论文部分内容阅读
摘要：掌子面挤压变形量测技术是通过预先埋入长子面的纵向位移计，配以滑动式沉降仪测量长子面不同深度变形情况，通过对变形数据的分析，预测软弱围岩隧道开挖后的变形特性，及时对支护体系做出适当的调整，确保软岩隧道施工安全，与传统的围岩量测相比具有：预测早、调整及时、提高支护体系安全度等优点，文章着重介绍了长子面围岩内部位移量测的方法、数据分析、支护参数调整等。
關键词软弱围岩掌子面挤压变形量测支护参数调整
Abstract: ZhangZiMian extruded deformation measurement technology is the firstborn in advance through into longitudinal displacement plan, match with sliding type instrument measuring surface subsidence firstborn different depth deformation, through to the deformation data analysis, forecast weak rock tunnel excavation of the deformation characteristics, timely support system to make proper adjustment, ensure that soft rock tunnel construction safety, of the surrounding rock and the traditional measurement compared with: predict early, adjust in time, improve the supporting system safety degree and other advantages, the article mainly introduces the firstborn face internal displacement of surrounding rock measurement method, data analysis, supporting parameters adjustment, etc.
Keywords: weak rock ZhangZiMian extruded deformation measurement supporting parameters adjustment
中图分类号： U452.1+7 文献标识码：A 文章编号：
一、引言
近年来，我国铁路建设日新月异，施工技术不断进步，长大隧道层出不穷，由于勘测深度不足，长大隧道实际地质情况与勘测地质情况相比一般差距比较大，造成了一些长大隧道施工中多数会遇到不良地质灾害，如我单位施工的兰武铁路乌鞘岭隧道、广昆线老东山隧道、张集铁路旧堡隧道、宜万铁路齐岳山隧道等，这些隧道几乎都遇到了软岩变形、突水突泥等地质灾害，给施工带来了极大的安全风险，能否准确预测，是隧道施工安全的关键，也是预防隧道不良地质灾害的源头，我单位在贵广铁路天平山隧道中采用了掌子面挤压变形量测技术，能比常规量测更早预测掌子面前方围岩的变形情况，有力的保障了Ⅰ级高风险隧道施工安全。
二、工程概况
天平山隧道（DK366+862～DK380+874，全长14012m）是贵广铁路的控制性工程之一，为Ⅰ级高风险隧道，该隧道地质条件复杂，洞身围岩主要为炭质页岩，开挖后易产生较大变形，施工过程中存在软岩大变形和突泥突水风险。（DK370+960～DK374+368），穿越下朝堂正断层（DK372+320~+505），断层走向N34°E，倾向SE，倾角约64°；断距3900m左右，断层破碎带宽度约180~190m，带内岩体破碎，有硅化现象，局部为角砾岩、断层角砾、压碎岩，石英脉发育，局部多见石英团块，在地貌上表现为断谷，断层隧道围岩稳定性影响大，存在涌水、突泥、有害气体等不良地质灾害。 施工采用三台阶七步流水法。
三、掌子面挤压变形量测实施
1、测点布置
2、实施方法
采用RPD—75SL—H2多功能快速钻机成孔，钻孔直径127mm，孔深30m，埋设φ70 PVC测管，测管外每隔1m设磁力测环一个，测管与孔壁间注水泥浆锚固。采用意大利SISGEO公司的T-REX 滑动测微计进行掌子面内部纵向位移量测，采用国产XB338-B型智能数显滑动式沉降仪进行掌子面内部沉降量测。具体过程如附图所示。
①施工准备
主要包括测管准备、测环固定、注浆管准备、测管接头固定。
测管采用φ70 PVC管，每段测管长3m，每根测管外安装3个测环，间距1m，最下一个测环距底部大约0.5 米。用适当的螺丝扳手固定3 个螺丝，以免安装过程中测环错位，但也不能拧得过紧，因为灌浆后测环需要随周围岩石发生的位移而移动。安装测环保证朝着同一方向，洞内光线黑暗，更应注意。不过，如果在中间或端头某个测环故意接反，还可以起到参考作用，有利用数据的相互验证。因为滑动测微计插入测斜管中可准确测量两相邻测环间的实际间距，一旦接反数据会异常。
为尽量减少洞内工作，不耽误施工进度，测管接头在洞外先把一侧固定到测管上。安装接头的时候，要注意其内部公定位标记应与测斜管一端对应的母定位标记相匹配。连接接头用胶水粘结，也可用铆钉连接。如果变形很大，最好用铆钉连接铆。本试验中由于围岩较坚硬稳定，估计变形量不会太大，所以采用PVC—U胶水的作为连接胶，未用铆钉固定。
在管盖上涂些连接剂；将管盖安装在测斜管上, 直到管盖完全套在测斜管上；铆钉要避开四条贯穿测斜管以90 度间隔分布的导槽；用胶带或密封条将管盖密封。
