高速公路隧道下穿机场安全监测技术
2015-06-01
0 引言
一直以来，下穿问题的研究都是隧道建设者的重要课题。如何保障既有建筑物的安全，以及新建隧道的安全修建是这类工程问题的关键点。随着数学、力学和数值模拟计算的发展[1]，对近接问题的研究越来越深入。为许多高难度的工程修建提供了有力的条件。国外一些学者研究了一些隧道下穿建筑的课题，并取得了不错的成果，解决了许多技术难题，确保了工程的顺利进行[2]。国内许多隧道专家在近接方面做了很多工作，总结了前人的研究成果，并提出了比较系统的近接力学理论，为解决下穿问题奠定了力学基础[3~4]。双孔分离式隧道正交下穿机场跑道，工程施工过程对机场建筑的影响是工程的难点。为保障机场的正常运营，避免造成重大的损失，应加强隧道施工的安全工作。控制地表沉降、拱顶下沉等工程参数，预防、避免重大安全事故的发生。
1 工程概况
某隧道工程位于某市城区，隧道采用双孔双向四车道布置型式，为左、右两个分离式隧道。线路向北避开右侧监狱，进入机场范围，左、右线先下穿机场停车场、航站楼，然后正交下穿机场停机坪、机场滑行道、机场跑道，从机场边坡的农田出地面，以路基型式连接另一面大道。
本工程范围左线SZKO+000~SZK1+490.445，右线为SYKO+000~SYKI+486.798。道路采用城市主干道Ⅱ级标准，双向四车道：设计速度为40km/H；建筑限界：隧道单向宽度（2×3.75m+2×0.25m+1.5m+0.75m）。
2 监控量测方案
安全是工程的生命，为保障工程建设顺利进行，针对工程问题的具体性质，采取相应的策略，做到早发现、早治理，将危险从根源上清除，避免损失。根据工程的特点，对地表沉降、拱顶下沉等重要安全指标采取相应的技术保障措施，指导施工，确保工程安全。
2.1地表沉降
由于高速公路隧道下穿机场工程的特殊性，控制地表的下沉状况，确保机场工程的安全是隧道修建必须保障的工程指标。如何控制隧道修建引起的地表建筑物下沉，尤其是对机场敏感建筑物的影响控制在允许的范围内，是工程的难点和重点。做好地表下沉的测量作业，将结果应用在指导施工上，为工程的安全建设提供必要的指导。
地表下沉量测主要在隧道浅埋处、机场航站楼及下穿机场跑道范围的地表建筑物和跑道进行，地表下沉量测应在开挖面前方（h+9）m处开始（h为隧道覆盖层厚度），直到衬砌结构封闭，下沉基本停止时为止。根据观测数据汇总表，绘制出主要沉降点的沉降过程线，它可以明显地反映出沉降的趋势、规律和幅度。沉降趋势预报是沉降测量的重要环节；通过大量的沉降观测后，获得对地表沉降规律的理性认识，确定未来的沉降趋势，这是确保地表建（构）筑物安全运营的可靠保证。
2.2拱顶下沉
隧道开挖后，由于围岩自重和应力调整造成隧道顶板向下移动。拱顶下沉量是隧道安全的重要控制因素，做好拱顶下沉量的测量工作，根据测量结果指导施工工作是工程建设的重要环节。拱顶下沉量测断面的间距为：Ⅳ级围岩不大于25m，Ⅴ级围岩应小于20m。围岩变形处应适当加密，在各类围岩的起始地段增设拱顶下沉测点1~2个。当发生较大涌水时，Ⅴ级围岩量测断面的间距应缩小至5~10m。各测点应在避免爆破作业破坏测点的前提下，尽可能靠近工作面埋设，一般为0.5~2.0m，并在下一次爆破循环前获得初始读数。初读数应在开挖后12h内读取，最迟不得超过24h，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。对监测结果进行分析，可以得出累计沉降、单次沉降等曲线，并可对其进行拟合，进而可以对其最终沉降做出预测，来指导施工。
2.3周边收敛
周边收敛量测和拱顶下沉量测应布置在同一个断面，是衡量隧道开挖后围岩变化的另一个重要参数。测量时将收敛计一端连接挂钩与测点锚栓上不锈钢环（钩）相连，展开钢尺使挂钩与另一测点的锚栓相连。张力粗调可把收敛计测力装置上的插销定位于钢尺穿孔来完成。张力细调则通过测力装置微调至恒定拉力为止。在实施中，隧道开挖后在设计的监测点位埋置监测挂钩，测量初始值，然后根据施工的进程监测收敛值，直到稳定为止。将量测结果进行分析，可以得出累计洞周净空收敛与时间的关系曲线，对曲线进行拟合分析，可以对隧道洞室的最终变形进行预测，从而达到指导施工的目的。
2.4 地质勘探
在地下工程中，开挖前的地质勘探工作很难提供非常准确的地质资料，所以，在隧道过程中对前进的开挖工作面附近围岩的岩石性质、状态应进行观察，对开挖后动态进行观察。地质勘探主要目的：（1）预测开挖面前方的地质条件；（2）为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据；（3）根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。地质勘探包括洞内观察和洞外观察。洞内观察分开挖工作面观察和已施工区段观察两部分，开挖工作面观察应在每次开挖后进行一次，内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、涌水情况及底板是否隆起等。初期支护完成区段观察内容包括：喷混凝土是否产生裂隙或剥离，要特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏的现象等。洞外观察包括洞口及洞身浅埋段地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定、地表水渗透的观察。
2.5 其他重要指标
隧道安全控制指标除了上述4个指标以外，还包括围岩的位移、锚杆应力、后行洞衬砌钢筋应力、围岩与支护结构界面及初期支护与模筑衬砌界面压应力等。这几个主要是隧道结构的安全指标，其中，为了探明支护系统上承受的荷载，进一步研究支架与围岩相互作用之间的关系，不仅需要量测支护空间产生的相对位移(或空间断面的变形)，而且还需要对围岩深部岩体位移进行监测和掌握。锚杆应力、后行洞衬砌钢筋应力、围岩与支护结构界面和初期支护与模筑衬砌界面压应力主要反映支护措施的作用效果，属可控认为可控因素，做好测量反馈工作，寻找相应的规律，最大限度地发挥支护作用，为地表建筑物指标控制工作提供更宽松的操作条件。
3 结言
针对工程的特殊情况，对地表沉降、拱顶下沉等工程重要指标进行严密监控，并及时根据测量结果进行分析，指导施工工作。地表沉降沉降等指标能合理反应隧道施工对地表建筑物的影响，监控方案科学、可靠。
