大斷面軟巖隧道施工變形監(jiān)測(cè)與分析

牛帥斌

(山西路橋第六工程有限公司(辰潤(rùn)交通科技有限公司)，山西 晉中 030600)

0 引言

大斷面公路隧道穿越軟弱破碎的圍巖地段，由于圍巖自穩(wěn)能力差，變形量大，容易產(chǎn)生變形失穩(wěn)導(dǎo)致安全事故。大斷面隧道開挖斷面大，通常呈扁平狀，更容易產(chǎn)生較大的變形。因此，在隧道開挖之前必須進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘測(cè)，并在施工過程中進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè)，對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，有效控制軟巖變形，避免發(fā)生安全事故。在施工過程中，開展監(jiān)控量測(cè)掌握圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)施工管理，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行修正，保證隧道結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。結(jié)合大斷面軟巖隧道施工案例，制定施工方案，并開展監(jiān)控量測(cè)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理性。

1 工程概況

某高速公路隧道為大斷面軟巖隧道，單洞設(shè)計(jì)采用三車道。隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度519 m，隧道圍巖主要為Ⅴ級(jí)圍巖，局部為Ⅳ級(jí)圍巖。隧道洞口位于山坡坡腳位置，坡面與洞口基本垂直，沒有出現(xiàn)偏壓現(xiàn)象。洞口段埋深為25 m，屬于淺埋段，開挖進(jìn)洞前采用超前支護(hù)。隧道圍巖為全風(fēng)化頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖，裂隙紋理發(fā)育，自穩(wěn)能力差。隧道所處區(qū)域年降雨量較小，降雨主要集中在夏季，隧道圍巖內(nèi)的含水量較少，主要為裂隙水，且水量較少。隧道左右洞相距27 m，地形地貌、地質(zhì)條件差異不大。

2 大斷面軟巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

為了保證隧道安全施工，在施工前對(duì)邊仰坡進(jìn)行防護(hù)，在洞口段進(jìn)行超前長(zhǎng)管棚施工，為進(jìn)洞做好準(zhǔn)備。隧道洞口段屬于淺埋段，為了保證圍巖穩(wěn)定，采用30 m超前長(zhǎng)管棚進(jìn)行支護(hù)，管棚采用φ108鋼花管，壁厚6 mm，環(huán)向間距為50 cm，傾角為1°，采用水泥—水玻璃雙液注漿。隧道圍巖破碎，穩(wěn)定性差，設(shè)計(jì)采用鋼拱架+錨桿鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)。

Ⅴ級(jí)圍巖段初期支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：鋼拱架選用Ⅰ20工字鋼，布置間距為75 cm。雙層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片采用φ8盤條加工，網(wǎng)格尺寸200 mm×200 mm。錨桿選用φ25中空注漿錨桿，長(zhǎng)度為350 cm，縱環(huán)間距80 cm×100 cm。超前支護(hù)采用超前小導(dǎo)管，選用φ42無縫鋼管，長(zhǎng)度450 cm，環(huán)向間距40 cm。噴射混凝土選用C25噴射混凝土，設(shè)計(jì)厚度26 cm。

Ⅳ圍巖段初期支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：鋼拱架選用Ⅰ18工字鋼，布置間距為80 cm。單層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片、錨桿、超前小導(dǎo)管選材和支護(hù)參數(shù)同Ⅴ級(jí)圍巖段。噴射混凝土選用C25噴射混凝土，設(shè)計(jì)厚度24 cm。

為了檢驗(yàn)隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)是否滿足要求，施工過程中開展監(jiān)控量測(cè)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)施工管理，對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行修正設(shè)計(jì)，保證隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)控量測(cè)分析

3.1 量測(cè)內(nèi)容

為了準(zhǔn)確掌握隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，在施工過程中布置測(cè)點(diǎn)開展監(jiān)控量測(cè)工作，根據(jù)變形情況對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行修正。結(jié)合隧道變形和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)條件，本項(xiàng)目施工中只對(duì)必測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行量測(cè)，包括洞內(nèi)外觀察、周邊位移、拱頂下沉和洞口地表沉降觀測(cè)。施工過程中按照要求布置測(cè)點(diǎn)，并按照相應(yīng)的監(jiān)測(cè)頻率開展監(jiān)控量測(cè)工作。施工過程中如發(fā)現(xiàn)圍巖或支護(hù)結(jié)構(gòu)變形速度加快，應(yīng)適當(dāng)增加量測(cè)次數(shù)。

