大断面黄土隧道施工方法剖析.ppt

大断面黄土隧道施工方法及监控量测技术 长安大学岩土与隧道工程研究所 杨晓华 2005年4月15日 0 前言 由于隧道能缩短线路，改善线形，保护环境和根除病害，在我国高等级公路建设中，采用越岭长隧道方案，将愈来愈成为现实，几十年来，我国在隧道工程方面积累了丰富的经验，在勘测设计、施工方法、防水排水和运营防灾等技术方面有了很大进展。作为隧道建设经验的总结和进一步推动隧道建设的发展，交通部相继编写了《公路隧道设计规范》、《公路隧道施工技术规范》、《公路隧道通风照明设计规范》和《公路隧道勘测规程》。 西部大开发战略决策的实施，促进了西部地区高等级公路的发展，穿越黄土地区的公路隧道将越来越多。黄土是第四系堆积的陆相沉积物，其特点是具有大孔隙、有垂直节理和管状孔道，天然含水量时强度较高，能维持很高的垂直边坡，但遇水时土颗粒崩解，表现为较强的湿陷性，黄土在我国有着广泛的分布，分布面积为64万km2，占国土面积的6.3%。由于黄土分布的广泛性和典型的工程特性，历来受到工程界和学术界的重视。 黄土公路隧道的修建起步较晚，基本借鉴了铁路隧道在此方面已有的科研成果，公路隧道由于大跨径、大断面和扁坦状以及防水等级较高，加之黄土强度较低，开挖扰动后变形大等特点以及由此引起的设计施工方法的特殊性，铁路隧道业已达成广泛共识的优秀成果对于公路隧道是否依然适用？黄土公路隧道较多采用的两层模筑混凝土衬砌形式中每个组成部分的荷载特性如何？现有设计及施工方法的合理性及经济性如何？黄土公路隧道存在那些病害及处治技术是否合理有效？一系列的问题都值得工程技术人员研究与思考。在此我就上述问题结合我们的研究成果从以下四方面简要介绍一下大断面黄土隧道施工方法及监控量测技术： 1．大断面黄土隧道监控量测技术。 2．大断面黄土隧道围岩压力及衬砌受力特性。 3．大断面黄土隧道施工方法及质量控制。 4．大断面黄土隧道病害处治技术。 1 大断面黄土隧道监控量测技术 现场监控量测作为理论研究与工程设计施工不可分割的重要部分，历来受到工程界和学术界高度重视。从开挖支护过程中的施工同步监测，到隧道工程营运期的长期受力与变形监测，测试技术在隧道工程建设中起到十分重要的作用：一方面可以指导本工程的设计施工，保证施工期间的安全稳定；另一方面为今后的工程实践提供有价值的经验。从埋深、土质情况有针对性地选择了巉柳高速公路白虎山、新庄岭、土家湾及兰海高速公路青土岘四座黄土隧道，基本代表了黄土地区公路隧道类型，以便能够更加全面地认识黄土地区公路隧道受力与变形特性。 1.1 依托工程概况 1. 土家湾隧道 2. 新庄岭隧道 3. 白虎山隧道 4. 青土岘隧道 1.2 测试目的与实施技术 1.2.1 测试目的及内容 我国铁路部门在20世纪70～80年代曾对小跨度的黄土隧道围压规律进行过专项研究，取得了一些成果，积累了不少经验，对大跨度黄土公路隧道的围岩压力大小及分布特征在国内外的应用实践上是个空白，设计中仅仅是凭借以往的经验进行，带有很大的盲目性。立足于大跨度黄土公路隧道面临的问题，对其进行全面系统的测试研究，在国内外应属首次，对优化黄土公路隧道的设计施工有重要的指导意义，也是对该学科的重要贡献。通过现场测试，试图搞清以下几个问题： 1．围岩压力的大小和分布特性； 2．侧压力系数的大小及其分布特性； 3．仰拱的受力特性； 4．二次衬砌的荷载分担比例及内力特性； 5．格栅拱与浇筑混凝土联合使用性能； 6．隧道周边位移与围岩深部位移。 1.2.2 测试元件埋设 钢弦式测试元件构造简单，测试结果比较稳定，受温度影响小，可用于长期观测，故现场测试选择了钢弦式测试元件。考虑到施工可能对引线及元件造成破坏，测试元件埋设较多，巉柳高速公路每个隧道均埋设了两个断面，共六个断面，为与以前数值仿真结果作对比，测试断面和计算断面选在同一位置。青土岘隧道测试较晚，在二衬边墙和仰拱部位补充布置了混凝土应变计。 测试元件质量的好坏直接关系到现场测试的成败，其检验标定是一项非常重要的环节。元件检验包括元件防水性能、引线质量、初读数稳定性等方面。元件标定是指采用试验的方法、测定力（应变）与输出信号之间的关系曲线，测试结果再以此曲线反查出力（应变）。标定方法有液压标定、气压标定、砂压标定等几种，其中油压标定最为常用。 测试元件布设注意事项: 压力盒读数能否真正代表埋设点的土压力值，与压力盒埋设方法有很大关系，埋设方法不当，甚至会使量测“误差”变成“错误”，故现场测试中应高度重视，压力盒埋设的一个基本原则是要使得压力盒承压面充分发生挠曲变形。本次现场测试压力盒全部选用沥青囊式压力盒，埋设时首先在埋设位置挖一深约2～3cm的圆坑，放入压力盒，大概使其沥青囊上面与土面相齐，然后固定压力盒，对压