公路双连拱隧道跨越输水管线施工及监控量测技术研究.pdf

建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 18 期 2023 年 9 月Vol.54 No.18 Sep.202322161 工程概况南上庄隧道设计为双向四车道的双连拱隧道，隧道起讫里程为K15+942K16+220，南上庄隧道整体 属于岩质隧道，本隧道洞体衬砌类型由 SL5aSL4b级构成。SL5a 衬砌长度为 64 m；SL4a 衬砌长度为52 m；SL4b 衬砌长度为 144 m，进口明洞 6 m，出口明洞 12 m。南上庄隧道 K16+174 处下穿平定县城 主城区输水管线，输水管线与隧道夹角 73，交叉处隧道埋深 30.955 m（输水管线标高 拱顶标高），输水管线位置距隧道出口明暗交界处 34 m，隧道左幅输水渡槽距离隧道垂直距离 182.6 m，洞身段 围岩为灰岩。2 施工方法选择2.1 下穿输水管线爆破方法的选择对输水管线与隧道的交叉段 K16+159K16+208段洞内采取超前管棚注浆加固围岩，双连拱隧道中隔墙辅助导洞采用短台阶法开挖，上下台阶均采用自制简易台架作操作平台，上台阶超前 35 m，上台阶 高度为 3.68 m，下台阶为 4.1 m，根据围岩情况每循环进尺 0.61.2 m，隧道左右主洞室采用环形预留 核心土法开挖，预留的核心土断面根据围岩的级别判断，但一般情况下为环形开挖面积的 50%，方便人员操作控制，上台阶长度以 35 m 为宜，上台阶 高 度 为 5.6 m，下 台 阶 高 度 为 4.5 m；K16+129 K16+159 段拟采用控制炸药用量的弱爆破开挖技术。隧道爆破施工在与管线交叉位置严格按照GB 67222014爆破安全规程相关规定确定爆破允许振动速度及单次爆破最大装药量，按照爆破 设计要求，正常爆破段单孔最大装药量为 15.21 kg，弱爆破单孔最大装药量为 0.24 kg，安全防护距离 不大于爆破点距输水管道的距离。计算爆破振动有效安全距离采用下述公式（1）进行估算：v=Kd（Q3/R）（1）式 中：R 为 计 算 点 到 爆 源 的 距 离，m；Kd为 公路双连拱隧道跨越输水管线施工 及监控量测技术研究薛 龙（中建二局第三建筑工程有限公司，100070，北京）摘要：以南上庄隧道出口段下穿老旧大直径主城输水管线为例，着重介绍该处施工方法及监控量测 技术，在施工过程中加优化施工方法、加强监控量测频率，及时进行数据的分析处理并用于施工的动态管理，积累双连拱隧道及其他类型隧道下穿需要保护的构造物的施工经验，为类似工程提供借鉴。关键词：隧道施工；输水管线；输水渡槽；弱爆破开挖；施工量测中图分类号：TU 74 文献标志码：B 文章编号：1000-4726(2023)18-2216-03reseArch on construction technology of highwAy double Arch tunnel crossing wAter trAnsmission pipelineXUE Long(The Third Construction Engineering Co.,Ltd.,China Construction Bureau No.2,100070,Beijing,China)Abstract:This paper takes the exit section of the Nanshangzhuang tunnel as an example to introduce the construction method and monitoring measurement technology of the old large-diameter main urban water transmission pipeline.During the construction process,the construction method is optimized,the monitoring measurement frequency is strengthened,and the data is analyzed and processed in a timely manner for