隧道工程的优缺点范文

导语：如何才能写好一篇隧道工程的优缺点，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：旋喷；摆喷；截渗墙

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

1引言

临沂市三河口隧道为水下隧道，区域内的地层主要为第四系河流相冲洪积粘性土、砂土等覆盖层[1]，整条隧道采用明挖法施工，主要采用围堰挡水，为了保证施工围堰能满足满足防水、防渗的功能要求，通过高压喷射旋喷和摆喷形成截渗墙，达到围堰内施工要求。

2 高压旋喷与摆喷的优缺点及三河口隧道工程的截渗方案选择

2.1高压旋喷的优缺点

优点：成墙厚度较厚，承受围堰外水的侧压力的能力高，对围堰的稳定性起较大的加强作用；抗渗透能力强。

缺点：水泥的用量大，成本高；拆除时难度高，拆除量大；施工工艺复杂，设备占用场地，操作不方便。

2.2高压摆喷的优缺点

优点：水泥的用量少，是采用高压旋喷灌浆成墙水泥用量的1/5，成本低；成墙厚度小，最后达0.3m，拆除量小；施工工艺简单，操作方便，设备占用场地小，施工工艺也较成熟。

缺点：成墙厚度小，对围堰的稳定性加强作用小；抗渗透能力小[2]。

2.3 三河口隧道工程的截渗方案选择

因高压旋喷的防渗效果稍优于高压摆喷，防渗墙的厚度也比高压摆喷大，对防渗和强度要求较高的防渗墙应首先考虑采用高压旋喷工艺[3]。因此主河道内采用旋喷。由于旋喷与摆喷相结合既能满足防渗和强度要求，工程造价较略低于单独旋喷，所以主河道以外采用旋喷与摆喷结合。

3 施工工艺

3.1孔位布设

3.1.1旋喷与摆喷结合施工布孔：

在隧道开挖边线两侧，布设一排高喷孔，采用旋喷与摆喷相结合形成截渗墙，孔间距为1.2m，入岩0.5m。高喷采用两管法施工。高喷灌浆分两序进行。先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。Ⅰ序孔为旋喷、Ⅱ序孔为摆喷，施工程序为钻孔、下置喷射管、喷射提升、成桩成板，形成一道连续截渗墙。

3.1.2旋喷施工布孔：

在隧道边墙（桩号1+190、0+540）两侧，布设一排旋喷孔与素砼板墙相结合形成截渗墙，孔间距为0.8m，最小搭接长度0.15m，入岩0.5m。高喷采用两管法施工。高喷灌浆分两序进行。先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。施工程序为钻孔、下置喷射管、喷射提升、成桩成板，形成一道连续墙。示意如图：

4 施工方法

4.1浆液

（1） 高喷灌浆所采用的水泥品种和标号，根据工程目的和需要确定。采用普通硅酸盐水泥，其标号32.5级。

（2）高喷灌浆所用水泥符合有关质量标准，施工过程中抽样检查。不使用受潮结块的水泥。

（3）高喷灌浆用水采用沂河河水。

（4） 高喷灌浆浆液使用水泥浆。

4.2机具和设备

4.2.1高喷灌浆机具

造孔采用XY-2型地质钻机，高压喷射灌浆采用GP-5高喷台车，辅以高压灌浆泵、空压机、水泥浆搅拌机等。

A、高喷灌浆所用的喷射管、喷头和送液器(亦称高压水龙头)，密封可靠、装卸简便。喷射管体连接顺直。喷头定向准确。

B、 高压喷嘴的出口直径与设计压力和流量值相适应。采用耐磨材料按图所示结构制造。

4.2.2高喷灌浆设备

A、搅拌机的性能和搅拌能力与所用浆液类型和需浆量相适应，且能保证浆液拌制均匀。

B、 储浆桶能满足连续供给高喷灌浆浆液的需要。

C、灌浆泵和高压水泵的性能与所灌介质的类型、浓度和供浆量、供水量相适应，其额定压力不小于设计规定压力的1.2倍。

D、在各类泵或输送管路上安装压力表以检测压力。使用压力在压力表最大标值1/3～3/4之间。压力表定期进行检定，不合格的严禁使用。

E、空气压缩机的供风量和额定压力不小于设计规定值；供风管路上设有测量风量的仪表。

F、高喷台车的旋转、提升速度和摆动角度能满足设计要求，并与孔深相适应，采用无级调速高喷台车和高塔架台车。

5 主要施工技术参数

Ⅰ序孔完成，做相邻Ⅱ序孔的时间间隔≥24h

6具体操作流程

（1）定孔

在平面上按设计孔位进行放线定位，按Ⅰ序孔、Ⅱ序孔进行编号。先施工Ⅰ序孔。

（2）造孔

将钻机移至放好的孔位上，使钻头中心对准孔位中心，调平钻机。泥浆护壁钻孔。钻进过程中必须随时注意观察钻机的工作情况，以便发现问题及时纠正，直至钻至入岩0.5m。

（3）下喷射管

将高喷台车移至孔位、对准孔位中心，先进行地面试喷。为防止气喷嘴堵塞，下管前可用胶布包扎，可用1Mpa水压下管，下到设计深度后，用水平尺检查垂直度。

（4）制浆

制浆站严格按照监理人批准的水灰比1.3：1配制并拌制水泥浆。每罐测量一次浆液比重，并详细记录。在灌浆过程中连续搅拌，浆液过筛后使用。

A、 制浆材料称量可采用重量或体积称量法，其误差不大于5％。

B、水泥浆的搅拌时间，使用高速搅拌机不少于30s；普通搅拌机不少于90s。自制备至用完的时间少于4h。

C、浆液在过筛后使用, 并定时检测其密度。

D、浆液温度控制在5～40℃之间。

E、喷射提升

喷管下至设计深度后，开始送入符合要求的气、浆，待孔内浆液冒出孔口后，随即按旋（摆）喷的工艺要求提升注浆管，由下而上注浆。在灌浆过程中要特别注意孔口冒浆情况，如孔口出现漏浆现象，说明地层中空隙大或有集中漏水现象，及时采取措施，如充砂或掺外加剂等措施，以确保桩的连续性。

F、回灌

待喷射管提出地面后，在原孔位利用水泥浆进行回灌，直至孔内浆液面不下降为止，以确保施工质量。

G、 冲洗

喷射结束后，及时将各管路冲洗干净，以防堵塞。

7结束语

临沂三河口隧道工程采用高喷灌浆技术方案形成截渗墙，方案技术先进可靠、经济合理。通过高喷截渗墙的构筑，减少了基坑内的渗漏水，取得了非常理想的效果，保证了工程的顺利进行，也为其他类似工程提供了成功的经验。

参考文献

[1]上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司.临沂市三河口隧道工程.[R]2012

[2]郑全明.砂土地层中高压旋喷和摆喷防渗效果检验分析[J].地下空间与工程学报,2008,4(4):653-656

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【关键词】隧道工程；超前预报；地震波；TST技术

随着我国经济的不断发展，公路、铁路等工程建设也在全国各地不断展开，隧道工程也已成为上述工程建设中的重要分支。而我国中西部地区地质环境相对复杂，造山带，碎裂带，地下水等是隧洞工程中主要面临的地质状况，如果没有较好的地质超前预报技术，在不能够确定前方地质状况的情况下，冒然施工的话，将有可能引起泥石流、滑坡、塌方等地质灾害的发生。由此可见，在隧道工程中，采用超前预报技术，及时的预报各种地质问题，如含水性、瓦斯气等，是及其重要的举措。

1 我国隧道工程超前预报技术现状

当前国内隧道工程超前预报技术尚处于研究之中，准确性和可靠性方面还有欠缺之处。综合来看，当前的超前预报技术是以各种反射地震技术为主，探地雷达为辅，而瞬变电磁预报法也尚处于研究阶段，应用较少。

1.1 TSP技术

TSP超前预报技术是瑞典Amberg公司于20世纪90年代研发的用于隧道预报的技术，我国铁路系统也引进了这一技术，目前是TSP技术应用最大的用户。该方法需要在隧道的某一侧壁安装检波器和炮点，而这两者需要安置在同一水平线上，具体的操作是利用炮点产生地震波，而产生的地震波以球面波的形式在岩石中传播，当地震波遇到断层、碎裂带等地质时，会有一部分穿透接口，进入另一地质层，但也有一部分地震波会反射回来，通过对反射波与直射波的分析，可以推断出断层、碎裂带等前方不良构造带的位置、规模以及相应的构造参数。其在对反射波与直达波的处理上，是使用二维Random变换，在成像以前消除与轨道平行的反射波。TSP技术在我国的应用中发现存在较多问题，首先是其观测方式和观测界面的处理方法存在着主观捏造性，没有严谨的科学逻辑，因而对于地质带的构造往往预测不准确，在施工中容易发生各种事故。

1.2 水平剖面法（HSP）

水平剖面法从原理上讲，也属于反射地震技术的一种，这种技术与负视速度法的区别是：负视速度法师在隧道的同一侧安置建波器和炮点，而水平剖面法则是在隧道的两侧分别安置检波器和炮点。水平剖面法通过接受前方的反射波，进而确定前方不良构造带的位置，具体对反射波和直达波的处理与负视速度法类似，但是水平剖面法对于反射界面倾角没有限制，横向面积相对更大，因此在对前方地质带的预测上也比负视速度法更准确，但是在对反射波的处理上，该方法不能准确地区分不同传播路径的地震波，也不能去除干扰波，不能确定地震波在岩石中的传播速度，因而难以使用波的动力学信息来准确判断断层等构造带的位置，同时在反射界面的处理上，由于缺少相应的商业软件，因此应用也仅限于西南铁路系统等单位使用。

