲線模式計算可得Mu為146.32KN·m，由此可見兩者相差只有0.4%。歐洲規范和清華過鎮海中所提出的混凝土受壓應力應變曲線雖然更接近于實際情況，但是公式復雜不宜在工程中列出，這里就不再贅述。

4 結語

（1）四種常用的混凝土受壓應力應變曲線各有其特點及適用范圍，通過對四種混凝土受壓應力應變曲線的對比分析，方便了在實際工程當中更好的應用。

（2）在進行混凝土受彎構件彈塑性分析時，需要用到混凝土受壓應力應變曲線，這里對其計算方法做了簡介并且通過實際舉例進一步闡明了在實際工程中如何應用。

參考文獻：

【1】GB50010-2010，混凝土結構設計規范[S].

【2】CEB-FIP MODEL CODE 1990, European commission - the International

association of prestressed concrete (Lausanne),1991 [S]

【3】 過鎮海.混凝土的強度和變形:試驗基礎和本構關系[M].北京:清華大學出版社.1997.

【4】刁波，葉英華，焦俊婷，等.用不同本構關系分析鋼筋混凝土壓彎截面[J].哈爾濱工業大學學報，2005,37（6）.

【5】徐自然，胡立華，危自然，等.不同本構模型對壓彎截面分析的模擬[J].工業建筑，2011,41.

作者簡介：

篇9

【關鍵詞】軟巖；隧道；小間距；施工技術

前言

在進行軟巖隧道的施工過程中，會遇到很多常見的問題，例如長期的風吹日曬而導致地層風化較嚴重、由于巖石較軟導致圍巖的穩定性太差、淺埋、偏壓、有裂隙水發育等，但是這些問題在施工方法和施工過程中只要稍加注意，就能解決，因此一定要多加注意。

小間距的軟巖隧道是一種較為特殊的隧道形式，它的雙線之間的凈間距應該是在隧道與雙線分離式隧道的凈距離之間，在施工時需要非常精細。但是又由于小間距隧道有一些長隧道所沒有的獨特優點，例如小間距隧道所受的地形限制條件較小、占地面積比較少、間距較小所以線形順暢、施工的周期相對較短、所需要的工程造價比較低等，在近些年來越來越受到隧道工程界的重視。對于小間距隧道的施工來說，必須要根據不同工程的特點首先計算其模型，然后選擇較為合適的開挖方法進行適當、合理的模擬分析，經過反復論證之后，根據哪種方法的可行性更大而選擇合適的開挖方法。本文主要分析以下幾種開挖方法，并對其各自的優缺點進行分析與比對。

一、幾種常用的開挖方法

1、中壁法

中壁法通常使用在一些掌子面較不穩定，巖層埋深較淺，周圍巖石較軟、較差的隧道工程之中。使用這種方法可以縱向分割巖層的斷面，所以可以確保巖層掌子面的穩定性，這種方法開挖出的掌子面比其他兩種方法小，在開挖時如果有及時的支護，就可以防止軟巖隧道周圍的一些軟巖、圍巖因為開挖的松弛而擴大。當隧道施工中部分地質情況變化較大時，可以采用CD法或者CRD法等方法進行施工的轉換[1]。

2、CD法

CD法主要用于大面積的分割工程，這種方法的施工技術難度相對來說較低，并且施工工序也很簡單，可以減少工程施工的工期與工程造價，所以經常在許多大型水電站以及城市的地下建設工程中使用。但是這種方法由于有中壁的存在，導致施工的工作空間減少，只能使用中小型機械進行施工。在CD這種施工方法中，中壁扮演著一個非常重要的受力構件的角色，一定要把握好中壁的拆除時機，因為中壁承受著整個洞室的重量，它的拆除將直接影響到洞室的穩定性。所以，在這種隧道施工時，應該在整個的開挖完成之后，確保洞室中的支護結構能夠形成一個整體的閉合環，最后再拆除中壁[2]。

