連拱隧道施工監測與圍巖穩定性的探究

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【摘 要】 近年來，隨著我國交通事業的發展，陸地交通基礎設施的建設得到了越來越多人的關注，其中，很多地方都修建了公路隧道，在公路隧道的修建過程中，不可避免的遇到了許多問題。本文主要對公路的連拱隧道的施工過程中遇到的圍巖問題進行探討，以期能對連拱隧道的施工、圍巖監測提供有益的參考意見。

【關鍵詞】 連拱隧道 隧道施工 圍巖 圍巖穩定性

近年來，我國連拱隧道的建設呈現蒸蒸日上的發展趨勢。主要原因有以下三點。一是地形原因。由于我國地域遼闊，地形千變萬化，高原、丘陵、盆地、平原、山區等，所以要結合當地的實際情況，進行連拱隧道施工，完善公路線形。例如云南省絕大部分的高速公路，都是連拱隧道。二是為了節約空間資源，現在土地資源越來越緊張，可供使用的越來越少，所以通過連拱隧道的方式節約空間資源。例如在大城市里地下隧道的建設。三是隨著連拱隧道的施工水平的逐漸提高，其工程投資也慢慢降低，節省了人力和財力，所以在國內外，采用連拱形式進行隧道建設的工程正在增多。

然而，事物都有兩面性。連拱隧道雖然在改善公路線型、節省占地、節省工程投資有著重要意義，但是，其結構比較復雜，施工的工序相對于暗挖隧道而言，工序更加繁瑣，施工期間圍巖的穩定性是關系到隧道安全和人民生命的關鍵性問題。特別是圍巖的穩定性問題，值得我們提高注意力。

1 連拱隧道與圍巖

連拱隧道，我們可以生動形象的理解為“m”隧道，它是針對獨立隧道而言，具有往返雙邊車道。而圍巖是指在隧道周圍一定的范圍內，對隧道洞身的穩定性有影響的巖體或土體。其中，在工程地質學中，把重分布應力影響范圍內的巖體稱為圍巖，絕大部分為6r，r即洞室的半徑。

在以往的連拱隧道的設計、施工過程中，由于經驗不足，對圍巖與連拱隧道的受力結構難以把握，沒有考慮到軟弱巖體流變的特性，使得連拱隧道的使用期間，圍巖、結構仍然不斷的變形，幾十年以后，連拱隧道出現結構被“侵限”、破裂，甚至失去穩定性等情況，大大影響了使用安全，對人民的生命和財產造成了嚴重的威脅。

2 連拱隧道施工監測

多年以來，國際上一直在進行隧道施工監測，由于隧道工程的受力特征以及復雜性，他們主要通過對地下工程的量測，來實現對圍巖和支護的穩定性的監測，并把監測結果應用于設計的修正和施工的指導。其中，在新奧法支護結構的設計方面，很多專家都尋求過數值解。但這個目的往往很難實現，因為巖石的生成條件和地質作用都非常的復雜，巖石本身的結構也是千變萬化、難以捉摸的；除此之外，在對隧道的建設過程中，隧道如何開挖，采取了什么支護類型、支護參數，以及其支護時機是否恰當等等問題，都會對隧道圍巖的穩定性產生影響，所以想通過尋求正確反映巖體的物理力學模型來解答問題是非常困難的。

目前，新奧法的設計工作是應用工程類比法與數理初步分析法進行，通過隧道建設的過程對圍巖的量測所得的信息，然后分析、綜合判斷所得的數據，從而提高對圍巖穩定性的監測的技術，完善連拱隧道設計，再采取合理的、科學的施工對策，保證連拱隧道的安全建設。新奧法監測工作不僅在施工之前要開展，它也貫穿著整個施工過程，一方面對圍巖的穩定性進行監測，另一方面還對支護結構的合理性問題進行檢驗。所以說，監測工作是監視設計是否合理、建設是否正確的重要保障。

對連拱隧道的施工進行監測，有助于了解圍巖的動態、掌握支護結構工作狀態，；通過檢測結果的分析和總結，對設計進行修改，對隧道建設的施工過程進行指導，并預測未來的險情和事故，防患于未然；同時還可以積累大量的指導資料，為以后的隧道建設提供參考，作為以后設計、施工的類比依據；為確保隧道的安全提供可靠的信息，為二次襯砌提供合理的支護時機；還可以把它作為原始依據，方便進一步的理論研究。與此同時，位移速率也是判斷圍巖未定性的重要手段之一，（圖1）為隧道周邊的相對位移值需滿足要求：

