大断面黄土隧道施工方法
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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
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》。
? 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。
? 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。
2号压力盒 5号压力盒 8号压力盒 10号压力盒
50
100
150
200
250
300
350
400
时间（天）
图2－1 拱部围岩压力时间变化曲线
共两支。为压力盒
为二衬应变计 为钢筋计，花拱架内外两侧各一支，每个位置共两支。
图1—2 多点位移计布置图
2 大断面黄土隧道围岩压力及衬砌 受力特性
2.1 围岩压力
2.1.1 土家湾隧道
700
600
500
400
300
200
kPa) 100 （
值 力
0
压
0
1号压力盒 3号压力盒 6号压力盒 9号压力盒
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
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，
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，对压力盒施加预压力，使其频率增加5～8个赫兹 左右。二衬压力盒固定在防水层和二衬之间，施加预压力，使其 频率增加5～8个赫兹，压力盒周边用纱布绕实，以防止二衬混凝 土砂块的嵌入。
? 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Leabharlann Baidu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：
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
? 格栅拱钢筋计采用焊接的方式固定，焊接时保持探头温度不能太
高，且在格栅拱运放及洞内安装时，加强引线和探头的保护，记 录下安装就位后的频率作为初始频率。二衬混凝土应变在拱圈内 用环向U型支架固定，尽量使其与相应位置二衬内外表面切线相 平行。
? 为压力盒 为二衬应变计 为钢筋计，花拱架内外两侧各一支，每个位置
长安大学岩土与隧道工程研究所 杨晓华
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》。
? 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。
? 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。
2号压力盒 5号压力盒 8号压力盒 10号压力盒
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200
250
300
350
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时间（天）
图2－1 拱部围岩压力时间变化曲线
共两支。为压力盒
为二衬应变计 为钢筋计，花拱架内外两侧各一支，每个位置共两支。
图1—2 多点位移计布置图
2 大断面黄土隧道围岩压力及衬砌 受力特性
2.1 围岩压力
2.1.1 土家湾隧道
700
600
500
400
300
200
kPa) 100 （
值 力
0
压
0
1号压力盒 3号压力盒 6号压力盒 9号压力盒
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
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，
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，对压力盒施加预压力，使其频率增加5～8个赫兹 左右。二衬压力盒固定在防水层和二衬之间，施加预压力，使其 频率增加5～8个赫兹，压力盒周边用纱布绕实，以防止二衬混凝 土砂块的嵌入。
? 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Leabharlann Baidu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：
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
? 格栅拱钢筋计采用焊接的方式固定，焊接时保持探头温度不能太
高，且在格栅拱运放及洞内安装时，加强引线和探头的保护，记 录下安装就位后的频率作为初始频率。二衬混凝土应变在拱圈内 用环向U型支架固定，尽量使其与相应位置二衬内外表面切线相 平行。
? 为压力盒 为二衬应变计 为钢筋计，花拱架内外两侧各一支，每个位置