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·隧道/地下工程·收稿日期:20160116隧道洞口滑坡段监控量测优化方案秦金德1 邓 锐2(1.蒙西华中铁路股份有限公司 北京 100073;2.中铁西南科学研究院有限公司 四川成都 611731)摘 要 结合某高速公路隧道工程施工实例,对隧道滑坡段在隧道施工期间向隧道方向位移特征及对隧道支护变形影响进行分析总结,并根据收集的位移原因提出扩大监测范围、实现过程动态监控的控制措施。关键词 隧道工程 滑坡监测 位移分析 控制措施中图分类号 U457.2文献标识码 A文章编号 10094539 (2016)增 1021603 OptimizationSchemeofMonitoringandMeasurementfor LandslideattheTunnelPortal QinJinde1, DengRui2( 1.MengxihuazhongRailwayCo.Ltd.隧, Beijing100073,道/地下工; 2.ChinaRailwaySouthwestResearch ∠°
, ×∠°×∠ ,道/地下工)Abstract Combinedwiththepracticeforconstructionofahighwaytunnelengineering, thispaperanalyzesandsummari隧 ×××∠°°∠×°°∠°∠∠∠×°∠∠∠support,and putsforwardcontrol measuresofwidermonitoringanddynamicsupervisionaccordingtothereasonsofdisplacement. Keywords tunnelproject; landslidemonitoring; displacementanalysis;controlmeasures 1引言滑坡是高速公路隧道建设的主要灾害威胁之一。然而由于滑坡分布的广泛性、滑坡灾害发生的突然性,滑坡灾害对在建隧道强大的破坏性,对于滑坡进行有效的监控量测一直都受人关注。然而由于目前各种监测技术手段的针对性和局限性,单一的隧道监测成果往往不足达到指导现场处置,保障施工安全的目的。过于冗余复杂的监测项目不仅费时费料,更容易因为繁琐的监测流程降低监测效率和质量[1]。本文依托某高速公路隧道洞口滑坡段的工程实例,通过地质勘察、现场施工参数整理及监控量测数据分析等手段,对该隧道洞口滑坡段监测方案进行优化,对采集的深层位移数据、隧道支护变形数据及隧道支护应力应变数据进行综合对比分析,以供存在类似情况的工程建设参考和借鉴[2]。 2工程概况该隧道出口(滑坡段)位于某村寨北西约 400m处中山冲沟,隧址区内山体走向北西,呈狭长的脊状。隧道形式为分离式,净空(宽 ×高)均为 10.25m× 50m秦,左线起讫里程 ZK68+433~ZK69+160,全长 738m;右线起讫里程 YK68+440~YK69+200,全长 760m;均采用端墙式洞门。隧址区构造行迹定形于燕山期构造作用,使地壳发生大面积间歇性掀斜式抬升,隧址区灰岩处于单斜构造,岩层产状 70°∠24°。根据区域地质资料,隧址区未见有断裂构造通过,隧道进出口局部沟谷深切揭露出中风化岩层,显示岩层节理裂隙较发育,二叠系下统梁山组砂岩夹砂质泥岩、页岩主要发育三组节理,节理产状分别为:J1(180°∠78°)、J2(315°∠86°)、J3(251°∠71°)。隧址区地表水主要为溪沟水,位于隧道出口冲沟内,汇集周边山体雨水,为季节性流水。地下水主要为第四系松散土层中的孔隙潜水、612铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )·隧道/地下工程·基岩裂隙水和岩溶裂隙水。 3隧道出口端灾害情况该隧道出口端位于单斜构造坡体内,线路走向与岩层走向近平行(见图 1),左幅隧道进洞施工开 挖形成路槽,使左洞出口段(里程 ZK68+135~ 图 1隧道(出口端)滑坡体 揭露岩层(面向掌子面) ZK69+189 )右侧形成了高为 3~15m 的临空面,当对临空的边坡体未采取有效防护支挡工程的情况下,在降雨等外部因素的促进作用下,路槽右侧的自然斜坡体产生了顺层滑动变形现象,主要滑动方向与路线走向近垂直或大角度斜交,斜坡滑动后,引起已施工的右洞洞身结构受偏压而产生开裂变形。 3.1针对隧道的监控量测发生灾害前,该隧道的监控量测方案主要监控对象放在隧道本身,并没有将周边环境因素考虑到整个监测体系当中。2014 年 3 月 31 日,该隧道(出口端)右线 YK68 +926~YK68+955.7 段拱顶下沉及拱脚收敛 10~ 50cm,出现不同程度的变形,已施工完毕的初期支护出现不同程度裂纹,且发现在该段的洞顶地表出现多道裂缝,裂缝的宽度 10~50cm 不等。 3.2加强对隧道的监控量测经历了第一次开挖期间比较大隧道变形后,监测方案加强了对隧道本体的监测力度。针对开挖期间隧道围岩支护变形较大的问题,形成相关会议纪要。