3.2 監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析

3.2.1拱頂下沉量測(cè)結(jié)果分析

本項(xiàng)目隧道開挖主要采用三臺(tái)階法施工，按照規(guī)范要求分別在拱頂布置3個(gè)拱頂下沉量測(cè)點(diǎn)，采用精密水準(zhǔn)儀和銦鋼尺配合開展隧道拱頂下沉工作，選取有代表性的量測(cè)斷面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，3個(gè)測(cè)點(diǎn)量測(cè)數(shù)據(jù)變化曲線如圖1所示，變化速率變化曲線如圖2所示。

分析圖1所示曲線，在監(jiān)控量測(cè)前期拱頂下沉變化速度較快，沉降量較大，占總沉降量的70%左右。在監(jiān)測(cè)15 d后拱頂下沉變形速度下降，20 d后變形量明顯下降，雖然還有少量沉降，但總體已趨于穩(wěn)定。測(cè)點(diǎn)3的變形量最大，但最終沉降量不超過20 mm，沒有產(chǎn)生侵入隧道凈空的情況。另外，分析變形曲線，沒有出現(xiàn)較大突變等異常現(xiàn)象，拱頂下沉變形情況平穩(wěn)，這也說明隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求，可有效控制圍巖變形。

分析圖2曲線變化情況可知，在拱頂下沉監(jiān)測(cè)初期隧道變形速率超過1 mm/d，說明圍巖變形速度快，進(jìn)一步發(fā)展容易出現(xiàn)變形失穩(wěn)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。15 d以后隧道監(jiān)控量測(cè)變形速率明顯下降，日平均變形速率在0.2 mm/d～1 mm/d，說明變形速率明顯下降，并逐步趨于平穩(wěn)。20 d以后拱頂下沉變形速率明顯下降，并逐步趨于穩(wěn)定，最后7 d變形速率低于0.1 mm/d，說明隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)已基本穩(wěn)定。

3.2.2周邊位移量測(cè)結(jié)果分析

隧道開挖采用三臺(tái)階法施工，本項(xiàng)目周邊位移監(jiān)測(cè)布置兩條測(cè)線，其中上臺(tái)階開挖完成后布設(shè)第一條測(cè)線，下臺(tái)階開挖后布置第二條測(cè)線。由于第二條測(cè)線布置時(shí)間較第一條測(cè)線遲，量測(cè)數(shù)據(jù)較少。監(jiān)測(cè)斷面周邊位移變化曲線如圖3所示，變化速率變化曲線如圖4所示。

分析圖3監(jiān)測(cè)斷面周邊位移曲線變化情況，曲線變化趨勢(shì)正常，沒有出現(xiàn)變形異常的現(xiàn)象。其中測(cè)線一在監(jiān)測(cè)前13 d周邊位移變形量較大，約占總變形量的70%，其中在13 d后周邊位移變形出現(xiàn)小幅度波動(dòng)，這是由于下臺(tái)階開挖擾動(dòng)造成的。后期變形逐步平穩(wěn)，慢慢趨于穩(wěn)定。測(cè)線二的周邊位移變形明顯小于測(cè)線一，與測(cè)線一類似，變形情況也是前期變形量較大，后期逐步趨于平穩(wěn)。

分析圖4監(jiān)測(cè)斷面周邊位移變化速率前，測(cè)線一在監(jiān)測(cè)前14 d圍巖日平均位移速率超過1 mm/d，說明該階段圍巖變形劇烈，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。14 d后變形速率迅速下降，日平均位移速率在0.2 mm/d～1 mm/d；20 d以后基本趨于穩(wěn)定，日平均位移速率低于0.2 mm/d，說明上臺(tái)階圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定。測(cè)線二由于開挖支護(hù)時(shí)間滯后，監(jiān)測(cè)時(shí)間較短，從現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，前期變化速率較大，而后期變形速率較高，變形基本趨于穩(wěn)定，說明下臺(tái)階周邊位移變形基本趨于穩(wěn)定。綜上所述，隧道監(jiān)測(cè)斷面周邊位移沒有出現(xiàn)較大突變，且最終變形趨于穩(wěn)定，說明支護(hù)結(jié)構(gòu)可以保證隧道安全穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

大斷面軟巖隧道圍巖變形大、穩(wěn)定性差，必須做好支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工。通過分析大斷面軟巖隧道施工案例的施工方案，制定量測(cè)方案，對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出以下結(jié)論：1)隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：在監(jiān)測(cè)前期拱頂下沉變形量較大，變形速率較快，而后期變化逐步趨于平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)較大突變等異常現(xiàn)象，說明圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)變形已趨于穩(wěn)定，支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理；2)隧道周邊位移監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：監(jiān)測(cè)斷面周邊位移變化曲線也呈現(xiàn)前期位移變化大，變化速率快，但出現(xiàn)了小幅度波動(dòng)，這是由于下臺(tái)階開挖擾動(dòng)造成的，兩條測(cè)線變形最終均趨于平穩(wěn)，說明支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求，可以保證隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。