3、CRD法

CRD的開挖方法對于一些跨度較大的地下工程、超淺埋的工程最為有效。CRD的施工方法最法的特點就是把較大的斷面分割成小斷面，一步一步地緊緊相扣，其每一個施工的階段都是由一個非常完整的受力體系構成，受力的結構非常明確，洞室的變形小，施工時的安全系數更高。在使用CRD的方法進行施工時，一般都會配合使用一些較為超前的支護手段，要嚴格控制好施工的每一個尺寸，并且在每一步都要及時測量，根據測量的信息和模型所設定的信息進行施工進尺的調整[2]。

4、比較法

通過大量的實際測量資料相比對，使用CRD的方法比CD的方法能夠減小地面的沉降將近百分之五十，所以在進行CRD法的施工過程中，一定要嚴格按照施工步驟進行施工，在確定好每一個臺階步距并且經過認真的測量確認過后才能施工，認真對待每一個施工細節，這樣就可以很有效地減小地表的下沉幅度與地中土體的移位。但是雖然在一些超淺埋和大跨度的工程施工中，也可以使用CRD法把地表下沉的幅度控制在三十五毫米以內，同時把水平位移控制在十毫米以內[3]。

除了上述以外，在施工中會遇到臨時中隔墻或者橫撐的情況，在遇到這類問題時，開挖的階段是一個非常重要的步驟，作為整個工程的支撐構件，使得CRD發能夠發揮其步步封閉的特性。但是當整個初期的支護封閉之后，隧道中中墻和水平橫撐并沒有很明顯的作用，把它們拆除之后對地表下沉或者地中土體以為的影響都很小，所以它們可以進行重復使用，不僅能節省工程造價，還能節約能源。

5、雙側壁導坑法

雙側壁導坑法主要就是把相對較大的斷面分割成許多較小的斷面之后，再進行斷面的開挖，這種方法較為封閉和安全，尤其適用于容易塌方松散的巖層、坡積土、破碎的巖層帶、溶洞堆積體等地方，所以使用這種方法的工程主要是一些地下工程，例如地鐵和地下停車場之類的，并不適合在山嶺隧道的工程中使用[4]。雙側壁導坑法的主要特點是：第一，工程的步驟較多，能夠施工作業的面積較小，不利于機械化的使用，因此施工進度相對較慢。第二，可以很好的控制地表及其內部的一些變形，減少拱腳下沉的幅度與拱頂的壓力。第三，會使用多次支護結構的轉換，工程造價相對較高。第四，對測量及加固等施工要求較高，在拆除拱架的施工時也不太安全。

6、環形開挖預留核心土的方法

使用這種施工方法最先應該加固隧道及其周邊的圍巖，并對斷面上半面的環行部分進行人工與挖掘機的共同挖掘，可以在挖掘機上安裝一些勺形的牙齒，以便加快施工進度。這種方法具有以下幾點特點：第一，要注意到圍巖所形成的拱作用，在測量之后對其支護參數進行適當調整。第二，在進行斷面上半部分的開挖之前，要先了解好各部分的地質情況，根據不同的需要來調整支護，并且發揮圍巖本身的自承能力。第三，如果支護不能滿足斷面的需要，就應該加強支護，把大斷面的施工改為小斷面施工，及時進行監控測量。第四，因為這種方法可以使用機械施工，所以施工速度較快，更容易進行各種公益的轉化。第五，不利于控制隧道的變形[1]。

二、對以上三種方法所做的比較

以上所述的三種開挖方法的比對如表1所示：

三、施工的保證措施

1、做好監控測量

軟巖隧道最重要的決策依據就是其監控測量的數據，要根據這些數據進行比對分析，才能選出應該使用哪一種更為合適的開挖方法。進行監控測量是為了掌握圍巖在施工中的實時動態，在圍巖變形之前提前做好預防措施。應該成立專門的監控小組，一方面確保施工的安全，另一方面要在洞室內部進行詳細的測量與判定。每天都應測量一至兩次，如果發現異常，更要增多測量的次數，進行數據的分析，確立正確的施工方法[1]。尤其是對于淺埋與偏壓的地段要重點監測，對于監測數據要認真分析，使用及時加固的措施，選取合適的施工方法，防止出現意外。