1.3 TST技术

TST技术是中科院与云南航天研发的一种隧道成像技术，其全称是隧道地震CT成像技术，TST技术与TRT技术有一定的相似之处，但是其功能却超过了TRT技术。TST技术是由安置在隧道两侧的激发点和接受点所组成的观测系统，激发点产生地震波，地震波经过直达、反射、折射等运动过程到达接受点，为接受点所记录，利用记录点记录的直达波、反射波、折射波等的走时及方向，在计算机上通过模拟操作，形成地震波的速度场分布图像。在确定地震波的速度场分布图像以后，根据速度的大小，以及在速度场中的分布特征，来模拟各种地质的分布特征。而TST技术为保证可靠性，在观测系统的设计上也有一定的要求：

（1）一般隧道工程的预报，需要使误差率小于10%，因此观测系统的垂直隧道偏移距，需要大于预报长度的1/10。

（2）三维波场分离和有效滤波侧向回报，对于隧道内部的观测系统也有一定的要求，纵向排列长度需要大于2-3个波长，而检波器之间的间距需要小于1/4个波长。

（3）由于TST技术在发射地震波时会产生表面地震波，因此为减少表面地震波对于观测的影响，需要将检波器和发射器都埋入岩土中，并且深度需要大于2m。

（4）TST技术具有分比率高、准确率高等特点，能够减少隧道工程中的盲目性，降低事故发生几率，因此受到了理论界和工程界的广泛肯定。

1.4 探地雷达法

探地雷达法，主要通过发射天线将高频电磁波以脉冲形式由隧道掌子面发射至地层中，高频电磁波在传播中在经过不同地质带时，会产生反射返回隧道掌子面，再通过接受天线接受返回的高频电磁波信号，分析解释高频电磁波信号，最终达到超前预报短距离地质的目的。一般而言，探地雷达法更适用于短距离（30m以下）的预报，对于中长距离地质的预报并不适用。此外，探地雷达法虽然能够较快的对短距离进行预报，但是探测距离与分辨率之间的矛盾也依然存在，而由于电磁波的散射、能量发散等原因使得对回波的记录较为困难，进而导致对有效波的分析和识别也比较困难，这些对于分析界面的解释工作也相当不利，使得探地雷达法分析得出的结果与实际往往有比较大的出入。探地雷达法的这些缺陷也决定了该方法在中国隧道工程中不能成为主要预报方法。

1.5 瞬变电磁预报技术

瞬变电磁预报技术在勘察金属矿中使用较多，而对于地质方面的超前预报尚没有进入大规模应用阶段。瞬变电磁预报技术主要是通过供电线圈在低下岩体发电产生磁场，在岩体中接受和感应二次电磁场，根据二次电磁场的强度和变化趋势，分析岩体的电导率，一般情况下岩体的电导率高，二次电磁场就强，而岩体电导率低，二次电磁场就弱。瞬变电磁预报技术适用于对高阻地块进行分析，对于岩体的高导体分布也较为敏感，因此目前的应用主要集中于隧道工程中对岩体含水性的分析。目前对于瞬变电磁在地质预报上面的实验，主要是采用小线圈大电流，这样的实验取得了地定效果，但采用的接收线圈自感、互感较大，因此瞬变电磁预报技术在未来的发展中，还需要进一步提升分辨率，改进互感性。

2 超前预报技术特点分析

对目前我国隧道工程超前预报技术的主要技术特点进行分析，我们可以从观测方式及对资料的处理方式等角度，对上述预报技术进行分类。

从观测方式上进行分类，可以分为直线安置和空间安置。TSP技术、负视速度法等属于直线安置，而水平剖面法、TST技术、瞬变电磁预报技术等则属于空间安置。从两者之间的功能对比来看，空间观测系统比直线观测系统要相对更先进，对于岩体的预报也更为准确。

从资料的处理方式进行分类，可以分为反演计算和偏移成像。负视速度法、水平剖面法等属于反演计算，而TST则属于偏移成像。从预报结果来看，偏移成像比反演计算要科学的多，偏移成像主要运用动力学和运动学原理，在推理上更加严谨，成像更直观，结果也更为准确，因此应用前景也更为广阔。

3 结语

隧道工程超前预报技术，一直是国内外研究的前沿问题，而根据本文的分析，我国隧道工程预报技术上应该尽可能地采用空间安置的观测系统，在对资料的处理上，也应使用偏移成像，同时还应该使用先进的仪器设备，这样才能提高超前预报技术的准确率，降低事故的发生概率。

参考文献：

[1]曾昭璜.隧道地震反射法超前预报[J]地球物理学报， 1994（2）.

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关键词： 连拱隧道；结构类型；新工艺

中图分类号：X734文献标识码： A

1引言

近10年来，我国公路连拱隧道数量大增，连拱隧道总数已超出600座，总里程已超出133公里，其中双向四车道连拱隧道超过560座，双向六车道连拱隧道超出50座，还创新建成来两座双向八车道连拱隧道。公路连拱隧道结构类型见表1-1。

公路连拱隧道结构类型表1-1

按路线分大类 按中墙组合分亚类 按中墙外形分小类 按中墙空实分形式 隧道结构全称

普通式 整体式 直中墙 实体 整体实直中墙隧道

空心 整体空心直中墙隧道

曲中墙 实体 整体实曲中墙隧道

复合式 二墙直中墙 实体 复合实直中墙隧道

三墙直中墙 实体 复合实直中墙隧道

曲中墙 实体 复合实曲中墙隧道

不对称式 整体式 直中墙 实体 不对称整体实直中墙隧道

平顶箱涵 整体式 直中墙 实体 整体实直中墙隧道

空心式 直中墙 空心 整体空心直中墙隧道

微拱箱涵 空心式 直中墙 空心 整体空心直中墙隧道

沉管式 整体式 直中墙 实体 整体实直中墙隧道

分岔式 整体式 直中墙 实体 整体分岔实直中墙隧道

复合式 曲中墙 实体 复合分岔实曲中墙隧道

无中墙连拱隧道

2公路连拱隧道工艺

2.1常规施工工艺

2.1.1三导洞法

三导洞法，即首先开挖中导洞，然后施做中隔墙，再分别开挖左右导洞。开挖中导洞主要是为了首先施做中隔墙。

2.1.2中导洞法

中导洞法，即施工中导洞和中墙施工后,直接进行左、右正洞的开挖。

2.2新施工工艺

由于隧道要满通量需要和地质条件、环保等要求，本着安全、质量、工期和效益相结合的原则，对连拱隧道工艺选择是否正确，关系到隧道施工的成败。近些年学者们对公路连拱隧道工艺进行了大量的研究，创新出了一些新工艺，如半明半暗连拱隧道工艺，单洞改双洞连拱隧道工艺等等。

为了优化选择连拱隧道设计和施工工艺方案，姚振凯、李世清等对连拱隧道工艺进行了分类研究。连拱隧道工艺分类，采用五级划分方案，即连拱隧道与其隧道的关系分成大类，普通连拱隧道再按对称性分成小类，按有无导洞分成型，按导洞数量和位置不同分成种，最后按正洞开挖、初期支护和二次衬砌工序和设备不同分成属，见表2-2。

公路连拱隧道工艺类型表2-2

大类 小类 型 种 属

普

通

连

拱

对

称

工

艺 导洞

中导洞（单导洞） 中导洞―侧壁导洞先墙后拱工艺

中导洞―侧壁导洞全断面二衬工艺

中导洞―台阶工艺

中导洞―核心土工艺

中导洞―内上导洞盾构工艺

中导洞―外上导洞盾构工艺

中导洞―下导洞工艺

中导洞―全断面工艺

中导洞―单臂掘进机工艺

中导洞―中隔壁（CD）工艺

中导洞―十字隔壁（CRD）工艺

中导洞―跳槽开挖中墙工艺

双导洞 双导洞―台阶工艺

双导洞―半明半暗工艺

三导洞 三导洞三连拱―先墙后拱工艺

无导洞 大洞带中墙 无导洞―全断面工艺

无导洞―中隔壁（CD）工艺

无导洞―十字隔壁（CRD）工艺

双洞平行工艺（中墙跳槽开挖）

明洞（箱涵）工艺

箱形框架沉埋工艺

不对称

工艺 导洞 中导洞 三导洞―核心土工艺

混合

工艺 中导洞和无导洞―台阶工艺

三导洞中导洞+侧洞带中墙

分岔

连拱 单端分岔中墙连拱工艺

无中墙分岔连拱工艺

单洞隧道改成双连拱隧道工艺

2.2.1中导洞―核心土工艺

中导洞―核心土工艺，即中导洞贯通和中墙施工完成后，正洞开挖和初期支护是采用先拱后墙的工序。即拱部留核心土开挖及初期支护，接着开挖核心土，然后进行侧墙开挖和初期支护，施作仰拱，最后全断面二次衬砌。该工艺有许多优点，主要是工艺流程简单，工序较少，围岩开挖扰动次数比“三导洞”工艺方案少，无需开挖侧壁导洞和拆除其内侧的临时初期支护，可用大型机械设备施工,拱部超前支护、开挖和初期支护不用搭架，施工方便，快捷安全，工效高，成本低，效益好。另外，此工艺的应变性较强，在隧道围岩条件变差时，较容易改为中导洞―双侧壁导洞工艺；当围岩变好时易改为中导洞―台阶工艺，甚至改为中导洞―全断面工艺。

图 2-1 中导洞―核心土施工步序

2.2.2双向六车道和八车道工艺

六车道大跨度双连拱隧道施工方案，一般采用三导洞施工方案，即先进行中导洞开挖支护，施作中墙钢筋混凝土和墙顶回填，在中墙混凝土强度达到设计要求后施作中墙侧回填，然后施工两侧导洞及其支护，再进行山体外侧隧道拱部上下台阶开挖，施作其支护，最后在仰拱及其填充完成后施作防水及二次衬砌。山体内侧隧道施工与外侧施工顺序相同。