选用φ25PVC管作为注浆管，为保证测管底部为围岩间注浆密实，在洞外将注浆管前方端部15m左右范围内用电钻钻上小空作为出浆孔，前面尽量密集，越靠近孔口越稀疏，间距20~50cm不等，注浆管端头用窗纱包裹。
②钻孔
采用RPD—75SL—H2多功能快速钻机成孔，钻孔直径127mm，孔深31m。由于本区段隧道为1.8%坡度下坡，钻孔时采用水平方向向下1°左右倾向 (因钻孔时端部本身会有偏差，会自然向下倾斜，同时为利用排水，一般情况下钻孔尽量朝上1°到2°) 。钻孔完成后要清空，将孔底的水、碎石等吹出以便注浆。
③安装测管
将注浆管用铁丝绑在测管底部以便随着测管的接长插入钻孔内。在将测斜管放入钻孔中时需格外小心，不宜用力过大，应保持水平，尽量避免测环碰撞孔壁导致测环错位。每根测管推到孔口后，在用PVC—U胶把测管与下节测管的连接接头粘接，直至无法推动测管为止。最后在孔口插入50cm~80cm左右注浆管作为排气管，用锚固剂封死孔口，同时为防止异物落入测管，用铁丝包缠土工布塞入管内。
④注浆
测斜管和钻孔壁之间需用水泥浆充填，使测环与地层结合成一体，测环随围岩的位移而产生变位。注浆采用UB3.0型灰浆泵，注浆前检查注浆管与注浆机各部件，保证正常工作，避免造成先注浆凝固，而后注浆不进去。注浆压力应“先小后大”，注浆时选用性能良好的水泥，不应有硬块，以防堵住注浆管口。水泥浆不宜太稀也不宜太稠，应在保证能注入的前提下尽量稠。当排气管内流出浓稠的水泥浆液时注浆完毕，封死注浆管和排气管待强。
⑤量测
采用意大利SISGEO公司的T-REX 滑动测微计进行掌子面内部纵向位移量测，采用国产XB338-B型智能数显滑动式沉降仪进行掌子面内部沉降量测。注浆4~8h后下次开挖前测的数据作为“初始读数” ”，后续位移数据都是基于此数据计算而来。后续读数可称为“地层表现读数”。
3、数据分析及参数调整
⑴数据分析
测结果如分析图一、分析图二所示。
由分析图一掌子面围岩内部纵向位移量测结果可见：
①虽然围岩稳定性较好，但隧道掌子面围岩内部纵向位移仍然较明显，埋设3天后的最大纵向位移接近20mm；
②靠近掌子面部位纵向位移速率明显大于深部测点。
由分析图二掌子面围岩内部沉降量测结果可见：
①隧道掌子面围岩内部沉降初期不明显，埋设4~5天后沉降量开始出现较大变化；
②掌子面部位沉降值最大，随掌子面不断前进，最大沉降点也不断前移。
③靠近掌子面部位沉降速率明显大于深部测点。
⑵、参数调整
通过数据采集分析，明显DK372+890处前方围岩变形量比较大，在支护参数上应采取加强措施，建议将I20b工字钢架间距由1米/榀调整到0.8米/榀，DK372+185处前方围岩变形量一般，施工支护参数维持原设计。
四、长子面挤压变形量测技术优势和弊端
掌子面挤压变形量测技术在国内隧道施工中应用比较少，它能较早地揭示掌子面前方围岩变形情况，将变形量化，同时超长的平行钻孔能兼做地质预报探孔，通过钻探和变形量测能更准确地确定前方地质情况，预测变形大小，有利于支护参数及时调整，达到保证复杂地质软岩隧道施工安全的目的，但也有它不可避免的弊端，首先安装量测器件时间比较长，其次单次量测时间比较长，受仪器精度限制量测结果精度也较差，综合其优缺点，因其能较早揭示开挖面前方围岩变形量大小，所以最适合应用于地质复杂的软岩变形隧道施工，能保证施工安全、提高进度、减少二次拆除和支护量。
五、结束语
目前掌子面擠压变形量测技术在国内应用比较少，它在软岩变形隧道施工中确实起到了提前预警的目的，应用前景可观，希望通过本文的介绍，在今后更多的软岩隧道施工中提供一定的借鉴和参考，也希望今后的软岩隧道施工能更安全。
【参考文献】
1、《铁路隧道》 同济大学出版社 编著 杨兴安、吴德康
2、《软弱围岩隧道施工技术》 人民交通出版社 编著 关宝树 赵勇
3、《隧道设计与施工:岩土控制变形分析法(ADECO-RS)》 中国铁道出版社
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
關键词软弱围岩掌子面挤压变形量测支护参数调整
Abstract: ZhangZiMian extruded deformation measurement technology is the firstborn in advance through into longitudinal displacement plan, match with sliding type instrument measuring surface subsidence firstborn different depth deformation, through to the deformation data analysis, forecast weak rock tunnel excavation of the deformation characteristics, timely support system to make proper adjustment, ensure that soft rock tunnel construction safety, of the surrounding rock and the traditional measurement compared with: predict early, adjust in time, improve the supporting system safety degree and other advantages, the article mainly introduces the firstborn face internal displacement of surrounding rock measurement method, data analysis, supporting parameters adjustment, etc.
