粉細沙地層隧道現場監測及分析

趙克明 嚴 冰

(1.西安建筑科技大學土木工程學院 陜西 西安 710055)(2.中國電建西北勘測設計研究院有限公司 陜西 西安 710055)

粉細沙地層隧道現場監測及分析

趙克明 嚴 冰

(1.西安建筑科技大學土木工程學院 陜西 西安 710055)(2.中國電建西北勘測設計研究院有限公司 陜西 西安 710055)

結合桃樹坪隧道工程，通過對粉細砂地層隧道施工中圍巖壓力的分析，研究粉細砂地層隧道施工時圍巖的變化特點。研究的方法、分析和結論可為類似條件下隧道工程的設計、施工、和監測提供參考和借鑒。

粉細砂地層；監測；圍巖壓力

一、工程概況

桃樹坪隧道位于蘭州東站站端，隧道起訖里程DK3+435～DK6+655，全長3220m，設計為雙線隧道。穿行于黃河高階段地下部，地勢上隧道進口低，洞身出口高，地勢起伏大，相對高差達200m以上，隧道最小埋深約12m，地表上溝谷發育，下切相對較深。除進出口及溝谷地段地表分布有圓礫土外，其余地段地表大都覆蓋黃土，山上植被較稀疏[1,2]。

圍巖主要為第三系富水粉細砂巖，含水量大，應為Ⅵ級軟巖。圍巖自穩困難，流動性大，沉降、變形量大，易坍塌，施工難度大[3]。

二、監控量測數據分析

對現場所測得的數據進行整理分析之后，DK5+339斷面各個測點位置的圍巖壓力隨時間變化如圖1所示。

圖1 圍巖壓力圖

根據左、右線最大跨度處部位的監測數據可知：從開挖到第50天，左最大跨度處圍巖壓力呈一次函數緩慢增加，接著圍巖壓力出現突變，這是由于左最大跨度處測點被損壞，故補裝壓力盒，重新繼續監測。右最大跨度處圍巖壓力持續增加，說明圍巖與初期支護所形成的結構體系還沒達到穩定狀態，后續施工對其產生的影響較大。后續的開挖使一部分應力得到釋放，導致作用在初期支護上的壓力得以減小。最后圍巖壓力持續小速率緩慢增加，變化值不是很大，圍巖壓力呈現出收斂的趨勢。

根據左、右線拱腰部位的監測數據可知，左拱腰處圍巖壓力自布設以來到監測日期的第3天出現負值應力，推測認為，這是由于初支鋼拱架與圍巖出現脫空的現象，從而造成應力小于初始的應力的情況。圍巖壓力以平穩的速率持續增加，達到了目前監測的最大值86.85Kpa。右拱腰處圍巖壓力自布設以來到監測日期的第55天出現負值應力，這是由于初支鋼拱架與圍巖出現脫空的現象，鋼架懸空，從而造成應力小于初始的應力的情況。監測的圍巖壓力最大值為4.08Kpa。

根據拱頂處監測數據可知：初期出現應力負值，應該是拱架與初噴砼脫空，后期應力迅速增大的原因，一個是開挖后的地應力釋放，另一個是施工中排水造成的有效應力的增加。同時建議，做好施工中的防排水，加強施工監測。目前監測的最大值為138.87Kpa。

總體來說，在監測四個月之后，測點的圍巖壓力基本都呈現了收斂的趨勢，逐漸趨于穩定的狀態。

三、結論

隧道開挖對圍巖擾動較大，因此圍巖壓力隨著施工有著一定程度的波動，但受到開挖干擾影響的大小各不相同。開挖面距離觀測斷面越近，觀測斷面受到的影響就越大。隨著掌子面的前移和時間的推移，圍巖壓力變化速率變緩，基本處于穩定狀態。

[1]羅平.含水弱膠結砂巖隧道地層特性及施工技術研究[D].北京：北京交通大學，2011.

[2]賈軍委，李亞子，等.富水粉細沙層隧道施工應力監測與分析[J].低溫建筑技術，2013，(12):126-128.

[3]劉泉聲，等.基于現場監控量測的龍潭隧道施工期圍巖穩定性研究[J].巖石力學與工程學報，2007，(10).

趙克明(1991-)，男，主要從事隧道與地下工程方面的研究工作。