軟巖偏壓隧道地表沉降規律研究

黃 躍，姜文濤，王 勇

（1.昆明市盤龍區建設工程質量安全監督站，云南 昆明 650041；2.云南省建筑科學研究院，云南 昆明 650223）

0 引 言

云南地區地質條件復雜，圍巖復雜多變，部分區域圍巖經過強擠壓變形，巖石強風化-全風化，巖石強破碎呈松散狀，多屬軟巖。軟巖地區的隧道施工技術一直是該領域的研究熱點，已有學者針對軟巖隧道進行了大量的研究，包括施工工藝、開挖方法、支護理念、施工監測等［1-8］。針對軟巖隧道的監控量測，前人的研究主要集中在洞內支護變形，而隧道洞口地表沉降規律的研究相對空白。研究區地表紅土覆蓋層較厚，通常可達 5～25 m，常因地質、氣象原因發生滑坡，而隧道的施工也是造成滑坡的一大因素，所以對隧道地表的沉降規律研究至關重要。

本文基于在建的云南某軟巖隧道，通過對地表沉降實測數據的統計分析，深入探討了軟巖隧道地表沉降規律。

1 研究背景

1.1 工程地質條件

本次研究基于對云南某軟巖隧道地表沉降數據的統計分析。該隧道為雙線分離式隧道，左右線凈距 50 m，左側偏壓。該隧道進口山體坡度約 20°，地表紅土覆蓋層厚約 7 m，根據實際地質情況，隧道入口屬淺埋偏壓段。隧道圍巖為 V2 級，圍巖為強-全風化灰巖，圍巖破碎程度高，呈松散狀，巖石無自穩能力，遇水軟化，呈塑性土狀，極易變形垮塌。

圖1 隧道施工工序圖

1.2 隧道施工工藝

該隧道為環形開挖，并預留核心土，通過預留的核心土對掌子面起一個加固作用，使掌子面穩定，減小變形垮塌的概率。掌子面施工超前導管，短進尺開挖，及時架設鋼拱架并施工縮腳錨桿，噴射混凝土并封閉掌子面。待圍巖應力釋放，支護達到穩定后，及時進行二次襯砌。該隧道施工工序如圖1所示，圖中虛線代表未施工工序。

2 監測方案

根據實際地形條件及規范要求，在周邊圍巖穩定處埋設 2 個基準點，保證不受施工等外界干擾，以隧道開挖中線為中心，在地表共布設 2 個監控斷面，單個監控斷面以隧道中線為中心，單排共埋設 9 個點位，觀測點間隔為 2 m（見圖2），點位按規范用混凝土澆筑，保證其穩定。第一監控斷面距洞口約 30 m，第二監控斷面距洞口約 60 m。數據采集使用徠卡 LS 10 型水準儀，測量精度符合要求，測量方法嚴格按照相關規范執行。

圖2 地表沉降監測點布置示意圖

3 監測結果分析

隧道左線第一排監控斷面點位編號從左到右順序編號左 1-1～1-9，第二排監控斷面點位編號從左至右順序編號為左 2-1～2-9。同樣的，右線第一排監控斷面點位編號從左至右順序編號右 1-1～1-9，第二排監控斷面點位編號從左至右順序編號為右 2-1～2-9。

該隧道左右線錯尺施工，左線地表穩定后再施工右線，左線開始施工后開始進行左線地表沉降觀測。右線施工后，同時對左右線的地表進行沉降觀測，待左右線地表均穩定并滿足規范要求后，結束觀測。圖3～圖6 為該隧道左右線共四排監控斷面的統計，橫坐標表示隧道開挖進尺，縱坐標表示單個沉降觀測點的累計沉降值。

從圖3 中可以看到，掌子面進尺 0～10 m 時，隨著掌子面的掘進，地表開始出現沉降，在掌子面進尺至 20～30 m 段時，監測點的沉降速度變快，迅速達到一個較大值，掌子面穿過監控斷面后，沉降觀測點的沉降速度趨于平緩，并逐漸趨于穩定。

圖3 隧道左線第一監測斷面沉降分布曲線

圖4 隧道左線第二監測斷面沉降分布曲線

圖5 隧道右線第一監測斷面沉降分布曲線

圖6 隧道右線第二監測斷面沉降規分布曲線

通過圖4 可知，隨著隧道開挖，因第二監控斷面距離隧道洞口較遠，受初始施工的影響較小，雖然地表開始沉降，但在 0～20 m 段沉降速率很小，待掌子面掘進到 30 m 處時，沉降速率加快，并一直持續到掌子面進尺 60 m 處，隨后沉降速率變小，掌子面開挖至 70 m 處時，沉降達到最大值，地表基本穩定。

在左線隧道掌子面開挖至 70 m 處且地表基本穩定，隨后開始右線隧道施工。

綜合分析圖3 和圖5，在可以看出，右線的施工仍然會對左線隧道地表造成擾動，使左線監測點的累計沉降值緩慢增加。對比來看，在掌子面開挖 0～30 m 段時，右線地表沉降速率較左線快，綜合現場地形地質特征，解釋為右線隧道埋深淺，地表更容易受施工影響。同樣的，右線掌子面掘進至 40～60 m 段時，地表沉降速率變慢，掌子面掘進至 60 m 以后，地表沉降已基本穩定。

綜合分析圖4 和圖6，右線的開挖，仍然會對左線第二監控斷面產生影響，但影響已經很小，可忽略不計，可認為左線第二監控斷面穩定。右線掌子面掘進至 40～60 m 段時，第二監控斷面監測點沉降速率變大，掌子面開挖至 70 m 以后，地表趨于穩定。

各沉降監控斷面沉降特征如表1所示，同時綜合各沉降點的沉降數據綜合分析，可以總結出以下地表沉降規律。

表1 監控斷面沉降特征

1）隧道洞口整體呈左高右低的緩坡，而左線隧道地表沉降較右線小，第二排監控斷面累計沉降值較第一排小，解釋為地表沉降值與隧道埋深有關，埋深越深，地表沉降受施工影響越小。

2）同一排沉降監控點，離隧道中線越近，累計沉降值越大，越接近掌子面，受開挖影響越大。

3）可將該隧道地表沉降按照沉降速率劃分為 4 個階段，即開始沉降階段、加速沉降階段、緩慢沉降階段、穩定階段。在加速沉降階段結束后，監控點的沉降量可達到最終沉降量的 75 %，在掌子面穿過監控斷面10～20 m 后，圍巖應力充分釋放，地表沉降趨于穩定。

4 結 語

通過對該軟巖偏壓隧道的地表沉降數據統計分析，根據各監控點的沉降特征，可把地表沉降分為開始沉降階段、加速沉降階段、緩慢沉降階段、穩定階段。隧道掌子面開始施工，地表開始變形，進入開始沉降階段，該階段沉降速率一般較小，累計值一般為 10～30 mm。當隧道施工至監測斷面前±10 m 范圍時，地表進入加速沉降階段，該階段的沉降量可達到總沉降值的 75 %；通過新奧法施工，圍巖應力得以釋放，待應力釋放完以后，地表變形轉變為緩慢沉降階段，掌子面掘進超過監控斷面 10～20 m 后，地表趨于穩定，該階段結束；之后隨著掌子面繼續掘進，地表沉降速率逐步減小，最終≤0.1 mm/d。左線隧道地表變形進入穩定階段后，右線隧道的施工仍會對左幅地表產生影響，施工時應考慮并評估可能造成的安全風險。