雙連拱隧道施工變形監測與控制技術研究

郭藝輝 劉曉龍 吳崗 王勇

摘要：隧道施工過程中的變形監測是保障施工安全的重要環節。本文以楊真隧道為例，介紹雙連拱隧道再施工過程中通過洞內外地質和支護工程、地表及周邊位移、拱頂等變形觀測，過程中進行變形分析，并指定變形控制措施，為雙連拱隧道的安全施工提供保障具有重要意義。

關鍵詞：雙洞拱隧道;變形監測;變形控制技術

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隨著山嶺地區公路建設的不斷發展和公路等級的不斷提高，公路隧道的建設規模和數量日益增多[1～2]。連拱隧道因在短隧道中避免洞口分幅，洞口占地面積較少：可保持路線線型流暢：城市中連拱隧道可以大大減少拆遷，降低工程造價，在城市道路中已有多處應用的實例[3～5]。但由于隧道結構復雜，施工工序多，且多處于城市中，周邊構筑物一般較多，埋深也較淺，增加了隧道施工過程中變形和穩定控制的難度[6～7]。所以在施工過程中通過現場監控量測并結合現場綜合地質信息，對圍巖穩定性做出判斷，并及時調整設計，對保障隧道施工和周邊環境的安全，具有現實意義和實際應用價值。

以楊真隧道為例，根據楊真隧道圍巖組成特點，選擇地質及支護狀態觀測.周邊位移量測.拱頂下沉量測.地表下沉量測等，同時開展圍巖內部位移.圍巖壓力.鋼支撐內力及外力.噴射混凝土軸向應力.復合式襯砌圍巖壓力及接觸壓力監測等。總結本工程出不良地層區段圍巖變形基本規律.揭示圍巖變形機理，選擇二次襯砌施作時機，提出楊真隧道穿越不良地質段圍巖最終穩定性判據，同時對現場應力測試數據進行分析，評判圍巖及支護體系的變形及受力狀況，反饋于施工過程及支護體系設計，為實際施工提供同步或超前信息。

1 工程概況

楊真隧道位于南平市延平區，北起內環路與馬坑路交叉口處，南至環城路（市拖拉機廠附近）彎道處，里程為K0+070-K0+270。隧道為雙洞連拱布置，明洞采用整體式襯砌，暗洞采用復合式襯砌，隧道長200m。隧道采用雙洞，單個洞寬度12.75m，隧道最大埋深45.6m。洞門型式為端墻式。

楊真隧道場址屬于丘陵地帶，區內海拔標高一般在80-200米之間，地形坡度在15-35。之間，植被發育，為人工雜木林和灌木及菜地。根據野外鉆探揭露巖土芯鑒別，結合現場原位標準貫人試驗與取樣進行室內試驗結果，隧址區地層主要有第四系人工填土層（04ml）;雜填土：二疊系翠屏山組（炭質）：粉砂層。隧道區地下水主要為雜填土中的孔隙潛水及風化巖中的孔隙裂隙水。

隧道開挖和施工順序見圖3，中導洞和左.右側導洞超前開挖，初期支護緊跟。結構設計為復合襯砌，以錨桿濕噴混凝土.鋼筋網等為初期支護，并輔以管棚.鋼支架.超前小導管等支護措施。由于該隧道開挖跨度大，施工工序轉換復雜，特別是受工期影響，中導洞和左.右側導洞一起掘進，圍巖不穩定性因素大大增加。為此，對隧道施工和周邊環境進行了全過程的變形現場監測，并及時反饋信息以指導施工。

2 監控量測方案與布置

1. 洞內外地質和支護狀況觀測

洞內主要觀察工作面狀態.圍巖變形.風化變質情況.節理裂隙.斷層分布和形態.地下水情況以及初期支護效果。觀察后及時繪制地質素描圖，填寫工作面狀態記錄表和圍巖類別判定卡。對已施工區段噴碎.錨桿.鋼架的狀況每天至少觀察一次：洞外觀察包括對洞口地表情況.地表沉陷.邊坡及仰坡的穩定以及地表水滲透等的觀察。