要求对隧道右线 YK68+920~YK68+955.7段洞身增加基底承载力,采取沟108 钢管桩,拱圈基础钢管桩加密,对变形初期支护增加临时支架,减少变形,逐级拆换已变形初支;对洞身增设临时套拱;对隧道右线 YK68+955.7~YK68+975.7 段洞身增强基底承载应力,拱脚及仰拱采取打沟108 的钢管桩,间距为 1m× 1m,梅花形布置,钢管桩长度为 9m,对变形初期支护增加临时套拱,减少变形。隧道内监测断面间距由 20m 加密为 10m[3]。2014 年 8 月底,该隧道(出口端)左线边、仰坡出现了滑动变形现象,滑坡产生后,导致隧道右线二衬结构开裂,已施作的左洞明洞、套拱被破坏,已开挖的洞身被掩埋(见图 2),洞顶地表发现裂缝大 图 2隧道(出口端)左线 掌子面钢拱架变形实景照片面积分布,并有进一步发展的趋势。 3.3针对隧道及抗滑桩的监控量测 针对开挖期间隧道围岩支护变形持续发生,已完成支护出现裂缝且发育趋势明显等问题,后经过业主、设计、监理等多方现场论证后,决定在该隧道(出口端)左线洞门右侧设置 14根 2m× 3m 的抗滑桩进行防护。监测频率由 1 次/d,加密为2 次/d,完成的抗滑桩增加桩顶水平位移监测项[4]。2014 年 11 月 11 日(抗滑桩已施作完毕),发现隧道左线 ZK69+140~ZK69+160 段明洞右侧拱腰处有 3 条纵向裂缝,设置的抗滑桩顶的最大位移约 11.8mm。 4滑坡体、抗滑桩及隧道监测方案由于滑坡对于在建隧道的侵害问题一直未能有效解决,前期的监控量测对象过于单一,手段过于局限,导致未能及时发现引起隧道变形的真实原因。针对上述问题,该高速公路集团公司总工办组织召开专题会议,确定了隧道洞口滑坡体治理方案,其中将滑坡体纳入到监测范围内制定相应的监测方案,并特别要求施工期间和运营期间(至少一年以上)开展隧道和滑坡体的监控量测工作[5]。 4.1滑坡体、抗滑桩深层侧向位移(测斜)根据该隧道(出口端)滑坡体特征及滑坡体与隧道之间的相对位置关系[6],沿滑坡体主滑方向设置 2个深层侧向位移监测断面,每个监测断面上布设 4 个测孔,其中每个断面上确保各有 1 个测孔布设在抗滑桩上[7],测孔深度平均按 30m 计,通过对滑坡体主滑方向上的深层侧向位移及抗滑桩的深层侧向位移监测,可及时掌握滑坡体深层土体的变形以及抗滑桩沿深度方向的位移情况[8](见图 3)。图 3隧道滑坡体和抗滑桩深层侧向位移测斜孔布设 712铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )·隧道/地下工程· 4.2隧道支护变形根据洞内实际情况,在初支未封闭段( 40m),按照断面间距 5m 进行布设。每个监测断面布设 3个拱顶沉降点和 2 对净空收敛测点[9](见图 4)。 4.3格栅钢拱架应力监测该隧道(出口端滑坡段)左线还剩 40m 未施作二衬,拟在该段布设 3 个格栅钢拱架应力监测断面,每个断面布设 5 个测点,每个测点分内外侧钢筋各布设 1 支钢筋计,每个断面共布设 10 支钢筋计[10](见图 5)。图 4隧道净空收敛、拱顶下沉测点布设 图 5隧道格栅钢拱架应力计布设 5滑坡体、抗滑桩及隧道监测成果 5.1滑坡体、抗滑桩深层侧向位移成果隧道恢复掘进期间,根据监测数据显示滑坡体及抗滑桩均存在向隧道方向明显的位移趋势,该位移深度集中在地下 1~10m 范围(设计已探知滑坡体深度)。同时由于埋设位置不同,直接埋设在滑坡体里的深层侧向位移测点位移趋势明显大于埋设于抗滑桩内的深层侧向位移测点,且对隧道掘进施工扰动反应前者也强于后者。随着隧道二衬及滑坡段抗滑桩的施作逐步完成,抗滑桩深层侧向位移趋势减缓,并于隧道通车后两月逐步趋于稳定。而滑坡体深层侧向位移趋势一直到滑坡体抗滑桩施作完毕,隧道实现通车后才逐步呈现出收敛趋势[11],如图 6 和图 7 所示。图 6抗滑桩深层侧向位移趋势图图 7滑坡体深层侧向位移趋势图 5.2隧道支护变形成果由于隧道洞口位于滑坡体影响段,地形条件较差,且隧道顶两侧土体厚度不均一,隧道存在明显的偏压现象。掘进期间,隧道支护变形较为明显。特别是在下台阶开挖期间,拱顶下沉、水平收敛测项均出现较为明显的变化,如图 8 所示。现场施工根据洞内监测数据及时调整,加快初支封闭工作,同时在初支封闭段及时架设型钢增加支护强度,进行二衬施工时,按照一个隔断为单位,逐步拆除型钢支撑,在各工序转换期间尽量减小施工对围岩的扰动。图 8隧道净空收敛、拱顶下沉时态变化曲线图 5.3格栅钢拱架应力应变成果根据格栅钢拱架应力监测数据(见图 9),体现出隧道受到较为明显的偏压作用,且靠近滑坡面应力大于远离面,拱顶部位应力大于边墙部位的特点,随着隧道二衬施作及滑坡段抗滑桩施工的完成,该测项数据逐步趋于稳定。图 9隧道格栅钢拱架应力时态变化曲线图(下转第 223 页)812铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )·隧道/地下工程· 7结论与体会通过郑州市轨道交通 4 号线龙湖市政配套工程盾构穿越防渗墙的工程实例,解决了在盾构穿越塑性混凝土防渗墙渗漏水的工程难题,保证了周边建构筑物基坑安全。