3 圍巖穩定性探究

連拱隧道作為地下工程，所處的環境比較復雜，所以，在隧道建設的可行性以及設計、施工和使用年限過程的分析中，都要把圍巖的穩定性作為思考的重要一環。從力學的觀點上看，連拱隧道之所以失去了穩定性，是由于圍巖的應力水平達到甚至超過了巖體的強度范圍，以致形成了一個連續貫通的滑動面和塑性區，并漸漸產生較大的移位，最終導致全部失穩。

3.1 圍巖穩定性問題存在原因

圍巖穩定性又叫圍巖自撐能力，它是圍巖依靠自身的強度來保持平衡的能力。在工程巖體中，一方面，巖體的力學特征表現出非常復雜的非線性和時間效應兩個問題，即流變特性，這主要是由于巖體中普遍存在著斷層、裂隙、節理、軟弱夾層和蝕變帶等地質結構面而造成的。另一方面，對軟弱巖體而言，其本身就具有很大的流變性。因此，為了能針對這些問題采取有效的工程對策，我們應該根據圍巖巖體流動變形帶來的具有不同特征的變形現象和破壞現象進行研究，分析巖體變形的程度，以及巖體變形的原因、發展趨勢和最終狀態。

然而，我們需要注意的是，圍巖和支護襯砌結構的變形，都是蠕變形的，對軟弱圍巖或者節理裂隙發育的巖體，其蠕變性就更加顯著。因此，我們在實際的連拱隧道施工過程中，不僅要考慮圍巖的彈塑性，還要考慮圍巖變形的時效性，這樣才能做到科學合理的進行連拱隧道建設。

因此，對圍巖穩定性的探討，實際上就是對圍巖巖體介質的應力和變形進行分析和探討。圍巖失穩是一個相當復雜的、非線性科學問題，通常會伴隨著變形的非均勻性、非連續性和大移位等特點。

3.2 圍巖穩定性判別標準

由于連拱隧道開挖的跨度比較大，施工工序繁多，開挖與支護相互交錯，因此，圍巖的應力變化和襯砌荷載的轉換十分復雜，特別是連拱隧道中的中墻受力問題，存在著壓、扭、彎、拉、剪等等情況。另外，在連拱隧道的施工過程中，由于圍巖的應力分布、以及襯砌受力等變形狀況不明顯，很難辨析，所以左右洞施工時，對中墻的影響難以把握，使隧道施工變形和圍巖穩定控制的難度加大，稍有不慎，就會造成隧道塌方，直接威脅著施工人員的生命安全。

所以，圍巖穩定性的判別參考標準，是比較復雜的，因為影響圍巖穩定性的既有客觀原因，也有主觀原因。為了保證能夠與實際的標準比較符合，我們可以根據這三個判別標準進行綜合分析。第一，是根據實測位移或預計最終位移值判別；第二，根據位移變化速率判斷；第三，根據位移變形加速度判斷。首先，很據實測位移或預計最終位移值進行判斷。以某一個臨界值作為參考，在連拱隧道建設開挖的過程中，若發現量測的位移超過了參考值，或者根據已回歸函數預計最終位移，就表明在連拱隧道的建設過程中，圍巖的穩定性不高，需要加強支護。其次，根據位移變化速率判斷。在施工過程中，根據工程的特點和圍巖的相關條件，從而制定本工程的位移臨界變化速率的標準。最后，根據位移變形的加速度判斷。當圍巖趨于穩定時，那么位移的速率就會不斷下降，表明支護也是安全的；當變形速率保持了長時間的穩定，則應該及時對施工程序進行調整，并加強支護系統的強度和剛度；當變形速率慢慢增加時，則表示圍巖已經到了危險的地步，其狀態已經非常的不穩定，施工人員必須立即停工，對圍巖進行加固。

結束語

在很多特殊地形的情況下，修建連拱隧道是一種很有效的方法。但是不可否認的是，在連拱隧道施工監測中，圍巖的穩定性如何，直接影響了工程質量和人民的生命財產。因此，我們應該在實踐中，對連拱隧道施工的監測和圍巖穩定性進行更深入的探討和研究。

參考文獻

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