dynamic management of construction.The construction experience of double arch tunnels and other types of tunnels penetrating structures that need protection is accumulated,providing reference for similar projects.keywords:tunnel construction;water transmission pipeline;water conveyance aqueduct;weak blasting excavation;construction measurement收稿日期：20230725基金项目：大断面双连拱隧道关键技术研究及应用（24296D200005）作者简介：薛龙（1988），男，河南南阳人，工程师，e-mail:.2023 年 9 月2217薛龙：公路双连拱隧道跨越输水管线施工及监控量测技术研究岩石性质系数，Kd=150；v 为地面质点的振动速度，2 cm/s；为爆破性质系数，取 1.5；Q为最大单响 装药量，取正常单孔装药量 15.21 kg，取弱爆破单孔装药量 0.24 kg。根据爆破振动有限安全距离计算公式算的爆破 影响范围：普通装药爆破影响范围为 44.06 m、弱爆破影响范围为 11.05 m，即普通爆破到达安全 距离 44.06 m 位置，对构筑物的振动速度为 2.0 cm/s，弱爆破到达安全距离 11.05 m 位置，对构筑物的振动速度为2.0 cm/s，根据GB 67222014 爆破安全规程爆破振动安全允许标准规定民用一般建筑物允许振动速度为 2.02.5 cm/s。隧道正常爆破段输水管线距离最近距离为54.62 m，隧道左幅输水渡槽距离隧道垂直距离182.6 m，输水管线及隧道左幅输水渡槽距离 K16+129处爆破点安全距离均大于正常爆破影响距离 44.06 m；54.62 m、182.6 m 处正常爆破能对构建筑的振动速度分别为 1.61 cm/s、0.48 cm/s，正常爆破能对输水管线及隧道左幅，输水渡槽的震动速度小于规范允许的 下限 2.0 cm/s 以下，因此正常爆破输水管线及隧道 左幅输水渡槽不会产生影响。隧道弱爆破段输水管线距离隧道洞顶最近 距离为 30.955 m，隧道左幅输水渡槽距离隧道垂直距离 182.6 m，输水管线及隧道左幅输水渡槽距离K16+179 处爆破点安全距离均大于弱爆破影响距离11.05 m、30.955 m、182.6 m 处弱爆破能对构建筑的震动速度分别为 0.714 cm/s、0.121 cm/s，弱爆破能对输水管线及隧道左幅输水渡槽的震动速度小于规范 允许的下限 2.0 cm/s 以下，因此弱爆破不会对输水 管线及输水渡槽产生影响。2.2 下穿输水管线段减震孔的施工方法在 K16+174 处隧道顶地面上与输水管线平行 布设 2 排减震孔（共 200 个)，减震孔直径 110 mm，钻孔用 127 mm 钻头，成孔垂直与输水管线地面，钻孔深8 m，孔间距0.5 m，孔内插中90 mm的PVC管，PVC 管外露地面 0.5 m，减震孔施工完毕后对减震孔外露端头安装注浆阀门封堵密实，洞内施工通过输水管线交叉段后管顶上方 1 m 范围内钻孔采用水泥砂浆封堵密实，减震孔布设如图 1 所示。在 K16+129K16+159 拱顶设水平减震孔，钻孔直径中 110 mm，孔深 30 m，环向间距 0.4 m，钻孔内插 90 mm PVC 中空管，减震孔内均不装药，减震孔 施工完毕后对减震孔外露端头安装注浆阀门封堵 密实，待该段主洞开挖结束后注水泥砂浆灌实。减震孔减震孔布设轴线与输水管线平行路线中线图 1 地表减震孔布置示意钻孔前现在 K16+129 处施作工作室，工作室沿原设计开挖轮廓线外扩 50 cm，沿隧道轴向长度3 m，该段超前锚杆钻孔应与减震孔间隔布设（图 2）。