Keywords: weak rock ZhangZiMian extruded deformation measurement supporting parameters adjustment
中图分类号： U452.1+7 文献标识码：A 文章编号：
一、引言
近年来，我国铁路建设日新月异，施工技术不断进步，长大隧道层出不穷，由于勘测深度不足，长大隧道实际地质情况与勘测地质情况相比一般差距比较大，造成了一些长大隧道施工中多数会遇到不良地质灾害，如我单位施工的兰武铁路乌鞘岭隧道、广昆线老东山隧道、张集铁路旧堡隧道、宜万铁路齐岳山隧道等，这些隧道几乎都遇到了软岩变形、突水突泥等地质灾害，给施工带来了极大的安全风险，能否准确预测，是隧道施工安全的关键，也是预防隧道不良地质灾害的源头，我单位在贵广铁路天平山隧道中采用了掌子面挤压变形量测技术，能比常规量测更早预测掌子面前方围岩的变形情况，有力的保障了Ⅰ级高风险隧道施工安全。
二、工程概况
天平山隧道（DK366+862～DK380+874，全长14012m）是贵广铁路的控制性工程之一，为Ⅰ级高风险隧道，该隧道地质条件复杂，洞身围岩主要为炭质页岩，开挖后易产生较大变形，施工过程中存在软岩大变形和突泥突水风险。（DK370+960～DK374+368），穿越下朝堂正断层（DK372+320~+505），断层走向N34°E，倾向SE，倾角约64°；断距3900m左右，断层破碎带宽度约180~190m，带内岩体破碎，有硅化现象，局部为角砾岩、断层角砾、压碎岩，石英脉发育，局部多见石英团块，在地貌上表现为断谷，断层隧道围岩稳定性影响大，存在涌水、突泥、有害气体等不良地质灾害。 施工采用三台阶七步流水法。
三、掌子面挤压变形量测实施
1、测点布置
2、实施方法
采用RPD—75SL—H2多功能快速钻机成孔，钻孔直径127mm，孔深30m，埋设φ70 PVC测管，测管外每隔1m设磁力测环一个，测管与孔壁间注水泥浆锚固。采用意大利SISGEO公司的T-REX 滑动测微计进行掌子面内部纵向位移量测，采用国产XB338-B型智能数显滑动式沉降仪进行掌子面内部沉降量测。具体过程如附图所示。
①施工准备
主要包括测管准备、测环固定、注浆管准备、测管接头固定。
测管采用φ70 PVC管，每段测管长3m，每根测管外安装3个测环，间距1m，最下一个测环距底部大约0.5 米。用适当的螺丝扳手固定3 个螺丝，以免安装过程中测环错位，但也不能拧得过紧，因为灌浆后测环需要随周围岩石发生的位移而移动。安装测环保证朝着同一方向，洞内光线黑暗，更应注意。不过，如果在中间或端头某个测环故意接反，还可以起到参考作用，有利用数据的相互验证。因为滑动测微计插入测斜管中可准确测量两相邻测环间的实际间距，一旦接反数据会异常。
为尽量减少洞内工作，不耽误施工进度，测管接头在洞外先把一侧固定到测管上。安装接头的时候，要注意其内部公定位标记应与测斜管一端对应的母定位标记相匹配。连接接头用胶水粘结，也可用铆钉连接。如果变形很大，最好用铆钉连接铆。本试验中由于围岩较坚硬稳定，估计变形量不会太大，所以采用PVC—U胶水的作为连接胶，未用铆钉固定。
在管盖上涂些连接剂；将管盖安装在测斜管上, 直到管盖完全套在测斜管上；铆钉要避开四条贯穿测斜管以90 度间隔分布的导槽；用胶带或密封条将管盖密封。
选用φ25PVC管作为注浆管，为保证测管底部为围岩间注浆密实，在洞外将注浆管前方端部15m左右范围内用电钻钻上小空作为出浆孔，前面尽量密集，越靠近孔口越稀疏，间距20~50cm不等，注浆管端头用窗纱包裹。
②钻孔
