高速公路隧道下穿機場安全監(jiān)測技術(shù)
2015-06-01
0 引言
一直以來，下穿問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題的關(guān)鍵點。隨著數(shù)學(xué)、力學(xué)和數(shù)值模擬計算的發(fā)展[1]，對近接問題的研究越來越深入。為許多高難度的工程修建提供了有力的條件。國外一些學(xué)者研究了一些隧道下穿建筑的課題，并取得了不錯的成果，解決了許多技術(shù)難題，確保了工程的順利進行[2]。國內(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，為解決下穿問題奠定了力學(xué)基礎(chǔ)[3~4]。雙孔分離式隧道正交下穿機場跑道，工程施工過程對機場建筑的影響是工程的難點。為保障機場的正常運營，避免造成重大的損失，應(yīng)加強隧道施工的安全工作?？刂频乇沓两怠⒐绊斚鲁恋裙こ虆?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、右兩個分離式隧道。線路向北避開右側(cè)監(jiān)獄，進入機場范圍，左、右線先下穿機場停車場、航站樓，然后正交下穿機場停機坪、機場滑行道、機場跑道，從機場邊坡的農(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級標準，雙向四車道：設(shè)計速度為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)控量測方案
安全是工程的生命，為保障工程建設(shè)順利進行，針對工程問題的具體性質(zhì)，采取相應(yīng)的策略，做到早發(fā)現(xiàn)、早治理，將危險從根源上清除，避免損失。根據(jù)工程的特點，對地表沉降、拱頂下沉等重要安全指標采取相應(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場工程的特殊性，控制地表的下沉狀況，確保機場工程的安全是隧道修建必須保障的工程指標。如何控制隧道修建引起的地表建筑物下沉，尤其是對機場敏感建筑物的影響控制在允許的范圍內(nèi)，是工程的難點和重點。做好地表下沉的測量作業(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)。
地表下沉量測主要在隧道淺埋處、機場航站樓及下穿機場跑道范圍的地表建筑物和跑道進行，地表下沉量測應(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，下沉基本停止時為止。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)匯總表，繪制出主要沉降點的沉降過程線，它可以明顯地反映出沉降的趨勢、規(guī)律和幅度。沉降趨勢預(yù)報是沉降測量的重要環(huán)節(jié)；通過大量的沉降觀測后，獲得對地表沉降規(guī)律的理性認識，確定未來的沉降趨勢，這是確保地表建（構(gòu)）筑物安全運營的可靠保證。
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。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量工作，根據(jù)測量結(jié)果指導(dǎo)施工工作是工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。拱頂下沉量測斷面的間距為：Ⅳ級圍巖不大于25m，Ⅴ級圍巖應(yīng)小于20m。圍巖變形處應(yīng)適當加密，在各類圍巖的起始地段增設(shè)拱頂下沉測點1~2個。當發(fā)生較大涌水時，Ⅴ級圍巖量測斷面的間距應(yīng)縮小至5~10m。各測點應(yīng)在避免爆破作業(yè)破壞測點的前提下，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)。對監(jiān)測結(jié)果進行分析，可以得出累計沉降、單次沉降等曲線，并可對其進行擬合，進而可以對其最終沉降做出預(yù)測，來指導(dǎo)施工。
2.3周邊收斂
周邊收斂量測和拱頂下沉量測應(yīng)布置在同一個斷面，是衡量隧道開挖后圍巖變化的另一個重要參數(shù)。測量時將收斂計一端連接掛鉤與測點錨栓上不銹鋼環(huán)（鉤）相連，展開鋼尺使掛鉤與另一測點的錨栓相連。張力粗調(diào)可把收斂計測力裝置上的插銷定位于鋼尺穿孔來完成。張力細調(diào)則通過測力裝置微調(diào)至恒定拉力為止。在實施中，隧道開挖后在設(shè)計的監(jiān)測點位埋置監(jiān)測掛鉤，測量初始值，然后根據(jù)施工的進程監(jiān)測收斂值，直到穩(wěn)定為止。將量測結(jié)果進行分析，可以得出累計洞周凈空收斂與時間的關(guān)系曲線，對曲線進行擬合分析，可以對隧道洞室的最終變形進行預(yù)測，從而達到指導(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確的地質(zhì)資料，所以，在隧道過程中對前進的開挖工作面附近圍巖的巖石性質(zhì)、狀態(tài)應(yīng)進行觀察，對開挖后動態(tài)進行觀察。地質(zhì)勘探主要目的：（1）預(yù)測開挖面前方的地質(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
隧道安全控制指標除了上述4個指標以外，還包括圍巖的位移、錨桿應(yīng)力、后行洞襯砌鋼筋應(yīng)力、圍巖與支護結(jié)構(gòu)界面及初期支護與模筑襯砌界面壓應(yīng)力等。這幾個主要是隧道結(jié)構(gòu)的安全指標，其中，為了探明支護系統(tǒng)上承受的荷載，進一步研究支架與圍巖相互作用之間的關(guān)系，不僅需要量測支護空間產(chǎn)生的相對位移(或空間斷面的變形)，而且還需要對圍巖深部巖體位移進行監(jiān)測和掌握。錨桿應(yīng)力、后行洞襯砌鋼筋應(yīng)力、圍巖與支護結(jié)構(gòu)界面和初期支護與模筑襯砌界面壓應(yīng)力主要反映支護措施的作用效果，屬可控認為可控因素，做好測量反饋工作，尋找相應(yīng)的規(guī)律，最大限度地發(fā)揮支護作用，為地表建筑物指標控制工作提供更寬松的操作條件。
3 結(jié)言
針對工程的特殊情況，對地表沉降、拱頂下沉等工程重要指標進行嚴密監(jiān)控，并及時根據(jù)測量結(jié)果進行分析，指導(dǎo)施工工作。地表沉降沉降等指標能合理反應(yīng)隧道施工對地表建筑物的影響，監(jiān)控方案科學(xué)、可靠。
