高速公路隧道下穿機場安全監(jiān)測技術
2015-06-01
0 引言
一直以來，下穿問題的研究都是隧道建設者的重要課題。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鍵點。隨著數學、力學和數值模擬計算的發(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，解決了許多技術難題，確保了工程的順利進行[2]。國內許多隧道專家在近接方面做了很多工作，總結了前人的研究成果，并提出了比較系統(tǒng)的近接力學理論，為解決下穿問題奠定了力學基礎[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，應加強隧道施工的安全工作?？刂频乇沓两?、拱頂下沉等工程參數，預防、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：設計速度為40km/H；建筑限界：隧道單向寬度（2×3.75m+2×0.25m+1.5m+0.75m）。
2 監(jiān)控量測方案
安全是工程的生命，為保障工程建設順利進行，針對工程問題的具體性質，采取相應的策略，做到早發(fā)現、早治理，將危險從根源上清除，避免損失。根據工程的特點，對地表沉降、拱頂下沉等重要安全指標采取相應的技術保障措施，指導施工，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，是工程的難點和重點。做好地表下沉的測量作業(yè)，將結果應用在指導施工上，為工程的安全建設提供必要的指導。
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），直到襯砌結構封閉，下沉基本停止時為止。根據觀測數據匯總表，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）筑物安全運營的可靠保證。
2.2拱頂下沉
隧道開挖后，由于圍巖自重和應力調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，根據測量結果指導施工工作是工程建設的重要環(huán)節(jié)。拱頂下沉量測斷面的間距為：Ⅳ級圍巖不大于25m，Ⅴ級圍巖應小于20m。圍巖變形處應適當加密，在各類圍巖的起始地段增設拱頂下沉測點1~2個。當發(fā)生較大涌水時，Ⅴ級圍巖量測斷面的間距應縮小至5~10m。各測點應在避免爆破作業(yè)破壞測點的前提下，盡可能靠近工作面埋設，一般為0.5~2.0m，并在下一次爆破循環(huán)前獲得初始讀數。初讀數應在開挖后12h內讀取，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。對監(jiān)測結果進行分析，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測，來指導施工。
2.3周邊收斂
周邊收斂量測和拱頂下沉量測應布置在同一個斷面，是衡量隧道開挖后圍巖變化的另一個重要參數。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。張力細調則通過測力裝置微調至恒定拉力為止。在實施中，隧道開挖后在設計的監(jiān)測點位埋置監(jiān)測掛鉤，測量初始值，然后根據施工的進程監(jiān)測收斂值，直到穩(wěn)定為止。將量測結果進行分析，可以得出累計洞周凈空收斂與時間的關系曲線，對曲線進行擬合分析，可以對隧道洞室的最終變形進行預測，從而達到指導施工的目的。
2.4 地質勘探
在地下工程中，開挖前的地質勘探工作很難提供非常準確的地質資料，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、狀態(tài)應進行觀察，對開挖后動態(tài)進行觀察。地質勘探主要目的：（1）預測開挖面前方的地質條件；（2）為判斷圍巖、隧道的穩(wěn)定性提供地質依據；（3）根據噴層表面狀態(tài)及錨桿的工作狀態(tài)，分析支護結構的可靠程度。地質勘探包括洞內觀察和洞外觀察。洞內觀察分開挖工作面觀察和已施工區(qū)段觀察兩部分，開挖工作面觀察應在每次開挖后進行一次，內容包括節(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)段觀察內容包括：噴混凝土是否產生裂隙或剝離，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、錨桿應力、后行洞襯砌鋼筋應力、圍巖與支護結構界面及初期支護與模筑襯砌界面壓應力等。這幾個主要是隧道結構的安全指標，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系，不僅需要量測支護空間產生的相對位移(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。錨桿應力、后行洞襯砌鋼筋應力、圍巖與支護結構界面和初期支護與模筑襯砌界面壓應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，并及時根據測量結果進行分析，指導施工工作。地表沉降沉降等指標能合理反應隧道施工對地表建筑物的影響，監(jiān)控方案科學、可靠。