金鸡山和罗汉山两座隧道，是当前国内跨度和单洞净距最大的双向八车道连拱隧道。以金鸡山隧道为例说明。为了避免施工中出现工序转换带来的不便，采用中导洞贯通+双侧导洞的五导洞法施工，见图2-2所示。

图 2-2金鸡山隧道主要施工步序

2.2.4半明半暗连拱隧道工艺

半明半暗隧道工艺，是山体外侧隧道采用明洞形式，山体内侧采用俺洞形式，克服过去连拱隧道左右洞口地形陡峭，边坡高且有时显偏压条件下进出洞带来不利边坡稳定、隧道结构受力安全和环境保护等问题。图2-3为半明半暗法施工工艺。

图 2-3半明半暗隧道施工步序

2.2.5单洞隧道改成连拱隧道

由于已有的单洞隧道不能满通量的需求，需要改建和扩建成连拱隧道。我国首例单洞隧道改成连拱隧道为杭州邱山隧道，该隧道施工方案和步骤采用“中导洞+既有隧道+右侧壁”3导洞的施工方案。在施工过程中严格按照“管超前、严注浆、若爆破、短开挖、强支护、早喷锚、勤量测、早封闭”的原则组织施工。隧道施工步骤分成6大步和21个工序。

（1）贯通中导洞、施作中墙。新建连拱隧道平面布置与原邱山隧道平行，且两者中心距控制在7.8～8.95m。在隧道边部一侧先施作宽为6m的中导洞，中导洞与原隧道侧墙之间的岩柱厚度约2m。

（2）既有隧道二次衬砌拆除、左右洞开挖支护后及时封闭。在原隧道二次衬砌拆除前进行必要的拱顶小导管注浆加固处理，对原有二次衬砌素混凝土采用欲裂爆破拆除，正洞采用上下台阶法施工，尽早封闭单洞。

（3）新建隧道侧导洞施工。在既有隧道初期支护进洞约为单洞4倍洞径后，立即实施新建隧道侧导洞开挖。

（4）新建隧道正洞施工。待侧导洞掘进2倍洞径后，即可采用上下台阶法实施正洞的土体开挖，其中上台阶采用留核心土法施工，及时封闭成环。

（5）及时施作二次衬砌。

（6）机电安装和隧道装修。

3结论

虽然连拱隧道拥有较多的优点，但是连拱隧道整体跨度打、结构复杂、施工复杂、施工难度大、造价高，存在较多问题。当前需要急需研究和完善的问题主要有以下几点：①支护强度不尽合理；②施工工序较多；③围岩稳定性与动态施工控制有待加强；④设计理论和方法有待完善;⑤尽量提高设计施工水平，降低工程造价。未来公路连拱隧道发展应以以下理念为指导：严格质量管理、加强施工监理；施工设备机械自动化；优化通风防尘措施；设计施工一体化。

参考文献

[1]李清.连拱（M型）隧道施工技术研究[D].西南交通大学,2005.

[2]甄浩宇.连拱隧道设计及施工优化[D].长安大学,2007.

[3]任尚强.六车道复合式中墙连拱隧道施工方法探讨[J].地下空间与工程学报,2010,v.6;No.41(2):354-357.

篇4

【关键词】数据自动化处理技术 隧道工程变形监测 应用

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

随着技术的不断更新，几乎所有的工程建筑都用其来对自己的整个施工过程进行监测，以便掌握建筑的变形情况，及时采取有效措施，保证整个施工过程的安全性。在隧道施工期间运用变形监测技术，是确保施工期间隧道稳定、安全的重要手段。本文基于变形监测技术的特点与方法，结合隧道施工工程的实际特征，对在隧道施工期间的变形监测技术的运用作出探讨。

数据自动化化监测优缺点分析

目前，我国进行了大规模的交通建设。其中，对于新建的隧道来说，存在这一个线路交叉的问题。为了保证隧道的施工以及运营的安全，必须要对道路的线路以及既有线路的情况进行监测。对于隧道的监测通常采用的是人工、自动同时进行的方式，二者各有优缺点。利用自动化监测的优点是采集数据的频率高，周期长（可进行24小时不间断测量）并且适应性较强，进而得到了广泛的应用。缺点在于自动化监测容易收到周边环境的干扰，影响其数据传输的稳定性。人工监测优点是可以对数据进行选择性的处理，不容易被环境干扰，稳定性较强；缺点是需要耗费巨大的人力物力，并且对于某些细微的环境变化感觉不灵敏，无法进行24小时不间断测量。因此，首选的监测方法是人工监测结合自动化监测。在使用自动化方式采集数据时，通过人工监测数据的可靠性进行检验，继而对二者监测的相关性进行分析，找出造成两种监测结果有差异的原因，进而确定其影响因素，通过一系列的科学分析与调整得到可靠的监测数据。

二、 隧道施工采用变形监测技术的目的

1、隧道施工属于山体内部作业，危险系数比一般的路面施工高出几倍。采用变形检测技术，可以随时掌握隧道内部围岩与支护的变化情况，调整施工方案。

2、施工过程中，山体与岩石结构以及岩层难免要受到一定的影响，使内部发生变化。通过变形监测技术及时反馈出的监测结果，给施工人员提供了准确的隧道内部变化信息，确保了施工的安全性与稳定性。

3、可以随时修改与矫正施工的技术，完善施工不足，加强施工质量。

三、隧道施工期间变形监测技术的基本要求

1、及时、迅速地设置监测基准点，基准点是监控测量的基础，所以在埋设基准点的时候一定要仔细，尽量利用控制点逐步向前延伸; 而且基准点还必须定期地连同洞外的水准点一起对隧道施工进行变形测量。

2、及时埋设监控测量点位，准确设定工作基点。工作基点应当选择岩体稳定、少软弱破碎围岩的稳定区域设置，要保证其能在监测过程中准确地反映监测地点的变形情况。

3、及时对所选对象进行观察测量与监控。

4、对监测后得出的数据要进行整理与记录，及时分析数据。

5、 根据实际情况设定变形监测的周期。

不能理论性地确立变形监测的周期，监测周期应为流动的、可更改的。监测的对象随时在发生内部变化，变形监测应当根据单位时间内监测对象的变形数量与速度以及外界环境因素的变化来确定或者修改周期的长短。如果不能确立监测对象的变化情况，在监测过程中发现对象变化异常，那么可以及时增加监测次数，延长监测周期。

6、在隧道的洞内外都必须要进行观察与测量。

（一）每一个新的开挖面工程启动的时候，都要综合地质工程师的此处地质调查报告，结合开挖面的工作剖面图，判定此处围岩的级别;

（二）进行开挖时，没有被支护的围岩要进行高度监测;

（三）每天定期观察洞外、洞口的地表情况，监测地表的沉陷度、水渗度，观测边坡的稳定性。

四、影响自动化监测的因素

自动化监测与人工化监测的结果在外角点处有较大的差异，而在内角点处位于隧道的底板位置两种监测所得到的结果相差就很小了。这种情况的出现，可能是由于温度的变动以及车辆的振动引起的。至于对隧道底板的两种监测结果相差不大，则可以得出这样一个结论：车辆振动不会影响到自动化监测，或者说，对其影响较小。从隧道沉降历时曲线图以及道路沉降历时曲线图来看，我们可以知道，对于两种方式的监测所得到的结果来说，出现较大差异的季节情况不是一成不变的，也就是说，温度对于自动化监测没有什么影响，即便是有影响，也非常小。从边墙位置上测点的变形的曲线来看，我们可以大体将边墙位置变形分为两个阶段，即扭转变形阶段以及横向倾斜变形。而从底板上测点的变形曲线来看，也可以大体将底板变形分为两个阶段，即纵向倾斜变形阶段以及同步变形阶段。结合不同的变形模式以及静力水准仪结构，对自动化监测与人工监测结果较大差别的原因进行简要分析。静力水准仪是由电容传感器、主体容器以及连通管等组成，对于主体安装墩来说，当其发生高程变化时，主体会根据不同的位置产生液面变化，这样就会使得电容极板与浮子间的相对位置产生变动，其中，电容极板是固定在容器项上的，而浮子装有中间极。只要测出电容比的变化就能够算出测点的相对沉降。但是当仪器主体发生倾斜的时候，测试仪器的电容也会有所变化，这就会对测试结果产生影响。结合上面的分析，我们可以知道，对自动化监测的数据结果影响较大的是结构的扭转变形模式以及横向倾斜变形模式。

五、隧道位移的变形监测

在施工过程中，如果隧道发生位移，分为“地表下沉位移”与“隧道周边位移”两种情况。

1、地表下沉位移监测

在隧道的洞口地段埋设监控测量点位，用于观察施工期间地表发生下陷的变形情况，一般设置三个左右的水准基点，综合几个点位的监测数据进行分析，计算出地表的下陷量。

2、 隧道周边位移

一般将监控测量点位与水准基点设置于隧道的两侧壁上，监测整个隧道周边的坑道断面的收敛情况。

3、对隧道施工期间的震动爆破情况监测

在隧道进行施工时，开发新的挖掘面必然要利用爆破的形式对洞内壁体的岩层产生一定的破坏与影响; 为了避免隧道出现坍塌等事故，要对隧道进行支护架设; 监测点可水平设置在支护周围，监测爆破情况对岩体变形产生的影响，及时根据岩体变化调整支护情况，维护支护的稳定性。根据隧道爆破施工时测量的振动速度，进行分析与计算。根据分析数据预测爆破对此工作面产生变形的影响以及日后的变形情况，架设支护。还可根据监测数据，优化设计爆破方案，将产生的变形影响降到最低。

六、对隧道施工期间变形监测的数据处理

1、对监测得到的数据进行回归分析。以变形监测技术的理论指导为基础，处理与计算多个监测点反馈的数据的变量值，推算监测点的最终位移距离，了解变形规律并掌握变化情况。

2、绘制基准点监测统计表。将各个基准点测量的数据统一绘制成表格的形式，定期对表格的数据进行归纳总结，便于分析参考。

3、 隧道各处变形的具体说明。根据各监测点反馈的变形数据信息，统计隧道哪些地方发生了变形以及变形的数据与情况。

4、根据变形监测的成果进行分析。结合所有监测数据统计出变形监测的成果，对此成果进行分析，给出对本次隧道施工期间变形监测技术的意见，完善监测技术的不足。

结论

正确有效地采用变形监测技术对隧道施工进行监控测量，不但保障了施工的安全，而且大大提升了施工的质量，变形监测技术的成果数据还能反馈施工技术的不足与缺陷，使技术人员综合数据，完善优化施工方案，加快施工进度，避免很多安全问题的出现。

【参考文献】

[1]华锡生, 田林亚. 安全监测原理与方法[ M] . 南京: 河海大学出版社, 2007.