2. 地表沉降觀測

隧道洞頂地表沉降在隧道尚未開挖前就開始進行，借以獲得開挖過程中全位移曲線。地表沉降監測可采用普通水平儀，配合水平尺進行，測點和拱頂下沉量測布置在同一斷面上。地表下沉量測斷面布置詳見圖4。

③周邊位移.拱頂下沉觀測

周邊位移選用Jss30—10/15A型數顯式收斂儀及專用測點量測，拱頂下沉量測采用精密水準儀配合水準尺.鋼尺進行，兩者在同一量測斷面內進行，測線具體布置見圖5。

量測斷面布置間距及量測頻率一般情況按設計要求辦理，洞口段.斷層破碎帶或圍巖發生變化處，加密布置。測點在避免爆破破壞的前提下，盡可能靠近工作面布置，一般為0.5C2m，并在下次爆破循環前獲得初始數據。

3 量測數據處理與分析

通過對隧道拱頂下沉位移及水平收斂位移的分析，變形位移與圍巖類別.穩定時間有一定的對應關系，可以看出∶圍巖位移基本上是連續的，拱頂下沉量大于水平收斂位移量，圍巖位移沒有產生突變現象，圍巖類別越高，收斂位移越小。位移在前期隨時間增長而迅速加大，位移速率逐漸減低。當到達一定時間后，位移趨向穩定。

變形大體經歷了三個階段即∶增長和急劇增長階段，其持續時間大約為20C40c，此階段變形量約占趨向穩定時總變形量的80%左右：慢增長階段，持續時間大約20C30c：以后是開始趨向穩定階段。穩定時間基本按Ⅳ—Ⅲ—Ⅱ類圍巖的次序遞增，這是因為圍巖越穩定，位移穩定時間就越快。到緩慢增長變形階段，變形已釋放程度達90%以上，基本趨于穩定狀態。

4 變形控制措施

為避免施工過程中中導洞和側導洞發生較大的變形，初期支護結構出現裂縫甚至局部破壞，特別是在隧道出洞口段。通過現場監測資料的反饋信息，施工中采取了以下工程措施達到了控制大變形的效果∶

（1）針對出洞口段導洞開挖過程中變形比較大的情況，對洞周2C3m內圍巖用水泥_水玻璃雙液漿進行系統徑向注漿加固，并在大管棚基礎上，再用超前小導管加固工作面前方圍巖，以改善支護的受力條件，限制過大變形。

（2）嚴格控制每循環進尺和臺階長度，施工中盡量減少對圍巖的擾動，采用掘進機或人工開挖的方式進行。

（3）在鋼架拱腳處采用注漿錨管進行加固。

（4）開挖成形后及時進行初期支護，扣緊工序銜接，盡早施作仰拱，形成封閉環。封閉支護結構是改善結構受力.抑制隧道變形的有效途徑。

仰拱及時封閉是隧道施工安全的保證，監測資料表明∶在施工完成二次襯砌到仰拱封閉前，下沉量比較大，仰拱封閉后達到基本穩定。

（5）根據監測反饋信息，為了更好地保護洞頂建筑物，采取了地面加固和洞內加強的工程措施，對地表進行注漿加強，洞內拱頂設置超前小導管注漿預支護。

5 結束語

現場監控量測是判斷圍巖和隧道的穩定狀態.保證施工安全.指導施工生產.進行施工管理和提供設計信息的重要手段。

本文根據以往類似隧道施工經驗，結合設計文件，在施工過程中，按照《城市軌道交通設施運營監測技術規范第3部分∶隧道》（CB/T39559.3-2020）的要求進行監控量測，以量測資料為基礎及時修正支護參數，使支護參數與地層相適應并充分發揮圍巖的自承能力，圍巖與支護體系達到最佳受力狀態，并在施工中進行信息化動態管理，達到確保工程質量.施工安全和進度，合理控制投資的目的：同時根據掌握圍巖和支護的動態信息并及時反饋到施工作業，對圍巖和支護的變位.應力量測，及時提供準確數據和可靠預測，修改支護系統設計：對已開挖.支護段的力學狀態進行評價，在有險情時及時采取必要補救措施，可確保隧道安全.經濟.快速地施工。

參考文獻

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