高速公路隧道下穿機(jī)場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)
2015-06-01
0 引言
一直以來(lái)，下穿問(wèn)題的研究都是隧道建設(shè)者的重要課題。如何保障既有建筑物的安全，以及新建隧道的安全修建是這類工程問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)。隨著數(shù)學(xué)、力學(xué)和數(shù)值模擬計(jì)算的發(fā)展[1]，對(duì)近接問(wèn)題的研究越來(lái)越深入。為許多高難度的工程修建提供了有力的條件。國(guó)外一些學(xué)者研究了一些隧道下穿建筑的課題，并取得了不錯(cuò)的成果，解決了許多技術(shù)難題，確保了工程的順利進(jìn)行[2]。國(guó)內(nèi)許多隧道專家在近接方面做了很多工作，總結(jié)了前人的研究成果，并提出了比較系統(tǒng)的近接力學(xué)理論，為解決下穿問(wèn)題奠定了力學(xué)基礎(chǔ)[3~4]。雙孔分離式隧道正交下穿機(jī)場(chǎng)跑道，工程施工過(guò)程對(duì)機(jī)場(chǎng)建筑的影響是工程的難點(diǎn)。為保障機(jī)場(chǎng)的正常運(yùn)營(yíng)，避免造成重大的損失，應(yīng)加強(qiáng)隧道施工的安全工作。控制地表沉降、拱頂下沉等工程參數(shù)，預(yù)防、避免重大安全事故的發(fā)生。
1 工程概況
某隧道工程位于某市城區(qū)，隧道采用雙孔雙向四車道布置型式，為左、右兩個(gè)分離式隧道。線路向北避開右側(cè)監(jiān)獄，進(jìn)入機(jī)場(chǎng)范圍，左、右線先下穿機(jī)場(chǎng)停車場(chǎng)、航站樓，然后正交下穿機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪、機(jī)場(chǎng)滑行道、機(jī)場(chǎng)跑道，從機(jī)場(chǎng)邊坡的農(nóng)田出地面，以路基型式連接另一面大道。
本工程范圍左線SZKO+000~SZK1+490.445，右線為SYKO+000~SYKI+486.798。道路采用城市主干道Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，雙向四車道：設(shè)計(jì)速度為40km/H；建筑限界：隧道單向?qū)挾龋?×3.75m+2×0.25m+1.5m+0.75m）。
2 監(jiān)控量測(cè)方案
安全是工程的生命，為保障工程建設(shè)順利進(jìn)行，針對(duì)工程問(wèn)題的具體性質(zhì)，采取相應(yīng)的策略，做到早發(fā)現(xiàn)、早治理，將危險(xiǎn)從根源上清除，避免損失。根據(jù)工程的特點(diǎn)，對(duì)地表沉降、拱頂下沉等重要安全指標(biāo)采取相應(yīng)的技術(shù)保障措施，指導(dǎo)施工，確保工程安全。
2.1地表沉降
由于高速公路隧道下穿機(jī)場(chǎng)工程的特殊性，控制地表的下沉狀況，確保機(jī)場(chǎng)工程的安全是隧道修建必須保障的工程指標(biāo)。如何控制隧道修建引起的地表建筑物下沉，尤其是對(duì)機(jī)場(chǎng)敏感建筑物的影響控制在允許的范圍內(nèi)，是工程的難點(diǎn)和重點(diǎn)。做好地表下沉的測(cè)量作業(yè)，將結(jié)果應(yīng)用在指導(dǎo)施工上，為工程的安全建設(shè)提供必要的指導(dǎo)。
地表下沉量測(cè)主要在隧道淺埋處、機(jī)場(chǎng)航站樓及下穿機(jī)場(chǎng)跑道范圍的地表建筑物和跑道進(jìn)行，地表下沉量測(cè)應(yīng)在開挖面前方（h+9）m處開始（h為隧道覆蓋層厚度），直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止時(shí)為止。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)匯總表，繪制出主要沉降點(diǎn)的沉降過(guò)程線，它可以明顯地反映出沉降的趨勢(shì)、規(guī)律和幅度。沉降趨勢(shì)預(yù)報(bào)是沉降測(cè)量的重要環(huán)節(jié)；通過(guò)大量的沉降觀測(cè)后，獲得對(duì)地表沉降規(guī)律的理性認(rèn)識(shí)，確定未來(lái)的沉降趨勢(shì)，這是確保地表建（構(gòu)）筑物安全運(yùn)營(yíng)的可靠保證。
2.2拱頂下沉
隧道開挖后，由于圍巖自重和應(yīng)力調(diào)整造成隧道頂板向下移動(dòng)。拱頂下沉量是隧道安全的重要控制因素，做好拱頂下沉量的測(cè)量工作，根據(jù)測(cè)量結(jié)果指導(dǎo)施工工作是工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。拱頂下沉量測(cè)斷面的間距為：Ⅳ級(jí)圍巖不大于25m，Ⅴ級(jí)圍巖應(yīng)小于20m。圍巖變形處應(yīng)適當(dāng)加密，在各類圍巖的起始地段增設(shè)拱頂下沉測(cè)點(diǎn)1~2個(gè)。當(dāng)發(fā)生較大涌水時(shí)，Ⅴ級(jí)圍巖量測(cè)斷面的間距應(yīng)縮小至5~10m。各測(cè)點(diǎn)應(yīng)在避免爆破作業(yè)破壞測(cè)點(diǎn)的前提下，盡可能靠近工作面埋設(shè)，一般為0.5~2.0m，并在下一次爆破循環(huán)前獲得初始讀數(shù)。初讀數(shù)應(yīng)在開挖后12h內(nèi)讀取，最遲不得超過(guò)24h，而且在下一循環(huán)開挖前，必須完成初期變形值的讀數(shù)。對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出累計(jì)沉降、單次沉降等曲線，并可對(duì)其進(jìn)行擬合，進(jìn)而可以對(duì)其最終沉降做出預(yù)測(cè)，來(lái)指導(dǎo)施工。