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【关键词】：隧道工程，盾构姿态，自动测量，系统开发

1引言

盾构机姿态实时正确测定，是隧道顺利推进和确保工程质量的前提，其重要性不言而喻。在盾构机自动化程度越来越高的今天，甚至日掘进量超过二十米，可想而知，测量工作的压力是相当大的。这不仅要求精度高，不出错；还必须速度快，对工作面交叉影响尽可能小。因此，为了能够在隧道施工过程中及时准确给出方向偏差，并予以指导纠偏，国内外均有研制的精密自动导向系统用于隧道工程中，对工程起到了很好的保证作用。

1.1国内使用简况

国内隧道施工中测量盾构机姿态所采用的自动监测系统有：德国VMT公司的SLS—T方向引导系统；英国的ZED系统；日本TOKIMEC的TMG—32B（陀螺仪）方向检测装置等等。所采用的设备都是由国外进口来的。据了解，目前有些地铁工程中（如广州、南京）在用SLS—T系统，应用效果尚好。

总的来看，工程中使用自动系统的较少。究其原因：一是设备费或租赁费较昂贵；二是对使用者要求高，普通技术人员不易掌握；三是有些系统的操作和维护较人工方法复杂，在精度可靠性上要辅助其它方法来保证。

1.2国外系统简况

国外现有系统其依据的测量原理，是把盾构机各个姿态量（包括：坐标量—X.Y.Z，方位偏角、坡度差、轴向转角）分别进行测定，准确性和时效性受系统构架原理和测量方法限制，其系统或者很复杂而降低了系统的运行稳定性，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。

国外生产的盾构设备一般备有可选各自成套的测量与控制系统，作业方式主要以单点测距定位、辅以激光方向指向接收靶来检测横向与垂向偏移量的形式为主。另外要有纵、横两个精密测倾仪辅助[7]。有些（日本）盾构机厂商提供的测控装置中包括陀螺定向仪，采用角度与距离积分的计算方法[1][2]，对较长距离和较长时间推进后的盾构机方位进行校核，但精度偏低，对推进只起到有限的参考作用。

2系统开发思路与功能特点

2.1开发思路

基于对已有同类系统优缺点的分析，为达到更好的实用效果，我们就此从新进行整体设计，理论原理和方法同过去有所不同，主要体现在：其一，系统运行不采用直接激光指向接收靶的引导方式，而是根据测点精确坐标值来对盾构机刚体进行独立解算，计算盾构姿态元素的精确值，摈弃以往积分推算方法，防止误差积累；其二，选用具有自主开发功能的高精度全自动化的测量机器人，测量过程达到完全自动化和计算机智能控制；其三，在理论上将平面加高程的传统概念，按空间向量归算，在理论上以三维向量表达，简化测量设置方式和计算过程。

目前全站仪具备了过去所没有的自动搜索、自动瞄准、自动测量等多种高级功能，还具有再开发的能力，这为我们得以找到另外的测量盾构机姿态的方法，提供了思路上和技术上的新途径。

系统开发着眼于克服传统测控方式的缺点，提高观测可靠性和测量的及时性，减少时间占用，最大限度降低人工测量劳动强度，避免大的偏差出现，有利于盾构施工进度，提高施工质量，在总体上提高盾构法隧道施工水平。系统设计上改进其他方式的缺点，在盾构推进过程中无需人工干预，实现全自动盾构姿态测量。

2.2原理与功能特点

盾构机能够按照设计线路正确推进，其前提是及时测量、得到其准确的空间位置和姿态方向，并以此为依据来控制盾构机的推进，及时进行纠正。系统功能特点与以往方式不同，主要表现在：

(1)独特的同步跟进方式：本系统采用同步跟进测量方式，较好克服了随着掘进面推进测点越来越远造成的观测困难和不便。

(2)免除辅助传感器设备，六要素一次给出（六自由度）。

(3)三维向量导线计算：系统充分利用测量机器人(LeicaTCA全站仪)的已有功能，直接测量点的三维坐标（X，Y，Z）,采用新算方法——“空间向量”进行严密的姿态要素求解。

(4)运行稳定精度高：能充分满足隧道工程施工对精度控制的要求以及对运行稳定性的要求。

(5)适用性强：能耐高低温，适于条件较差的施工环境中的正常运行（温度变化大，湿度高，有震动的施工环境）。

图1系统主信息界面示意

系统连续跟踪测定当前盾构机的三维空间位置、姿态，和设计轴线进行比较获得偏差信息。在计算机屏幕上显示的主要信息如图一所示。包括：盾构机两端（切口中心和盾尾中心）的水平偏差和垂直偏差及盾构机刚体三个姿态转角：1)盾购机水平方向偏转角（方位角偏差）、2)盾构机轴向旋转角、3)盾构机纵向坡度差（倾斜角差），以及测量时间和盾构机切口的当前里程，并显示盾构机切口所处位置的线路设计要素。

2.3运行流程

系统采用跟踪式全自动全站仪（测量机器人），在计算机的遥控下完成盾构实时姿态跟踪测量。测量方式如图二所示：由固定在吊篮（或隧道壁）上的一台自动全站仪[T2]和固定于隧道内的一个后视点Ba，组成支导线的基准点与基准线。按连续导线形式沿盾构推进方向，向前延伸传递给在同步跟进的车架顶上安置的另一台自动全站仪[T1]及棱镜，由测站[T1]测量安置于盾构机内的固定点{P1}、{P2}、{P3}，得到三点的坐标。盾构机本体上只设定三个目标测点。该方式能较好地解决激光指向式测量系统的痼疾——对曲线段推进时基准站设置与变迁频繁的问题。

2.4刚体原理

盾构机体作为刚体，理论上不难理解，刚体上三个不共线的点唯一地确定其空间位置与姿态。由三测点的实时坐标值，按向量归算方法（另文），解算得出盾构机特征点坐标与姿态角度精确值。即通过三维向量归算直接求得盾构机切口和盾尾特征部位中心点O1和O2当前的三维坐标（X01、Y01、Z01和X02、Y02、Z02）。同时根据里程得到设计所对应的理论值，两者比较得出偏差量。

2.5系统初始化操作

系统初始化包括四项内容：

1)设置盾构机目标测点和后视基准点；

2)固定站和动态站上全站仪安置；

3)盾构控制室内计算机与全站仪通讯缆连接；

4)系统运行初态数据测定和输入。

在固定站[T2]换位时，相关的初态数据须重测重设，而其他几项只在首次安装时完成即可。

F1键启动系统。固定的[T2]全站仪后视隧道壁上的Ba后视点（棱镜）进行系统的测量定向。[T2]和安装于盾构机车架顶上的[T1]全站仪（随车架整体移动）以及固定于盾构机内的测量目标（反射镜）P1、P2、P3构成支导线进行导线自动测量。

2.6运行操作与控制

本系统在两个测站点[T1]、[T2]安装自动全站仪，由通信线与计算机连接，除计算机“开”与“关”外，运行中无须人员操作和干予，计算机启动后直接进入自动测量状态界面，当系统周而复始连续循环运行时，能够智能分析工作状态来调整循环周期（延迟时间），直到命令停止测量或退出。

3系统软件与设备构成

3.1软件开发依据的基础

测量要素获得是系统工作的基础，选用瑞士Leica公司TCA自动全站仪（测量机器人）及相应的配件，构成运行硬件基础框架。基于TCA自动全站仪系列的接口软件GeoCom和空间向量理论及定位计算方法，实现即时空间定位，这在设计原理上不同于现有同类系统。系统通过启动自动测量运行程序，让IPC机和通讯设备遥控全站仪自动进行测量，完成全部跟踪跟进测量任务。

3.2系统硬件组成的五个部分

■全自动全站仪

测量主机采用瑞士徕卡公司的TCA1800自动测量全站仪，它是目前同类仪器中性能最完善可靠的仪器之一。TCA1800的测角精度为±1”、测距精度为1mm+2ppm；仪器可以在同视场范围内安装二个棱镜并实现精密测量，使观测点设置自由灵活，大大提高了系统测量的精度。

■测量附属设备

包括棱镜和反射片等。

■自动整平基座

德国原装设备，纠平范围大(10o48’)，反应快速灵敏(±32”)。

■工业计算机

系统控制采用日本的CONTECIPCRT/L600S计算机，它能在震动状态、5。~50。C及80%相对湿度环境中正常运行，工矿环境下能够防尘、防震、防潮。其配置如下：