工程通过地面预加固提高了防渗墙的强度,运用多年积累的盾构施工经验调整了盾构各项掘进参数和注浆材料,采用弹性波 CT 成像和水流量传感器进行检测,做好了洞内注浆加固的预案,成功解决了由于湖面水位高危及周边建构筑物基坑安全的问题,保证了郑州市龙湖工程的正常使用,为类似工程提供了参考的依据。参考文献[1] 刘国彬,王卫东.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工程出版社,2009:267.[2] 李云松,关伟,谢长福.龙湖调蓄工程塑性混凝土防渗墙快速施工技术[C].2013 水利水电地基与基础工程技术 -中国水利学会地基与基础工程专业委员会第12 次全国学术会议论文集,2013: 113-117.[3] 夏可风.2013 水利水电地基与基础工程技术[M].北京:中国水利水电出版社,2013: 46-50.[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部 .JGJ79-2012建筑地基处理技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012: 85-90.[5] 郭麒麟,马明,黄金成,等.地下防渗墙施工技术研究及应用[M].北京:中国地质大学出版社,2007:67.[6] 吴世明,林存刚,张忠苗,等.泥水盾构下穿堤防的风险分析及控制研究[J].岩石力学与工程学报,2011,30(5): 1034-1042.[7] 安晓科,寇宝庆,宋洋,等.盾构穿越大堤防渗墙技术与研究[J].石油天然气学报,2013,35(5): 288-291.[8] 乐贵平.盾构工程技术问答[M].北京:人民交通出版社,2013:312.[9] 乐贵平,贺少辉,罗富荣,等.北京地铁盾构隧道技术[M].北京:人民交通出版社,2012: 267-273.[10]张凤祥,傅德明,杨国祥,等.盾构隧道施工手册[M].北京:人民交通出版社,2005: 46-50.[11]袁国培.塑性混凝土防渗墙在水库大坝除险加固中的应用[J].水利规划与设计,2010(4): 59-62.[12]张宇旭,熊文.弹性波 CT 在混凝土缺陷检测中的试验研究[J].建筑技术,2013,43(3):檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪262. (上接第 218 页) 6结论(1)通过合理增加监测项目,扩大监测范围,明确监测对象。结合各项监测成果的整理分析,科学地判定了隧道施工期间各监测对象的变形情况,为合理修正施工参数提供了可靠依据。随着滑坡体抗滑桩的施作完成,滑坡体蠕滑趋势得到有效的抑制[12]。(2)隧道掘进期间滑坡体的位移方向均是向隧道方向滑动。(3)根据监测数据分析,由于隧道仍存在偏压现象,应继续在运营期间对隧道进行动态监测,监控隧道实时变化。参考文献[1] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].安徽教育出版社,2004: 340-348.[2] 章勇武,马惠民.山区高速公路滑坡与高边坡病害防治技术实践[M].北京:人民交通出版社,2007: 35-40.[3] 宋迎春.利用 GPS 进行边坡滑坡监测的数学模型[J].湘潭大学自然科学学报,2006,28(1): 105-111.[4] 周纯杰,黄雄峰,秦元庆,等.无线传感网络施工隧道安全监控系统软件设计与实现[J].计算机工程与设计, 2011,32(7): 2501-2504.[5] 王云岗,熊凯,凌道盛.基于平动加转动运动场的边坡稳定上限分析[J].岩土力学,2010,31(8): 2619-2624.[6] 王更峰.层状围岩隧道变形控制技术探讨与实践[J].铁道建筑技术,2013(7): 28-31.[7] 马全珍,张宝华.钻孔测斜仪在边坡监测中的应用[J].常州工学院学报,2005,18(1): 85-89.[8] 刘浩.软土地区大覆土明挖隧道沉降变形规律研究[J].铁道建筑技术,2016(2): 31-35.[9] 叶青,赵全麟.三峡工程库区滑坡监测几个问题的探讨[J].人民长江,2000,31(6): 7-9.[10]岳东杰,李红祥.GPS 变形监测网网形结构对控制网质量的影响[J].河海大学学报:自然科学版,2008,36(5): 697-701.[11]韦寒波,高谦.灰色理论在边坡岩体变形预测中的应用[J].有色金属(矿山部分),2008,60(2): 31-33.[12]董捷,叶明亮.平溪特大桥滑坡动态监测总报告[R].贵阳:贵州省交通规划勘察设计院,2006:9.322铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )
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