初期支护套拱现浇 C30 混凝土二次衬砌现浇 C30 钢筋混凝土拱部减震孔隧道中线路面中线路面中线设计标高（a）初期支护二次衬砌减震孔套拱（b）图 2 洞内减震孔布置示意（a）正面示意；（b）侧面示意3 输水管线及输水渡槽位置监控量测的方法3.1 测点布设南上庄双连拱隧道施工过程中不能影响输水管道及输水渡槽的正常使用，所以在 K16+174 处沿与 输水管线平行布设沉降位移观测点，布点时沿输水 管线走向，以中导洞中心为中向两侧，每隔 9 m 在 管道上面布设一个监测点，共 5 个点。输水渡槽在每个桥墩位置上用方形十字反光片 布设观测点，在 K16+129K16+159 段施工过程中对供水管道的位移、沉降观测，观测时长持续至K16+129K16+159 段二次衬砌施作完毕为止，隧道输水管线顶位移、沉降观测点位布置如图 3 所示；输水渡槽位移、沉降观测点位布置如图 4 所示。3.2 测量方法首先在隧道影响线外面视野开阔位置做 3 个基准点，然后用 GPS 静态测量与其他设计控制点联测出3 个基准点的坐标，用精密水准仪测量与设计控制点建 筑 技 术第 54 卷第 18 期2218隧道中线隧道中线地面线监测点影响线隧道出口输水管线隧道开挖轮廓线图 3 隧道输水管线顶位移、沉降观测点布置示意钢板反光片初期支护混凝土层基岩层图 4 输水渡槽位移、沉降观测点布置示意联测出这3个基准点的高程。从隧道施工至 K16+129 位置时开始观测，在 每次弱爆破前后，通过高精度全站仪进行数据采集，精度控制在 0.1 mm，然后进行数据分析。保证供水管道的位移、沉降观测的数据满足指导现场施工要求。4 隧道洞内拱顶下沉及周边位移监控量测在K16+129K16+159段弱爆破施工过程中，隧道 内拱顶下沉及周边位移每隔 5 m 布设监控监测点，监测点布设采用方形十字反光片组成现场观测系统，拱顶下沉及周边位移观测点外露在隧道初期支护的 外面，使用手持式钻孔机钻孔然后插入带有可以粘贴反光片的观测标记，观测标记一般为钢筋加薄钢板 焊制而成，钻眼放入观测标记的孔里面使用锚固剂 进行固定，观测标记禁止与初期支护的钢拱架或初期支护钢筋网片焊接。初期支护混凝土喷射完成后，及时将反射片粘贴到观测标记的薄钢板上，观测标的反射片均面向利于高精度全站仪观测的方向，便于测量数据采集，各 观测标记尽可能靠近掌子面埋设，一般距离掌子面为0.52 m，拱顶下沉及周边位移的初读数在埋设后 12 h内或在下一次爆破前测量初始读数读取，最迟不超过埋设观测点后的 24 h，观测频率见表 1、表 2。5 观测数据处理方法每次拱顶下沉及周边位移量测结束后应及时进行当期数据处理，绘制数据时态曲线。根据数据时态 变化的曲线，将围岩划分急剧变化段、缓慢变化段及表 1 按距开挖面距离控制的监控量测频率拱顶下沉及周边位移断面距 开挖工作面的距离/m拱顶下沉及周边 位移量测频率/（次/d）014.752314.7529.5129.573.751（23 d）73.751（37 d）表 2 按位移变形量控制的监控量测频率拱顶下沉及周边位移变形量/（mm/d）拱顶下沉及周边位移 量测频率/（次/d）5231510.511（23 d）0.20.51（3 d）0.21（37 d）基本稳定段，判断其稳定程度及提出对下步施工的意见，监测数据采用隧道及地下工程监测信息系统（中铁西南科学研究院有限公司研发）进行综合 处理和分析，该软件在多项工程的监测工作中应用情况良好。6 结束语以南上庄隧道出口段下穿老旧大直径主城输水 管线及输水渡槽为例，结合施工的技术方法及控制性量测的方法，在保证主城输水管线及输水渡槽安全 运营的同时，较好地完成了隧道的施工任务，在隧道K16+129K16+159 段施工过程中主要采取了以下的措施。（1）该段爆破采取弱爆破的方法进行施工控制。（2）在地表输水管线位置布设竖直减震孔，在隧道 K16+129K16+159 段隧道拱顶布设水平减震孔，这样有利于在爆破的过程中二次减少振动。（3）在地表输水管线及输水渡槽位置布设位移、沉降观测点，在弱爆破的前后观测管线及渡槽的沉降、位移值，保证施工的安全。（4）在隧道 K16+129K16+159 段隧道洞内加密 布设拱顶下沉及周边收敛量测点，及时量测数据，并根据量测数据进行动态分析，为隧道施工提供可靠的保证，从而积累双连拱隧道及其他隧道下穿需要保护的重要构造物的施工经验。参考文献1 公路隧道施工技术规范:JGJ/T 36602020S.2 公路隧道施工技术细则:JGJ/T F602009S.3 爆破安全规程:GB 67222014S.