——Pentiun(r)-MMX233HZ处理器

——32M内存

——10G硬盘或更高

——3.5英寸软驱

——SuperVGA1024*768液晶显示器

——PC/AT（101/102键）键盘接口

——标准PS/2鼠标接口

——8串口多功能卡（内置于计算机扩展槽）

■双向通讯（全站仪D计算机）设备

系统长距离双向数据通讯设备采用国内先进的元器件，性能优良，使得本系统通讯距离允许长达1000米（通常200米以内即满足系统使用要求），故障率较国外同类系统低得多，约减少90％以上。通讯原理如图三所示。

3.3系统硬件组成简单的优势

从设备构成可知，系统不使用陀螺仪，也不必配装激光发射接收装置，并舍去其他许多系统所依赖的传感设备或测倾仪设备，从而最大限度地简化了系统构成，系统简化提高了其健壮性，系统实现最简和最优。

带来上述优点的原因，在于机器人良好的性能和高精度以及定位原理上直接采用三维框架，通过在计算理论和方法上突破过去传统方式的框框，使之能够高精度直接给出盾构机上任意（特征）点的三维坐标（X，Y，Z）以及三个方向的（偏转）角度（α，β，γ），这样在盾构机定位定向中，即使是结构复杂的盾构机也能够简单地同时确定任意多个特征点。比如DOT式双圆盾构需解决双轴中心线位或其他盾构更多轴心、以及铰接式变角等问题，可通过向量和坐标转换计算解出而不必增加必要观测。

由此可知，本构架组成系统的硬件部件少，运行更加可靠，较其他形式的姿态测量方式优点明显。实际上本系统的最大特点就是由测量点的坐标直接解算来直接给定测量对象（刚体）的空间姿态。

另外特别说明一点：本系统由两台仪器联测时，每次测量都从隧道基准导线点开始，测量运行过程中每点和每条边在检验通过之后才进行下步。得到的姿态结果均相互独立，无累积计算，故系统求解计算中无累计性误差存在。因此，每次结果之间可以相互起到检核作用，从而避免产生人为的或系统数据的运行错误。这种每次直接给出独立盾构机姿态六要素（X，Y，Z，α，β，γ）的测算模式，在同类系统中是首次采用。

冗余观测能够避免差错，也是提高精度的有效方法。最短可设置每三分钟测定一次盾构机姿态，由此产生足量冗余，不仅确保了结果的准确，也保证了提供指导信息的及时性，同时替代了隧道不良环境中的人工作业，改善了盾构隧道施工信息化中的一个重要但较薄弱的环节。

4工程应用及结论

4.1工程应用

上海市共和新路高架工程中山北路站～延长路站区间盾构推进工程，本系统在该隧道的盾构掘进中成功应用，实现实时自动测量，通过了贯通检验。该工程包括上行线和下行线二条隧道，单线全长1267米。每条隧道包含15段平曲线（直线、缓和曲线、圆曲线）和17段竖曲线（坡度线、圆曲线），线型复杂。

盾构姿态自动监测系统于2001年12月11日至2002年3月7日在盾构推进施工中调试应用。首先在下行线（里程SK15+804～SK16+103）安装自动监测系统，调试获得成功，由于下行线推进前方遇到灌注桩障碍被迫停工，自动监测系统转移安装到上行线的盾构推进施工中使用，直到上行线于2002年3月7日准确贯通，取得满意结果。

4.2系统运行结果精度分析

盾构机非推进状态的实测数据精度估计分析

通过实验调试和施工运行引导推进表明，系统在盾构推进过程中连续跟踪测量盾构机姿态运行状况良好。测量一次大约2~3分钟。在“停止”状态测得数据中，里程是不变的，此时的偏差变化，直接反映出系统在低度干扰状态下的内符合稳定性，其数据——偏差量用来指导盾构机的掘进和纠偏。盾构不推进所测定盾构机偏差的较差<±1cm，盾构推进时测定盾构机偏差的误差<±2cm。表三中和人工测量的结果对比，考虑对盾构机特征点预置是独立操作的，从而存在的不共点误差，由此推估测量结果和人工测量是一致的，在盾构机贯通进洞时得到验证。

4.3开发与应用小结

经数据随机抽样统计计算得出中误差（表一、表二）表明：以两倍中误差为限值，盾构机停止和推进两种状态偏差结果的中误差均小于±20毫米，满足规范要求。

为了检核盾构姿态自动监测系统的实测精度，仍采用常规的人工测量方法，测定切口和盾尾的水平偏差和垂直偏差，并与同里程的自动测量记录相比较（表三），求得二者的较差()。由于二者各自确定的切口中心点O1和盾尾中心点O2不一致偏差约为2cm，所以各自测定的偏差不是相对于同一中心点的，即二者之间先期存在着系统性差值。

通过工程实用运行，对多种困难条件适应性检验，系统表现出良好的性能：

1)实时性——系统自动测量反映当前盾构机空间(六自由度)状态；

2)动态性——系统自动跟踪跟进，较好解决了弯道转向问题；

3)简易性——系统结构简单合理，操作和维护方便，易于推广使用；

4)快速性——系统测量一次仅需约两分钟；

5)准确性——结果准确精度高，满足规范要求，在各种工况状态都小于±20毫米；

6)稳定性——适应震动潮湿的地下隧道环境，系统可以长期连续运行。

本系统已成功用于上海市复兴东路越江隧道?11.22米大型泥水平衡盾构推进中。我们相信对于结构简单，运行稳定，精确度高，维护方便的盾构姿态自动监测系统，在盾构施工中将发挥其应有作用。

[参考文献]

[1]隧道工程，上海科学技术出版社，1999年7月，刘建航主编

[2]地铁一号线工程，上海科学技术出版社，1999年7月，刘建航主编

[3]TPS1000经纬仪定位系统使用手册，Leica仪器有限公司

[4]盾构姿态自动监测系统研究与开发报告，2002年4月，上海市政二公司

[5]杭州湾交通通道数据信息管理系统设计与开发，华东公路，1998.3，岳秀平

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

篇6

关键词：公路隧道 监控量测 回归分析 拱顶下沉 位移

中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号：

1 前言

目前国内外山岭隧道设计施工基础理论为新奥法，新奥法主要内容可以概括为一个核心三个基本点，一个核心即为利用围岩的自承内力使围岩和支护结构达到平衡状态；三个基本点分别为：一是运用监控量测手段时刻关注围岩变化情况；二是适时支护，在最合理时间内进行支护；三是光面爆破，减少出现应力集中情况[1][2]。可见监控量测在山岭隧道施工中占有重要的地位，虽然国内外大量学者技术人员对监控量测进行了大量的研究分析，但目前国内隧道施工中监控量测实际使用效果并不是很理想，问题根源主要有以下几个方面：一是监控量测并未得到现场施工单位应有的重视，即使实施了监控量测，也未发挥监控量测应有的作用；二是实施监控量测的技术人员功底较薄，其对监控量测的理解只停留在判断围岩是否安全的阶段；三是监控量测现场环境较差，数据采集往往误差较大，影响技术人员分析。本文主要是结合笔者多年的隧道施工经验，针对目前监控量测存在问题提出了自己的见解并给出具体分析实例。

2 监控量测简介

我国《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）和《公路隧道施工技术规范》（JTG/F60—2009）[3][4]对公路隧道监控量测目的、测点布设、精度要求、数据处理和数据分析给出了较为详细的论述，并推荐了三种回归分析函数。现将必测项目周边收敛、拱顶下沉和地表下沉采用的仪器及目的做一简要说明：

表1 必测项目及其监测方式

上述表格给出了必测项目几种常见的监测手段及其优缺点，其中精度主要依据实际监测中误差结果得到。

3 回归分析在处理数据中的运用

王建宇在文献[5]中从全位移角度阐述了回归分析在监控量测中的运用，但这与实际监控量测有所出入，本文主要从隧道设计的预留变形量及建筑限界角度重新剖析回归分析在监控量测中的运用。下图给出了回归分析拟合曲线示意图：

图1 围岩位移与时间关系示意图

规范推荐了对数函数、指数函数和双曲线函数三种回归模式，其原理一致，即得到的函数，从而可分析开始采集数据前的位移变化情况，同时依据的数值判断围岩及支护结构的稳定性。

图1，横轴为时间轴，纵轴为位移累计变化轴，其中时间=0表示围岩开挖开始时间节点（放炮结束时间），= 为开挖结束时间节点，也是支护开始时间节点，= 为支护结束后某时刻，即开始测点布设和数据初始采集时间节点。故围岩=+++，其中：表示围岩受隧道开挖引起的所有位移，表示可量测得到的位移，表示=至=时间内围岩的位移，表示=0至=内围岩开挖期间的位移，表示围岩开挖对引起前方围岩的位移，通过经验系数可求得。

因此，=++与隧道设计的预留变形量进行比较，从而可知预留变形量是否满足设计要求；=+初期支护完成后初期支护累计变形量，此值更直观反映隧道支护结构的位移值。

4工程实例分析

4.1 工程概况

感坑隧道位于厦门至成都国家高速公路赣州至崇义（赣湘界）段新建工程A3标，为单向2车道连拱隧道，感坑隧道位于上犹县黄埠镇小感坑村附近，隧道穿越小感坑村一小山包。隧道起止桩号为K467+203~K467+480，全长为277m。本隧道均为半径R=1318m的左偏圆线上，罗线纵坡为上下分别为2.096％和-1.3％的双面坡，隧道初期支护结构符合隧道设计规范[3]要求。