2.3周邊收斂
周邊收斂量測(cè)和拱頂下沉量測(cè)應(yīng)布置在同一個(gè)斷面，是衡量隧道開挖后圍巖變化的另一個(gè)重要參數(shù)。測(cè)量時(shí)將收斂計(jì)一端連接掛鉤與測(cè)點(diǎn)錨栓上不銹鋼環(huán)（鉤）相連，展開鋼尺使掛鉤與另一測(cè)點(diǎn)的錨栓相連。張力粗調(diào)可把收斂計(jì)測(cè)力裝置上的插銷定位于鋼尺穿孔來(lái)完成。張力細(xì)調(diào)則通過(guò)測(cè)力裝置微調(diào)至恒定拉力為止。在實(shí)施中，隧道開挖后在設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位埋置監(jiān)測(cè)掛鉤，測(cè)量初始值，然后根據(jù)施工的進(jìn)程監(jiān)測(cè)收斂值，直到穩(wěn)定為止。將量測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出累計(jì)洞周凈空收斂與時(shí)間的關(guān)系曲線，對(duì)曲線進(jìn)行擬合分析，可以對(duì)隧道洞室的最終變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而達(dá)到指導(dǎo)施工的目的。
2.4 地質(zhì)勘探
在地下工程中，開挖前的地質(zhì)勘探工作很難提供非常準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，所以，在隧道過(guò)程中對(duì)前進(jìn)的開挖工作面附近圍巖的巖石性質(zhì)、狀態(tài)應(yīng)進(jìn)行觀察，對(duì)開挖后動(dòng)態(tài)進(jìn)行觀察。地質(zhì)勘探主要目的：（1）預(yù)測(cè)開挖面前方的地質(zhì)條件；（2）為判斷圍巖、隧道的穩(wěn)定性提供地質(zhì)依據(jù)；（3）根據(jù)噴層表面狀態(tài)及錨桿的工作狀態(tài)，分析支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠程度。地質(zhì)勘探包括洞內(nèi)觀察和洞外觀察。洞內(nèi)觀察分開挖工作面觀察和已施工區(qū)段觀察兩部分，開挖工作面觀察應(yīng)在每次開挖后進(jìn)行一次，內(nèi)容包括節(jié)理裂隙發(fā)育情況、工作面穩(wěn)定狀態(tài)、涌水情況及底板是否隆起等。初期支護(hù)完成區(qū)段觀察內(nèi)容包括：噴混凝土是否產(chǎn)生裂隙或剝離，要特別注意噴混凝土是否發(fā)生剪切破壞的現(xiàn)象等。洞外觀察包括洞口及洞身淺埋段地表情況、地表沉陷、邊坡及仰坡的穩(wěn)定、地表水滲透的觀察。
2.5 其他重要指標(biāo)
隧道安全控制指標(biāo)除了上述4個(gè)指標(biāo)以外，還包括圍巖的位移、錨桿應(yīng)力、后行洞襯砌鋼筋應(yīng)力、圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)界面及初期支護(hù)與模筑襯砌界面壓應(yīng)力等。這幾個(gè)主要是隧道結(jié)構(gòu)的安全指標(biāo)，其中，為了探明支護(hù)系統(tǒng)上承受的荷載，進(jìn)一步研究支架與圍巖相互作用之間的關(guān)系，不僅需要量測(cè)支護(hù)空間產(chǎn)生的相對(duì)位移(或空間斷面的變形)，而且還需要對(duì)圍巖深部巖體位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)和掌握。錨桿應(yīng)力、后行洞襯砌鋼筋應(yīng)力、圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)界面和初期支護(hù)與模筑襯砌界面壓應(yīng)力主要反映支護(hù)措施的作用效果，屬可控認(rèn)為可控因素，做好測(cè)量反饋工作，尋找相應(yīng)的規(guī)律，最大限度地發(fā)揮支護(hù)作用，為地表建筑物指標(biāo)控制工作提供更寬松的操作條件。
3 結(jié)言
針對(duì)工程的特殊情況，對(duì)地表沉降、拱頂下沉等工程重要指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，并及時(shí)根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，指導(dǎo)施工工作。地表沉降沉降等指標(biāo)能合理反應(yīng)隧道施工對(duì)地表建筑物的影響，監(jiān)控方案科學(xué)、可靠。
