淺談隧道險情預報的設計方法

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一、隧道風險總體評述

隧道為分離式隧道，左幅長1,146m、右幅長1,142m。隧址區(qū)主要為石炭系黃龍組（C2hn）厚層塊狀灰?guī)r，巖溶裂隙發(fā)育，巖溶水發(fā)育。灰?guī)r屬軟巖~極軟巖，屬于碳酸鹽巖，遇水易發(fā)生化學反應，巖溶水、裂隙水極易沿著巖溶水系統(tǒng)通道涌入隧道，形成突水涌泥。隧道隧址區(qū)均巖溶裂隙發(fā)育，巖溶水發(fā)育，巖溶、溶蝕裂隙等附近有可能相互連通，成為地下水的聯(lián)絡通道，而且隧道穿越的主要圍巖為灰?guī)r，灰?guī)r為含水、透水層，是隧道開挖發(fā)生突水的巨大隱患，突水涌泥風險較高。隧道進出口段為V級圍巖，巖體破碎，穩(wěn)定性較差，節(jié)理發(fā)育，埋深相對較淺，因此在施工擾動下可能會發(fā)生大變形、滑坡等風險事故。隧道開挖時，圍巖被擾動，巖體發(fā)生塑性大變形，變形過大會誘發(fā)塌方。

二、險情反饋及監(jiān)測

隧道進口端左線上臺階開挖至ZK82+517，中臺階左側開挖至ZK82+515，中臺階右側開挖至ZK82+515，仰拱未澆筑，二次襯砌未澆筑；左線進口邊、仰坡防護已完成，洞口段地表截水天溝已施工完畢鑒于該隧道的特殊地形及工程地質條件，監(jiān)測單位于07月09日在進口端左線洞內ZK82+513里程布設拱頂下沉測點及洞外邊坡測點。截至7月12日，監(jiān)測單位在進口端左線洞內埋設的拱頂下沉測點有較大沉降。其中，ZK82+513監(jiān)測斷面沉降變化尤為明顯，該斷面各拱頂下沉監(jiān)測點近幾日的沉降變化超過15.0mm/d，最大單日沉降達到43.6mm/d，最大累計沉降已達到93.7mm。ZK82+513斷面周邊位移監(jiān)測點由于受開挖施工方法影響暫未布設，所以無周邊位移監(jiān)測成果，其中拱頂下沉監(jiān)測采用無接觸量測技術。對于臺階法開挖中，水準抄平量測拱頂下沉，上臺階常無法設置測站，尤其受空間控制拱腳下沉量測很難用掛尺抄平方法進行。這時將采用非接觸三維位移觀測方法即無尺量測技術。無尺量測技術是利用高精度全站儀自由設站、對邊測量、免棱鏡測距應用功能，在隧道中可以靈活有效地進行隧道的變形量測。該方法設站靈活、抗施工干擾的能力強，測量速度快，效率高，可將儀器架設在安全區(qū)進行量測，量測人員無須到達危險區(qū)，操作安全。同時對于隧道有核心土弧形導坑臺階法開挖或其他障礙物影響收斂計量測的測點均可采用全站儀測量，本項目用徠卡TCA2003全站儀高精度全站儀（角度精度指標0.5″、分辨率0.1″，1mm+1ppm的測距精度，分辨率0.1mm），超過二級觀測的角度，滿足測量精度要求。隧道變形從開始發(fā)生到破壞一般經歷五個階段：初期沉降階段（0-1段）、平穩(wěn)發(fā)展階段（1-2段）、過渡階段（2-3段）、加速沉降階段（3-4段）和破壞階段（4以后）。在過渡階段開始時應進行預警。除了圍巖位移量之外，圍巖的位移變化速率也可以作為隧道圍巖穩(wěn)定性的判斷標準。圍巖容許位移變化速率目前還沒有明確的統(tǒng)一規(guī)定，一般以現(xiàn)場的具體情況，根據(jù)經驗選定。隧道位移變化速率標準為：當位移變化速率大于1mm/d時，認為圍巖處于急劇變化階段，需加強觀測，若位移變化速率長期不下降則需加強支護；凈空變化速率在0.2~1.0mm/d時，認為圍巖處于緩慢變形階段；當凈空變化速率小于0.2mm/d時，認為圍巖基本穩(wěn)定。根據(jù)建立的隧道5級變形預警體系，可見隧道變形處于加速增長階段，且變化速率超過1mm/d。

三、險情成因分析

可判定隧道進口左線洞內ZK82+511~ZK82+517里程段目前很不穩(wěn)定，經初步分析認為造成以上里程段變形的原因大致如下：隧道進口端地處淺埋地段，圍巖主要為強風化泥灰?guī)r、泥巖，灰紅色，主要礦物成分為泥炭質，具灰泥質結構，?。泻駥訝顦嬙?。節(jié)理裂隙較發(fā)育，原巖風化劇烈，巖質稍軟，完整性差，多呈碎石狀，自穩(wěn)性極差，成洞條件極差；進口段的隧道埋深很淺，且覆蓋層土體自穩(wěn)能力差，開挖中自然拱難以形成；隧址區(qū)地下水較發(fā)育，尤其是洞口段地下水滲漏嚴重，對基巖的承載力有較大削弱，使得初襯的承載力也不能充分發(fā)揮；07月09日，隧道左線中臺階開挖施工，爆破施工擾動對洞內初期支護的穩(wěn)定性影響較大。

四、結語

對隧道進口端左線洞內沉降過大段采取一些臨時加固措施（如加撐臨時橫撐或施做臨時仰拱等），對洞內初期支護進行注漿補強，在開挖下臺階時注意鋼架的落腳一定要安放在堅硬的巖石上，如無堅硬巖石時要利用人造混凝土塊落在實處，鎖腳錨桿或鋼管必須按施工要求打設，拱腳超挖1米范圍內必須噴射混凝土回填，然后增大落腳面積以減少拱頂下沉；在條件允許的情況下，建議對進口端地表再次進行深孔灌漿以加固土體；在施工條件允許的情況下，盡快搶施仰拱；為確保施工安全，建議施工中密切關注初期支護表面的變化，一旦有險情出現(xiàn)時，立即疏散現(xiàn)場施工人員；繼續(xù)加強監(jiān)測工作。

作者：周森 單位：貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司