軟弱圍巖隧道初期支護監(jiān)控量測與圍巖穩(wěn)定性分析

王文利

摘 要：隨著鐵路隧道工程建設(shè)的不斷進步，為了確定三棱山隧道進行開挖后圍巖和初期支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，該文通過對隧道的現(xiàn)場監(jiān)控量測，選取3個監(jiān)測斷面，對隧道圍巖沉降收斂值、初噴混凝土和鋼拱架受力進行了監(jiān)控量測，對監(jiān)測結(jié)果進行了分析，確認(rèn)隧道圍巖應(yīng)力動態(tài)及發(fā)展趨勢、圍巖穩(wěn)定性、最終位移量以及初期支護的合理性，評價圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，對隧道的安全施工提供了重要的理論支持，確保隧道圍巖和初期支護的長期穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：三棱山隧道 初期支護 監(jiān)控量測 圍巖穩(wěn)定性

中圖分類號：U456 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0090-03

隧道監(jiān)控量測及信息反饋技術(shù)是新奧法修建隧道的主要內(nèi)容之一，由于隧道施工的環(huán)境越來越惡劣，工序越來越繁瑣，圍巖和襯砌將受到多次擾動，襯砌結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性也決定著工程安全和質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，于是對襯砌結(jié)構(gòu)進行了變形和受力監(jiān)控量測，對數(shù)據(jù)進行了數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析，得出襯砌結(jié)構(gòu)在施工中的動態(tài)變化，保證現(xiàn)場施工安全。

1 工程概況與監(jiān)控測點布置

1.1 工程概況

中國路橋承建京沈客專遼寧段TJ-1標(biāo)三棱山隧道位于遼寧省朝陽市、阜新市境內(nèi)，隧道全長8 888 m。隧道進口位于北票市馬友營鄉(xiāng)東臺子村，與101國道相鄰。隧道進口起始里程為DK493+415，設(shè)計為縱坡為4.8‰的單面下坡，共承擔(dān)2 930 m的施工任務(wù)。

1.2 測試項目與斷面選取

根據(jù)三棱山隧道實際地質(zhì)條件，圍巖穩(wěn)定性和初期支護受力特性測試項目包括：拱頂沉降、周邊收斂、噴混凝土應(yīng)力、鋼架應(yīng)力，選取斷面里程為DK494+540、DK494+550、DK494+560，共布置3個監(jiān)測斷面，測點布置圖見圖1。

2 監(jiān)測結(jié)果與分析

2.1 拱頂沉降和水平收斂

（1）拱頂沉降與水平收斂變形隨時間逐漸增大的趨勢基本一致，但拱頂沉降值較水平收斂值要大，斷面1沉降量最大，最大沉降值為15.7 mm，最小沉降值為9.5 mm，斷面3收斂量最大，最大收斂量為10.6 mm，最小收斂量為6.4 mm，拱頂沉降對隧道施工影響更大（圖2）。

（2）拱頂沉降在開挖后初期數(shù)值增長較快，變形速率較大，當(dāng)監(jiān)測10 d后，拱頂沉降增長速率逐漸減小，該斷面在監(jiān)測開挖18 d時，拱頂沉降速度小于規(guī)范值，拱頂沉降值處于穩(wěn)定狀態(tài)，最終拱頂沉降量占總沉降量的91%，說明在隧道進行支護后的圍巖變形得到了控制，使隧道處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 鋼架應(yīng)力

三棱山隧道各監(jiān)測斷面鋼架應(yīng)力變化規(guī)律如圖3～圖5所示。

（1）鋼架應(yīng)力受力初期增加速度較快且基本都呈現(xiàn)出受壓的特點，說明圍巖巖體自承能力相對較差，體現(xiàn)了鋼拱架在隧道圍巖支護中的作用，但壓應(yīng)力值都非常小，遠(yuǎn)小于鋼架的抗壓強度設(shè)計值，整條曲線最終都趨于平緩穩(wěn)定，說明開挖后圍巖逐步達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，初期支護結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

（2）通過數(shù)據(jù)分析，對于鋼支撐內(nèi)力呈現(xiàn)出拱腰大、拱腳小的狀態(tài)，根據(jù)圖3可反映，斷面隧道拱腰部位的鋼拱架應(yīng)力值較其他部位較大，說明拱腰的鋼支撐受力較大，其中接近拱部圍巖的鋼拱架最大應(yīng)力值達(dá)到了36 MPa，拱腳處鋼拱架應(yīng)力值為7.3 MPa，都遠(yuǎn)小于鋼架應(yīng)力值，說明了鋼架在圍巖支護上的作用得到了充分的體現(xiàn)。

2.3 初噴混凝土應(yīng)力

作用在初期支護上的圍巖壓力轉(zhuǎn)化為噴混凝土的應(yīng)力，測量數(shù)據(jù)處理后將3個斷面相同位置應(yīng)力值繪制到一個圖中，得到3個斷面處5個位置應(yīng)力與與時間關(guān)系曲線分別如圖6～圖10所示所示。

（1）大部分測點噴混凝土應(yīng)力隨時間發(fā)展成單調(diào)遞增現(xiàn)象，在初期開始增加速度較快，反映混凝土支護發(fā)揮了其支護作用，其中混凝土應(yīng)力變化曲線也受到隧道其他工序的擾動而發(fā)生不規(guī)律變化，但總體來看混凝土應(yīng)力變化量較小，說明隧道在初期支護的情況下圍巖較為穩(wěn)定。

（2）從數(shù)據(jù)分析可得邊墻所受壓應(yīng)力最大，最大值達(dá)到12 MPa，拱頂壓應(yīng)力值較小，但其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于混凝土襯砌的強度極限30 MPa，表明隧道支護結(jié)構(gòu)有效地控制了隧道的沉降。

3 結(jié)語

拱腰鋼拱架拱部受力較大，遠(yuǎn)大于邊墻，這一方面受開挖方法的影響，另一方面是由于圍巖破碎，在重力作用下使鋼拱架拱部應(yīng)力較大；監(jiān)測斷面拱頂沉降、周邊收斂量都較小，說明圍巖穩(wěn)定性較好，充分發(fā)揮了圍巖的自承能力，有效地控制了圍巖的變形，而使圍巖壓力不是很大。

參考文獻

[1] 姜明.近接隧道交叉段圍巖穩(wěn)定性分析研究[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2015.

[2] 陳凱江.隧道施工監(jiān)控量測及數(shù)據(jù)反分析技術(shù)研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2013.

[3] 吳夢軍.大跨扁平連拱隧道施工時空效應(yīng)與二次襯砌最佳支護時機研究[D].重慶大學(xué)，2011.

[4] 王坤.三車道大斷面高速公路隧道信息化施工[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010（6）：76-78.

[5] 孫立冬.禾洛山隧道監(jiān)控量測技術(shù)及襯砌安全性分析[D].西南交通大學(xué)，2007.