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随着我国交通建设的发展,特别是西部大开发战略的实施,铁路、公路隧道方案在山区和丘陵地区的交通建设中日益引起重视,不同长度、不同类型的隧道大量涌现。因此,及时总结和研究隧道监控及超前预报技术,深入探讨隧道施工中各种不良现象产生的原因,掌握已有隧道的成功经验和失败教训具有重要的工程实际意义,才能为新建的工程提供重要的参考资料和决策依据,对经济地、高质量地建设隧道十分必要。
本文一方面总结了施工监控技术的研究现状,并结合工程实践总结了施工监控技术在尖峰顶隧道和火郎峪隧道施工过程中取得的经验和成果；另一方面结合尖峰顶隧道和火郎峪隧道的超前地质预报工程实践情况,对常用的隧道超前地质预报方法进行了分析与对比,总结了高密度电法和探地雷达法在隧道超前地质预报工程实践中取得的经验和成果。
论文的主要研究内容和结论如下:
(1)对尖峰顶隧道和火郎峪隧道施工过程中现场监测资料进行分析,重点研究了尖峰顶隧道洞顶铁塔附近的地表移动、地面沉降随时间变化的特点及规律,火郎峪隧道进口、出口处典型断面的围岩压力、钢筋应力随时间的变化特点、规律。
对尖峰顶隧道洞顶铁塔附近关键监测断面的地表移动、地面沉降时间效应和空间效应进行分析,得出尖峰顶隧道地表移动、沉降变形的主要特征有:隧道施工过程中地表将产生地表移动瓮地,其长轴方向平行于隧道的轴线方向,短轴方向受地表的地形所控制。对于软岩顺层斜坡地面下的大断面隧道施工,地表移动主要受隧道施工进度所控制,同时受地表地形的影响,相互共同作用；地表的沉降变形较大,变形最大点位于隧道向山坡一侧,在垂直于隧道轴线方向呈不对称分布,不对称程度与地形坡度和覆盖层厚度有关。
对火郎峪隧道围岩变形与隧道施工过程之间的时间效应和空间效应进行分析,得出火郎峪隧道围岩压力及钢筋应力的变化特征有:隧道二衬过后钢筋应力基本没有变化,表明隧道-衬过后围岩基本稳定,钢筋应力也达到稳定状态；隧道围岩压力在开挖后的前七天迅速增大,之后趋于稳定,拱顶围岩压力比周边大；隧道在初衬完成后的前十天钢架钢筋应力迅速增大,拱顶钢架应力比周边大,之后趋于稳定,在下台阶开挖之后有少许减小。
(2)对尖峰顶隧道软弱围岩浅埋段的三台阶法开挖施工过程和火郎峪隧道洞口浅埋段的两台阶法开挖施工过程进行数值模拟研究,计算出每一开挖步后的地表移动和地面沉降情况、围岩位移场、应力场、锚杆和喷射混凝土层应力变化情况,对计算结果进行了详细分析,并与现场监测结果进行对比分析。
根据尖峰顶隧道软弱围岩施工二维数值模拟计算结果分析表明台阶法施工中所造成的铁塔附近地表沉降量与实测值基本一致,在可控制范围之内；拱脚处在每次开挖后均产生应力集中,所以在实际施工中应注意加强拱底部位的支护,尽早闭合仰拱,以分担拱脚处的承受的荷载；当隧道开挖完毕后,拱脚处所受的弯矩和轴力最大,实际施工中常表现为该部位产生纵向裂缝,开裂、剥落,对此应及时采取补喷混凝土等措施,并加强监控量测,控制该部位受力状态的恶化。
根据火郎峪隧道洞口浅埋段施工二维数值模拟计算结果分析表明围岩变位比较显著的区域为距隧道开挖轮廓线0.5倍洞径范围内,隧道浅表围岩位移是施工中位移控制的重点；上下台阶法施工过程中拱脚处产生应力集中,拱顶所受的围岩压力较小,洞顶围岩拱效应明显,建议在实际施工中加强拱底部位的支护,尽早闭合仰拱；当隧道开挖完毕后,隧道上台阶拱脚处的锚杆轴力和喷射混凝土层承受的应力明显比其它部位偏大,这说明下台阶的开挖施工对已经支护过的隧道上半断面围岩造成了较大的扰动,实际施工中应加强监控量测,发现问题及时采取补救措施。
(3)研究尖峰顶隧道、火郎峪隧道的超前地质预报工程实践,对超前地质预报实践结果进行分析。利用高密度电法和地震映像法相结合的探测方法,在探测尖峰顶隧道的岩层松散区过程中取得了良好的效果；通过地质雷达探测法的实践,在探测火郎峪隧道掌子面前方的断层或片理构造面过程中取得了较好的效果。不同的探测方法适用于不同的地质情况,工程实践中要针对性的采用合适的方法去解决超前地质预报问题。