4.2 数据采集

断面布置按《公路隧道施工技术规范》[4]规定，在隧道Ⅳ级围岩每20m布设一个拱顶沉降断面，若遇到变形较大时加密断面。下表给出左洞埋深110m 的ZK467+340断面初期支护拱顶沉降监测数据情况，监测数据显示在持续监测一周后日变化量小于0.2mm/day。表2给出不同时间ZK467+340断面拱顶下沉中间测点G1累计变化情况：

表2 拱顶下沉实测值与时间关系

其中隧道开挖至出渣完成共耗时7个小时，支护时间5个小时，支护完成后18个小时开始布设测点进行数据初次采集。

4.3 回归分析

时间=30小时，时间=12小时。利用指数函数，其中表示可量测的部分的收敛值，表示数据变形发展的趋势。

利用Origin软件对表2数据进行回归分析得到G1点的沉降累计变化量和时间函数关系如下：

，上述拟合函数的方差=0.8654，相关系数平方=0.99416，故拟合函数与实际测值有较好的拟合关系。

故：=49.2mm，==7.2mm，==9.5mm，开挖后围岩拱顶部位竖向位移=++=65.9mm。

同时参考利用文献[5]可知=（++），取=0.314，得=30.2mm。

=+++=96.1mm。

上述分析可知，从监测得到数据进行回归拟合得到开挖面在爆破至开始初期支护期间围岩拱部位移达到7.2mm，开始支护到开始采集数据期间围岩（初期支护结构）拱顶部位位移达到9.5mm，开始采集数据之后可测得围岩（初期支护结构）拱顶部位位移达到49.2mm，由于前面掌子面开挖导致的先行位移达到30.2mm。围岩由于隧道施工在竖向位移变化可达到96.1mm，围岩变形大小是围岩安全稳定性重要分析依据，围岩全位移的大小直接反映了围岩安全状态。

5结论及建议

依据隧道实际施工中不同阶段时间内围岩位移变化的不同含义，确定了四个时间段位移值的求得方法，分析围岩位移变化和时间的函数关系，得出了主要以下主要结论。

围岩由于受到之前围岩的开挖引起的先期位移占围岩总的位移变化较大的比重，分析感坑隧道ZK467+340断面数据可知，先期位移达到30.2mm，此位移也是判断围岩稳定性重要依据；

分析感坑隧道ZK467+340断面数据可知，从爆破结束至开始采集数据期间，围岩拱顶部位位移变形量占可测位移变化量34%，故对于判断隧道预留变形量必须使用回归分析方可得到参照依据；

开始初期支护至开始采集数据期间围岩（初期支护）拱顶部分位移变形占可测部分数据19%，故初期支护时间虽然较短，但此期间围岩变形相对较大；

从回归分析过程可知，初始数据采集时间越早，回归分析引起的误差越小。

参考文献：

[1] 朱汉华，孙红月，杨建辉.公路隧道围岩稳定与支护技术[M].北京：科学出版社，2007.

[2] 王建宇.隧道工程监测和信息化设计原理[M].北京：中国铁道出版社，1990；

[3] 重庆交通科研设计院.公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004；

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摘要：在我国西南、中南地区，岩溶地质灾害分布较为普遍。由于岩溶分布不明显，因此在该地区实施隧道施工较为困难。那么，如何在岩溶分布较多的地区进行隧道施工，提高隧道质量呢？结合实际，笔者通过岩溶对隧道影响的分析，提出了在岩溶地区进行隧道施工的关键性技术，望能抛砖引玉。

关键词：岩溶地区 隧道 影响 施工技术

岩溶是地表水和地下水经过不断补给、径流、渗透和循环对可溶性岩层进行化学溶解作用和机械破坏作用的产物。作为岩溶发育的基本条件，岩石的可溶性和裂隙性以及水的侵蚀性和流通性是岩溶地区隧道施工的难点。如何提高岩溶地区隧道施工技术成了当前业界所面临的重要课题。

一、岩溶对隧道施工的影响

岩溶是地表水和地下水对可溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而形成的各种地表或地下溶蚀现象的总称。

在岩溶地区进行隧道工程的建设，阻力很大。溶洞位于底部，因充填物软而松，不利于隧道基底的施工；位于上部，施工时容易出现充填物坍塌，不宜开挖；有些地区的溶洞岩质不坚固，破碎物较多，施工时稍有不慎，容易发生坍塌情况；的遇到填满饱含水分的充填物溶囊，当隧道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入隧道，难以遏止，甚至地表开裂下沉，山体压力剧增；在施工时，也有可能遇上较大的水囊，导致岩石、泥土随水大量冲向隧道；还有的溶洞，错综复杂、迂回交错，其中的分支分布较广，处理起来具有一定的难度。

二、隧道施工常采取的主要技术手段

1 地质预报

采取地质预报的方式主要目的有两个：1）在施工期间，避免地质灾害突发，从而给人们的生命财产安全的危害；2）对地质进行预报，可随动态变化的环境及调整设计内容。目前，我国地质预报的主要手段有地质素描、物探、钻探及洞探，其检测的可信度随其前后顺序递增。然而，由于岩溶地质千变万化，不可能仅靠单一的检测手段就可准确预报。下面是笔者总结出的地质预报技术手段的优缺点，望能给业界人士根据实际需要综合应用：

1）TSP202( TSP203)超前地质预报

a 优点。（1）使用范围广。该种预报手段可在极软岩地质中监测，也可在极硬岩中工作，因此使用范围广；（2）跨度大。能预报掌子面前方100~ 350 m范围内的地质状况, 围岩越硬越完整预报长度就越大；（3）干扰小。TSP202( TSP203)超前地质预报时间大约需30分钟，在隧道施工休息间隙，便可安排此项工作；（4）预报数据及时。在对现场进行数据采集的第2天，便可出报告。

b 缺点。（1）TSP202( TSP203)超前地质预报是根据24个爆破孔与接收器之间的弹性波速度的平均值和地质体反射波到达接收器的时间，来确定其预报地质体距离掌子面的位置，而实际情况与地质体预报的位置有所不同，导致其准确性有些变化；（2）预报的精度所能反映出的地质体的宽度是根据采样间隔和岩体弹性波速度来确定的；（3）该种预报方法对断层、弱硬岩接触面等面状结构的预报较为准确，而对溶洞等点状地质体的放射信号不强，尤其是宽度小于0. 4m 的小型溶洞更是难以预报。

2）地质雷达

a 优点。（1）在地表探测5~ 30m 范围内的地下地层或地质异常体如溶洞、空隙等)反射信号比较明显；灰岩地区隧道铺底前采用中~ 低频率的天线可作为探明隧底隐伏岩溶洞穴的手段；（2）而隧道混凝土衬砌质量无损检测可采用高频率的天线。

b 缺点。（1）由于雷达仪器的密封性能不好，导致其容易损坏，且操作不方便，不适合远距离的探测；（2）雷达的使用环境应较为宽敞，而隧道内的空间条件不大适合雷达的探测，再加上洞内钢架、钢轨等金属构件的干扰，使其探测效果不佳。

3）红外探测

a 优点。该仪器体形较小，容易携带，操作程序简便，且可对探测地区实施全空间、全方位角度的探测，能对隧道空间及掘进面前方30m范围内是否存在隐伏水体或含水构造进行预测，占用隧道施工的时间基本可忽略，后期的数据分析、总结，简洁易懂、耗时较短。

b 缺点。预测隧道内是否存在水体只限于在探测点前方30m 范围内，且水体的具体情况如水量、具体方位等都无法探测，可以说红外探测正处于定性分析阶段，定量分析还有待研究。

2 隧道底部遇到溶洞的处理技术

对已无太大变化、空间小且无水的溶洞，可依据其与隧道相交的位置及其充填情况，采用混凝土、浆砌片石等予以回填封闭。而是否需要边墙基础可根据实际的地质情况来决定。

1）当遇到大且深的溶洞时， 可采用梁拱跨越。实施这种边墙基础应注意，梁端、拱座应选在较为稳固的基石上进行建设，为了增加稳定性，也可用混凝土进行加固；2）在溶洞进行隧道施工时，若遇到狭长且深的溶洞，可加深该侧的边墙基础通过；3）当隧道底部遇到较大溶洞并有流水时，可在隧底以下砌筑浆砌片石或混凝土支墙，支撑隧道结构，并在支墙内套设涵管引排溶洞水；4）若是遇到大溶洞，那么隧道施工的处理较为复杂，可视实际情况而定，采取边墙梁及行车梁通过。

3 隧道拱部上方遇到溶洞的处理技术

当溶洞具有较为稳固的完整顶板、无明显渗漏水现象，且其厚度在岩洞跨度的1/2以上时，可采用一般的路基及桥梁施工方案直接在溶洞中施工，可不需要衬砌结构；若出现渗漏水现象，应做好衬砌结构，以保护溶洞内通行的车辆安全。在对溶洞内的松石进行清除时，应采用锚杆或大钢管、钢轨加固岩体，防止岩洞或顶板的塌方。

总而言之，岩洞地区进行隧道的施工较为复杂，为了提高施工质量，施工人员应不断总结施工经验，提高对各种岩洞情况的认识，此外，还应加强对理论知识的学习，从而提升自己解决问题的能力，为我国西南、中南岩洞地区隧道的施工贡献一份力量。

参考文献:

[1]陆少伟,何剑.岩溶隧道施工关键技术探讨[J]. 铁道工程学报. 2009(03)

[2]龙勇.公路隧道在岩溶地区的设计及溶洞处理分析[J]. 科技资讯. 2010(17)

篇8

关键词：混凝土；受压应力应变曲线；本构关系；受弯截面

中图分类号：TU528文献标识码： A 文章编号：

0 引言

混凝土受压应力—应变曲线是其最基本的本构关系，又是多轴本构模型的基础，在钢筋混凝土结构的非线性分析中，例如构件的截面刚度、承载力、延性、超静定结构的内力等过程中，它是不可或缺的物理方程，对计算结果的准确性起决定性作用。