2、對施工進行動態管理

由于之前有一些隧道在施工時遭遇了坍塌，鑒于這些教訓，每一位施工人員都應該非常謹慎，對于施工方案進行反復的推敲與論證，直至找到最為合適的方案再進行施工。如果在施工中遇到了問題，一定要及時詢問專家的意見，對開挖方法進行適當的修改。同時，要引進先進的科學技術與設計理念，更加優化隧道的設計，成立一個動態管理小組，對施工的每一部分進行管理，在施工遇到問題時及時決策，超前指揮，加強施工的安全管理與技術管理，每一步驟完成、每一天的工作、每一星期的工作完成之后都要進行分析，嚴格按照管理人員制定的計劃進行施工，確保隧道能夠在預計的工期之內保質、保量、安全、有序地完成。

結語

篇10

【關鍵詞】隧道；淺埋偏壓；地表注漿

1.工程概況及地質條件

馬鞍山隧道為連拱隧道，起訖里程K1733+135～K1733+505，長370m，隧道穿越一坡體，最大埋深約42m，進出口段均處于淺埋偏壓段。隧道平面線形進口段位于R=1100m的圓曲線上，出口段位于直線段上；隧道縱坡坡度-2.75%。位處大方縣六龍鎮北面的鄭家灣東面，機耕道可至隧址，交通條件一般。

地質：隧道區上覆第四系殘坡積層粉質粘土層，黃褐色、橙黃色，含碎石及角礫5～20%，硬塑～可塑狀，厚1～4m；下伏基巖為二疊系下茅口組灰白色中厚～厚層狀灰巖，呈灰色，細晶結構，巖石節理較發育，巖體較破碎，取芯呈柱狀、短柱狀。根據聲波測試及地震勘探結果，Vp=4200m/s。

場區位于黔北臺隆遵義斷拱畢節北東向構造變形區兩路口背斜南東翼，地層單斜、緩傾，巖層產狀75～85°∠18～28°，主要發育的兩組節理裂隙，產狀為195°∠80°和252°∠85°，節理裂隙發育密度一般5～20條/m3，局部可達30條/m3。

根據本隧道的特點、設計文件及現場施工條件，采取從出口端進洞，首先施工中導洞，其次再施工隧道右幅，最后再開挖隧道左幅。洞口段進洞均采用超前大管棚施工。在進洞段20m范圍左幅洞頂地表存在一沖溝, 沖溝坡度約20°, 位于K1733+485處，沖溝內最小埋深僅50cm，見所附照片1所示。明暗交接位置左幅K1733+500斷面隧道洞頂埋深約120cm, 右洞K1733+500斷面隧道洞頂埋深約280cm。隧道穿越洞口淺埋偏壓段，施工存在極大的坍方、冒頂等危險。且因為洞口明洞段爆破開挖，致使淺埋段地表開裂，土石分離。施工前須對該段進行預處理。

2.方案比較

施工完中導洞，再行開挖主洞，針對隧道洞口段處理偏壓提出2種方案：

A 方案：對淺埋偏壓段開挖路塹，施做偏壓明洞。

B 方案：沖溝下緣設置擋墻進行地表回填，對淺埋偏壓段地表鋼管注漿加固，并上覆錨桿掛網噴混凝土蓋板，隧道進洞施工按正常設計進行。

A方案，由于路塹的開挖, 形成三面高邊坡, 增加大量的開挖面、邊仰坡臨時防護外, 隧道暗洞開挖與明洞段的施工銜接處理比較艱難，而且屆時施工正處于雨季施工, 該方案對隧道的穩定和施工非常不利。B方案，該淺埋偏壓段縱向呈臺階式，高差達2m；橫向自然坡度較緩, 隧道位于半山腰位置, 擋土墻施工相對困難，但沖溝回填工程方量較小，回填完成后進行偏壓段地表鋼管注漿, 通過對地表采用鋼花管注漿加固，并采用砂漿錨桿掛網噴混凝土將鋼花管連接成一體。原則上避開了雨季施工的影響，但施工工藝相對要求較高，需要增加征地，采取“取高填低”辦法，以人力、畜力就近取土進行沖溝回填。