采用RPD—75SL—H2多功能快速钻机成孔，钻孔直径127mm，孔深31m。由于本区段隧道为1.8%坡度下坡，钻孔时采用水平方向向下1°左右倾向 (因钻孔时端部本身会有偏差，会自然向下倾斜，同时为利用排水，一般情况下钻孔尽量朝上1°到2°) 。钻孔完成后要清空，将孔底的水、碎石等吹出以便注浆。
③安装测管
将注浆管用铁丝绑在测管底部以便随着测管的接长插入钻孔内。在将测斜管放入钻孔中时需格外小心，不宜用力过大，应保持水平，尽量避免测环碰撞孔壁导致测环错位。每根测管推到孔口后，在用PVC—U胶把测管与下节测管的连接接头粘接，直至无法推动测管为止。最后在孔口插入50cm~80cm左右注浆管作为排气管，用锚固剂封死孔口，同时为防止异物落入测管，用铁丝包缠土工布塞入管内。
④注浆
测斜管和钻孔壁之间需用水泥浆充填，使测环与地层结合成一体，测环随围岩的位移而产生变位。注浆采用UB3.0型灰浆泵，注浆前检查注浆管与注浆机各部件，保证正常工作，避免造成先注浆凝固，而后注浆不进去。注浆压力应“先小后大”，注浆时选用性能良好的水泥，不应有硬块，以防堵住注浆管口。水泥浆不宜太稀也不宜太稠，应在保证能注入的前提下尽量稠。当排气管内流出浓稠的水泥浆液时注浆完毕，封死注浆管和排气管待强。
⑤量测
采用意大利SISGEO公司的T-REX 滑动测微计进行掌子面内部纵向位移量测，采用国产XB338-B型智能数显滑动式沉降仪进行掌子面内部沉降量测。注浆4~8h后下次开挖前测的数据作为“初始读数” ”，后续位移数据都是基于此数据计算而来。后续读数可称为“地层表现读数”。
3、数据分析及参数调整
⑴数据分析
测结果如分析图一、分析图二所示。
由分析图一掌子面围岩内部纵向位移量测结果可见：
①虽然围岩稳定性较好，但隧道掌子面围岩内部纵向位移仍然较明显，埋设3天后的最大纵向位移接近20mm；
②靠近掌子面部位纵向位移速率明显大于深部测点。
由分析图二掌子面围岩内部沉降量测结果可见：
①隧道掌子面围岩内部沉降初期不明显，埋设4~5天后沉降量开始出现较大变化；
②掌子面部位沉降值最大，随掌子面不断前进，最大沉降点也不断前移。
③靠近掌子面部位沉降速率明显大于深部测点。
⑵、参数调整
通过数据采集分析，明显DK372+890处前方围岩变形量比较大，在支护参数上应采取加强措施，建议将I20b工字钢架间距由1米/榀调整到0.8米/榀，DK372+185处前方围岩变形量一般，施工支护参数维持原设计。
四、长子面挤压变形量测技术优势和弊端
掌子面挤压变形量测技术在国内隧道施工中应用比较少，它能较早地揭示掌子面前方围岩变形情况，将变形量化，同时超长的平行钻孔能兼做地质预报探孔，通过钻探和变形量测能更准确地确定前方地质情况，预测变形大小，有利于支护参数及时调整，达到保证复杂地质软岩隧道施工安全的目的，但也有它不可避免的弊端，首先安装量测器件时间比较长，其次单次量测时间比较长，受仪器精度限制量测结果精度也较差，综合其优缺点，因其能较早揭示开挖面前方围岩变形量大小，所以最适合应用于地质复杂的软岩变形隧道施工，能保证施工安全、提高进度、减少二次拆除和支护量。
五、结束语
目前掌子面擠压变形量测技术在国内应用比较少，它在软岩变形隧道施工中确实起到了提前预警的目的，应用前景可观，希望通过本文的介绍，在今后更多的软岩隧道施工中提供一定的借鉴和参考，也希望今后的软岩隧道施工能更安全。
【参考文献】
1、《铁路隧道》 同济大学出版社 编著 杨兴安、吴德康
2、《软弱围岩隧道施工技术》 人民交通出版社 编著 关宝树 赵勇
3、《隧道设计与施工:岩土控制变形分析法(ADECO-RS)》 中国铁道出版社
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。