近年来，国内外学者对其进行了大量的研究及改进，已有数十条曲线表达式，其中部分具有代表性的表达式已经被各国规范采纳。常用的表达式包括我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)、CEB-FIP Model Code(1990)、清华过镇海以及美国学者Hognestad建议的混凝土受压应力应变关系，在已有研究的基础上，本文将对各个表达式在实际运用中的情况进行比较，并且通过实际算例运用这些表达式进行受弯截面弹塑性分析。

1 常用混凝土受压应力—应变曲线比较

至今已有不少学者提出了多种混凝土受压应力应变曲线，常用的表达式采用两类，一类是采用上升段与下降段采用统一曲线的方程，一类是采用上升段与下降段不一样的方程。

中国规范

我国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）采用的模式为德国人Rüsch1960年提出的二次抛物线加水平直线，上升阶段的应力应变关系式为：

（1-1）

抛物线顶点应力为，是压应力的最大值，该点的压应变为。第二阶段的关系式为：

（1-2）

当压应变超过εu时，认为混凝土已破坏，故取εu为混凝土受压时的极限应变。

欧洲规范

欧洲规范CEB-FIP Model Code(1990)建议的应力应变关系为Sargin1971年提出的有理分式来表示，应力应变关系为：

（1-3）（1-4）

式中:εc1为相应于压应力峰值σ0的压应变εc1=-0.0022，εc1为从原点到压应力峰值点的割线模量, =/0.0022，为混凝土初始弹性模量；εu为混凝土极限压应变, 其大小与、及εc1有关。

1.3清华过镇海曲线

清华大学的过镇海教授在1982年结合自己多年的研究成果提出了自己的混凝土受压应力-应变曲线表达式。第I阶段仍为二次抛物线，与德国人Rüsch提出的抛物线模式相同如下：

（1-1）

第II阶段中，下降段用有理分式表示如下：

（1-5）

其中，ε0见文献[3]。

1.4 美国Hognestad曲线

美国人E.Hognestad在1951年提出的应力-应变全曲线方程分为上升段和下降段，上升段与德国人Rüsch所提出模型的上升段相同，但是下降段采用一条斜率为负的直线来模拟，上升段表达式如下：

（1-1）

下降段表达式为：

（1-6）

其中：α=0.015；εu=0.038。

对于以上四种常见的混凝土单轴受压应力—应变曲线先将其优缺点进行总结，如下表：

3 计算原理

混凝土受压应力-应变曲线最常见的用途就是进行受弯截面弹塑性分析，即在外加荷载作用下分析混凝土的最大弯矩，最大刚度。在进行计算之前应假定混凝土受弯构件满足平截面假定，不考虑混凝土的抗拉强度，以及材料的应力应变关系。

2.1 基本方程

（1）平衡条件

（2-1）

（2）变形条件

（2-2）

（3）物理条件

①混凝土受压应力应变曲线。根据实际情况从常用曲线中选取。

②钢筋受拉（压）曲线 ，方程式如下：

(2-3)

(2-4)

2.2 计算方法

先将变形（相容）条件代入物理条件，再将σs=εsEs和σs=σy代入式(2-1)即可求解受压区高度x（其中），最后将受压区高度x代入式（2-2）即可求得截面破坏时的弯矩以及截面破坏后卸载时的弯矩。

3应用举例

已知某钢筋混凝土受弯构件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。现对该构件使用四种曲线分别进行对比分析。

当ε=ε0时，不管使用哪一种曲线最大弯矩均相同，经过计算M0为146.92KN·m。当ε=εu时，应用我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)，由于σ=σu，Mu仍为146.92KN·m；应用美国Hognestad提出的曲线模式计算可得Mu为146.32KN·m，由此可见两者相差只有0.4%。欧洲规范和清华过镇海中所提出的混凝土受压应力应变曲线虽然更接近于实际情况，但是公式复杂不宜在工程中列出，这里就不再赘述。

4 结语

（1）四种常用的混凝土受压应力应变曲线各有其特点及适用范围，通过对四种混凝土受压应力应变曲线的对比分析，方便了在实际工程当中更好的应用。

（2）在进行混凝土受弯构件弹塑性分析时，需要用到混凝土受压应力应变曲线，这里对其计算方法做了简介并且通过实际举例进一步阐明了在实际工程中如何应用。

参考文献：

【1】GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

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

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

【3】 过镇海.混凝土的强度和变形:试验基础和本构关系[M].北京:清华大学出版社.1997.

【4】刁波，叶英华，焦俊婷，等.用不同本构关系分析钢筋混凝土压弯截面[J].哈尔滨工业大学学报，2005,37（6）.

【5】徐自然，胡立华，危自然，等.不同本构模型对压弯截面分析的模拟[J].工业建筑，2011,41.

作者简介：

篇9

【关键词】软岩；隧道；小间距；施工技术

前言

在进行软岩隧道的施工过程中，会遇到很多常见的问题，例如长期的风吹日晒而导致地层风化较严重、由于岩石较软导致围岩的稳定性太差、浅埋、偏压、有裂隙水发育等，但是这些问题在施工方法和施工过程中只要稍加注意，就能解决，因此一定要多加注意。

小间距的软岩隧道是一种较为特殊的隧道形式，它的双线之间的净间距应该是在隧道与双线分离式隧道的净距离之间，在施工时需要非常精细。但是又由于小间距隧道有一些长隧道所没有的独特优点，例如小间距隧道所受的地形限制条件较小、占地面积比较少、间距较小所以线形顺畅、施工的周期相对较短、所需要的工程造价比较低等，在近些年来越来越受到隧道工程界的重视。对于小间距隧道的施工来说，必须要根据不同工程的特点首先计算其模型，然后选择较为合适的开挖方法进行适当、合理的模拟分析，经过反复论证之后，根据哪种方法的可行性更大而选择合适的开挖方法。本文主要分析以下几种开挖方法，并对其各自的优缺点进行分析与比对。

一、几种常用的开挖方法

1、中壁法

中壁法通常使用在一些掌子面较不稳定，岩层埋深较浅，周围岩石较软、较差的隧道工程之中。使用这种方法可以纵向分割岩层的断面，所以可以确保岩层掌子面的稳定性，这种方法开挖出的掌子面比其他两种方法小，在开挖时如果有及时的支护，就可以防止软岩隧道周围的一些软岩、围岩因为开挖的松弛而扩大。当隧道施工中部分地质情况变化较大时，可以采用CD法或者CRD法等方法进行施工的转换[1]。

2、CD法

CD法主要用于大面积的分割工程，这种方法的施工技术难度相对来说较低，并且施工工序也很简单，可以减少工程施工的工期与工程造价，所以经常在许多大型水电站以及城市的地下建设工程中使用。但是这种方法由于有中壁的存在，导致施工的工作空间减少，只能使用中小型机械进行施工。在CD这种施工方法中，中壁扮演着一个非常重要的受力构件的角色，一定要把握好中壁的拆除时机，因为中壁承受着整个洞室的重量，它的拆除将直接影响到洞室的稳定性。所以，在这种隧道施工时，应该在整个的开挖完成之后，确保洞室中的支护结构能够形成一个整体的闭合环，最后再拆除中壁[2]。

3、CRD法

CRD的开挖方法对于一些跨度较大的地下工程、超浅埋的工程最为有效。CRD的施工方法最法的特点就是把较大的断面分割成小断面，一步一步地紧紧相扣，其每一个施工的阶段都是由一个非常完整的受力体系构成，受力的结构非常明确，洞室的变形小，施工时的安全系数更高。在使用CRD的方法进行施工时，一般都会配合使用一些较为超前的支护手段，要严格控制好施工的每一个尺寸，并且在每一步都要及时测量，根据测量的信息和模型所设定的信息进行施工进尺的调整[2]。

4、比较法

通过大量的实际测量资料相比对，使用CRD的方法比CD的方法能够减小地面的沉降将近百分之五十，所以在进行CRD法的施工过程中，一定要严格按照施工步骤进行施工，在确定好每一个台阶步距并且经过认真的测量确认过后才能施工，认真对待每一个施工细节，这样就可以很有效地减小地表的下沉幅度与地中土体的移位。但是虽然在一些超浅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内，同时把水平位移控制在十毫米以内[3]。

除了上述以外，在施工中会遇到临时中隔墙或者横撑的情况，在遇到这类问题时，开挖的阶段是一个非常重要的步骤，作为整个工程的支撑构件，使得CRD发能够发挥其步步封闭的特性。但是当整个初期的支护封闭之后，隧道中中墙和水平横撑并没有很明显的作用，把它们拆除之后对地表下沉或者地中土体以为的影响都很小，所以它们可以进行重复使用，不仅能节省工程造价，还能节约能源。

5、双侧壁导坑法

双侧壁导坑法主要就是把相对较大的断面分割成许多较小的断面之后，再进行断面的开挖，这种方法较为封闭和安全，尤其适用于容易塌方松散的岩层、坡积土、破碎的岩层带、溶洞堆积体等地方，所以使用这种方法的工程主要是一些地下工程，例如地铁和地下停车场之类的，并不适合在山岭隧道的工程中使用[4]。双侧壁导坑法的主要特点是：第一，工程的步骤较多，能够施工作业的面积较小，不利于机械化的使用，因此施工进度相对较慢。第二，可以很好的控制地表及其内部的一些变形，减少拱脚下沉的幅度与拱顶的压力。第三，会使用多次支护结构的转换，工程造价相对较高。第四，对测量及加固等施工要求较高，在拆除拱架的施工时也不太安全。