左幅隧道洞頂沖溝位置示意圖

通過對淺埋偏壓段進行地表注漿加固, 隧道從加固體中通過, 可有效地減小偏壓的影響；錨桿掛網噴混凝土將注漿鋼花管連成一體, 不僅加強了抗偏壓能力, 而且進一步防止隧道開挖時冒頂、坍塌。考慮該隧道的地形、地質條件，確定該隧道地表豎向注漿預加固，縱向范圍為整個淺埋段，橫向范圍按隧道中線左幅左側12m、右幅右側10m，兩隧道中線間全部加固。錨桿掛網噴混凝土區域按隧道中線左幅左側10m，右幅右側8m，兩隧道中線間滿鋪。

綜合考慮上述兩方案的優缺點, 結合現場工程的管理措施以及該隧道的特點, 采用地表鋼管豎向注漿預加固并設置錨桿掛網噴混凝土方案。

3.方案的實施

豎向鋼管注漿設計鋼管采用ф42×4mm，混凝土蓋板范圍以內鋼管, 管口高出蓋板頂面30cm。蓋板頂面以下15cm 范圍內管身不設鉆眼，注漿段管身按梅花形間距15cm鉆6mm 的花孔。鋼管間距為150cm×150cm。混凝土蓋板范圍以外鋼管，管口設置C20混凝土止漿塞，尺寸為30cm×30cm×15cm。管口高出止漿塞頂面30cm。止漿塞底面以下15cm范圍內管身不設鉆眼，注漿段管身按梅花形間距15cm 鉆6mm的花孔。鋼管間距為200cm×200cm。鋼管打入深度視埋深位置分段進行控制：隧道開挖線以外范圍打入至隧道圓心水平線以下100～200cm；隧道開挖線以內范圍打入至隧道圓心水平線。除采用少量雙液漿封堵地表處止漿塞口或管口，鋼管注漿材料采用水泥漿，分次間歇式注入，注漿初壓在0.5～1MPa，超過2MPa時終止壓漿。單孔注漿量由漿液擴散半徑及圍巖的孔隙率確定，可按下式進行計算:Q=αβN·πR2L。

式中:Q為漿液注入量，單位：m3；R為漿液有效擴散半徑，單位：m；L為注漿段長度，單位m；α為漿液充盈系數；β為漿液消耗系數；N為圍巖裂隙率，%。

混凝土蓋板為C20噴混凝土，厚度30cm；縱、橫向鋼筋采用ф6.5盤條，網片規格25×25cm, 并與鋼花管出露段焊接牢固，錨桿為Φ22螺紋鋼，噴混凝土前對地表適當整平, 清除浮土。噴混凝土時, 預留排氣孔，并在注漿前對排氣孔進行有效封堵。施工后在蓋板及注漿范圍培土植草進行綠化處理。

對該隧道淺埋偏壓段處理完成后，方可進行隧道主洞超前大管棚施工，進而開挖支護。

4.監控量測分析

為評價淺埋偏壓段帶沖溝處理的效果, 在施工期對隧道洞口段30m范圍斷面進行了監控量測;連續監控45天，監測數據表明洞身周邊位移收斂量較小, 隧道側墻水平累積位移值在3mm, 平均每天水平位移收斂值為0.15mm; 拱頂累積沉降量2.4mm, 平均每天沉降值0.12mm, 基本認定隧道圍巖趨于穩定。隧道側墻水平和拱頂位移～ 時間曲線見圖4、圖5；說明采用地表豎向鋼管注漿以及C20噴射混凝土蓋板方案對隧道淺埋偏壓及沖溝回填處治問題有較好的效應。

隧道初期支護沉降收斂位移～時間曲線

洞口淺埋偏壓處治斷面圖

5.結語

山區隧道洞口段淺埋偏壓問題受地形、地質以及施工等條件的限制, 橫向沖溝易造成冒頂, 處理起來有一定難度。通過工程實踐證明, 采用地表豎向鋼管注漿以及噴射混凝土蓋板方案, 對淺埋偏壓段進行地表注漿加固, 可有效地減小偏壓的影響；同時通過混凝土蓋板將注漿鋼花管連成一體,進一步加強了抗偏壓能力, 而且防止了隧道開挖時冒頂、坍塌, 使隧道施工安全得到了一定保障。地表豎向鋼管注漿并上覆鋼筋混凝土蓋板方案對山區隧道洞口段淺埋偏壓處治是一種有效的隧道進洞措施。

【參考文獻】

［1］關寶樹.隧道工程施工要點集．北京:人民交通出版社，2003．