6、环形开挖预留核心土的方法

使用这种施工方法最先应该加固隧道及其周边的围岩，并对断面上半面的环行部分进行人工与挖掘机的共同挖掘，可以在挖掘机上安装一些勺形的牙齿，以便加快施工进度。这种方法具有以下几点特点：第一，要注意到围岩所形成的拱作用，在测量之后对其支护参数进行适当调整。第二，在进行断面上半部分的开挖之前，要先了解好各部分的地质情况，根据不同的需要来调整支护，并且发挥围岩本身的自承能力。第三，如果支护不能满足断面的需要，就应该加强支护，把大断面的施工改为小断面施工，及时进行监控测量。第四，因为这种方法可以使用机械施工，所以施工速度较快，更容易进行各种公益的转化。第五，不利于控制隧道的变形[1]。

二、对以上三种方法所做的比较

以上所述的三种开挖方法的比对如表1所示：

三、施工的保证措施

1、做好监控测量

软岩隧道最重要的决策依据就是其监控测量的数据，要根据这些数据进行比对分析，才能选出应该使用哪一种更为合适的开挖方法。进行监控测量是为了掌握围岩在施工中的实时动态，在围岩变形之前提前做好预防措施。应该成立专门的监控小组，一方面确保施工的安全，另一方面要在洞室内部进行详细的测量与判定。每天都应测量一至两次，如果发现异常，更要增多测量的次数，进行数据的分析，确立正确的施工方法[1]。尤其是对于浅埋与偏压的地段要重点监测，对于监测数据要认真分析，使用及时加固的措施，选取合适的施工方法，防止出现意外。

2、对施工进行动态管理

由于之前有一些隧道在施工时遭遇了坍塌，鉴于这些教训，每一位施工人员都应该非常谨慎，对于施工方案进行反复的推敲与论证，直至找到最为合适的方案再进行施工。如果在施工中遇到了问题，一定要及时询问专家的意见，对开挖方法进行适当的修改。同时，要引进先进的科学技术与设计理念，更加优化隧道的设计，成立一个动态管理小组，对施工的每一部分进行管理，在施工遇到问题时及时决策，超前指挥，加强施工的安全管理与技术管理，每一步骤完成、每一天的工作、每一星期的工作完成之后都要进行分析，严格按照管理人员制定的计划进行施工，确保隧道能够在预计的工期之内保质、保量、安全、有序地完成。

结语

篇10

【关键词】隧道；浅埋偏压；地表注浆

1.工程概况及地质条件

马鞍山隧道为连拱隧道，起讫里程K1733+135～K1733+505，长370m，隧道穿越一坡体，最大埋深约42m，进出口段均处于浅埋偏压段。隧道平面线形进口段位于R=1100m的圆曲线上，出口段位于直线段上；隧道纵坡坡度-2.75%。位处大方县六龙镇北面的郑家湾东面，机耕道可至隧址，交通条件一般。

地质：隧道区上覆第四系残坡积层粉质粘土层，黄褐色、橙黄色，含碎石及角砾5～20%，硬塑～可塑状，厚1～4m；下伏基岩为二叠系下茅口组灰白色中厚～厚层状灰岩，呈灰色，细晶结构，岩石节理较发育，岩体较破碎，取芯呈柱状、短柱状。根据声波测试及地震勘探结果，Vp=4200m/s。

场区位于黔北台隆遵义断拱毕节北东向构造变形区两路口背斜南东翼，地层单斜、缓倾，岩层产状75～85°∠18～28°，主要发育的两组节理裂隙，产状为195°∠80°和252°∠85°，节理裂隙发育密度一般5～20条/m3，局部可达30条/m3。

根据本隧道的特点、设计文件及现场施工条件，采取从出口端进洞，首先施工中导洞，其次再施工隧道右幅，最后再开挖隧道左幅。洞口段进洞均采用超前大管棚施工。在进洞段20m范围左幅洞顶地表存在一冲沟, 冲沟坡度约20°, 位于K1733+485处，冲沟内最小埋深仅50cm，见所附照片1所示。明暗交接位置左幅K1733+500断面隧道洞顶埋深约120cm, 右洞K1733+500断面隧道洞顶埋深约280cm。隧道穿越洞口浅埋偏压段，施工存在极大的坍方、冒顶等危险。且因为洞口明洞段爆破开挖，致使浅埋段地表开裂，土石分离。施工前须对该段进行预处理。

2.方案比较

施工完中导洞，再行开挖主洞，针对隧道洞口段处理偏压提出2种方案：

A 方案：对浅埋偏压段开挖路堑，施做偏压明洞。

B 方案：冲沟下缘设置挡墙进行地表回填，对浅埋偏压段地表钢管注浆加固，并上覆锚杆挂网喷混凝土盖板，隧道进洞施工按正常设计进行。

A方案，由于路堑的开挖, 形成三面高边坡, 增加大量的开挖面、边仰坡临时防护外, 隧道暗洞开挖与明洞段的施工衔接处理比较艰难，而且届时施工正处于雨季施工, 该方案对隧道的稳定和施工非常不利。B方案，该浅埋偏压段纵向呈台阶式，高差达2m；横向自然坡度较缓, 隧道位于半山腰位置, 挡土墙施工相对困难，但冲沟回填工程方量较小，回填完成后进行偏压段地表钢管注浆, 通过对地表采用钢花管注浆加固，并采用砂浆锚杆挂网喷混凝土将钢花管连接成一体。原则上避开了雨季施工的影响，但施工工艺相对要求较高，需要增加征地，采取“取高填低”办法，以人力、畜力就近取土进行冲沟回填。

左幅隧道洞顶冲沟位置示意图

通过对浅埋偏压段进行地表注浆加固, 隧道从加固体中通过, 可有效地减小偏压的影响；锚杆挂网喷混凝土将注浆钢花管连成一体, 不仅加强了抗偏压能力, 而且进一步防止隧道开挖时冒顶、坍塌。考虑该隧道的地形、地质条件，确定该隧道地表竖向注浆预加固，纵向范围为整个浅埋段，横向范围按隧道中线左幅左侧12m、右幅右侧10m，两隧道中线间全部加固。锚杆挂网喷混凝土区域按隧道中线左幅左侧10m，右幅右侧8m，两隧道中线间满铺。

综合考虑上述两方案的优缺点, 结合现场工程的管理措施以及该隧道的特点, 采用地表钢管竖向注浆预加固并设置锚杆挂网喷混凝土方案。

3.方案的实施

竖向钢管注浆设计钢管采用ф42×4mm，混凝土盖板范围以内钢管, 管口高出盖板顶面30cm。盖板顶面以下15cm 范围内管身不设钻眼，注浆段管身按梅花形间距15cm钻6mm 的花孔。钢管间距为150cm×150cm。混凝土盖板范围以外钢管，管口设置C20混凝土止浆塞，尺寸为30cm×30cm×15cm。管口高出止浆塞顶面30cm。止浆塞底面以下15cm范围内管身不设钻眼，注浆段管身按梅花形间距15cm 钻6mm的花孔。钢管间距为200cm×200cm。钢管打入深度视埋深位置分段进行控制：隧道开挖线以外范围打入至隧道圆心水平线以下100～200cm；隧道开挖线以内范围打入至隧道圆心水平线。除采用少量双液浆封堵地表处止浆塞口或管口，钢管注浆材料采用水泥浆，分次间歇式注入，注浆初压在0.5～1MPa，超过2MPa时终止压浆。单孔注浆量由浆液扩散半径及围岩的孔隙率确定，可按下式进行计算:Q=αβN·πR2L。

式中:Q为浆液注入量，单位：m3；R为浆液有效扩散半径，单位：m；L为注浆段长度，单位m；α为浆液充盈系数；β为浆液消耗系数；N为围岩裂隙率，%。

混凝土盖板为C20喷混凝土，厚度30cm；纵、横向钢筋采用ф6.5盘条，网片规格25×25cm, 并与钢花管出露段焊接牢固，锚杆为Φ22螺纹钢，喷混凝土前对地表适当整平, 清除浮土。喷混凝土时, 预留排气孔，并在注浆前对排气孔进行有效封堵。施工后在盖板及注浆范围培土植草进行绿化处理。

对该隧道浅埋偏压段处理完成后，方可进行隧道主洞超前大管棚施工，进而开挖支护。

4.监控量测分析

为评价浅埋偏压段带冲沟处理的效果, 在施工期对隧道洞口段30m范围断面进行了监控量测;连续监控45天，监测数据表明洞身周边位移收敛量较小, 隧道侧墙水平累积位移值在3mm, 平均每天水平位移收敛值为0.15mm; 拱顶累积沉降量2.4mm, 平均每天沉降值0.12mm, 基本认定隧道围岩趋于稳定。隧道侧墙水平和拱顶位移～ 时间曲线见图4、图5；说明采用地表竖向钢管注浆以及C20喷射混凝土盖板方案对隧道浅埋偏压及冲沟回填处治问题有较好的效应。

隧道初期支护沉降收敛位移～时间曲线

洞口浅埋偏压处治断面图

5.结语

山区隧道洞口段浅埋偏压问题受地形、地质以及施工等条件的限制, 横向冲沟易造成冒顶, 处理起来有一定难度。通过工程实践证明, 采用地表竖向钢管注浆以及喷射混凝土盖板方案, 对浅埋偏压段进行地表注浆加固, 可有效地减小偏压的影响；同时通过混凝土盖板将注浆钢花管连成一体,进一步加强了抗偏压能力, 而且防止了隧道开挖时冒顶、坍塌, 使隧道施工安全得到了一定保障。地表竖向钢管注浆并上覆钢筋混凝土盖板方案对山区隧道洞口段浅埋偏压处治是一种有效的隧道进洞措施。

【参考文献】

［1］关宝树.隧道工程施工要点集．北京:人民交通出版社，2003．