蘇亭隧道淺埋段施工與監測分析

付智源

（山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600）

0 引言

隧道淺埋段施工對圍巖擾動較大，如果開挖或支護方法選擇不當，很容易產生塌方冒頂事故，造成人員和財產損失[1]。本文結合國道207蘇亭隧道淺埋段施工案例，根據工程地質情況制定施工方案，并在施工過程中布置測點對邊坡、隧道圍巖變形情況進行監測，分析確定淺埋段隧道結構的穩定性，進而確定設計與施工方案的可行性。

1 蘇亭隧道工程簡介

蘇亭隧道位于山西省左權縣蘇亭村，屬于國道207山西段公路工程，設計長度384 m，采用一級公路設計，設計速度為60 km/h，設計寬度9.75 m，設計高度5.0 m。隧道所處區域降雨量較少，沿線未發現不良地質現象，山體坡度約50°～80°，基巖裸露面積較大。隧道最大埋深129.10 m，最小埋深為5.21 m，淺埋段位于隧道進出口段。隧址區地層主要由殘積土、中、強風化石英砂巖組成，其中淺埋段主要為殘積土和強風化石英砂巖，圍巖較破碎，裂隙發育，完整性較差。經調查，隧道淺埋段LK11+616—LK11+640、LK11+968—LK12+000、K11+605—K11+632、K11+985—K12+005圍巖級別為V級，開挖后容易產生塌方，自穩能力較差。

2 隧道淺埋段施工方案

2.1 隧道進、出口淺埋段穩定性評價

隧道左右線進口均為第四系覆蓋層、震旦系串嶺溝組強風化砂巖，圍巖穩定性較差，長時間裸露會產生掉塊或塌方現象。圍巖等級均為V級，圍巖較破碎，自穩能力差，開挖后洞內有點滴狀或雨淋狀出水，現場調查發現18條裂隙，經分析不會引起邊坡滑動。

2.2 施工方案

結合隧道淺埋段圍巖情況，在保證圍巖和支護結構穩定性的前提下，制定淺埋段開挖和支護方案。超前支護采用30 m長管棚，鉆孔后預埋108 mm導向管，管棚采用89 mm鋼花管，預加工注漿孔，管棚布置環向間距40 cm。管棚安裝后進行注漿，漿液采用水泥-水玻璃雙液注漿，漿液固結后形成0.8～1 m的保護圈。洞口淺埋段開挖采用留核心土的弧形導坑法方式[2]，初期支護采用鋼支撐+錨桿+鋼筋網+噴射混凝土聯合支護。開挖后及時施作初期支護，盡可能降低圍巖裸露時間，防止產生掉塊塌方事故。隧道開挖采用預裂爆破，施工過程中控制裝藥量，嚴格控制超挖，并盡量采用機械開挖。布置測點，嚴格按照《公路隧道施工技術規范》（JTGT 3660—2020）要求開展監控量測，收集整理數據分析圍巖、支護結構、原地面的穩定性和安全性，做好動態施工管理。

3 隧道淺埋段監測方案

隧道淺埋段開挖施工前布置測點，分別在淺埋段施工和明洞回填施工過程中對地表下沉、拱頂下沉、周邊位移和邊坡變形情況進行監測，本文主要對地表下沉和邊坡變形監測方案和監測結果進行重點分析。

3.1 地表下沉監測方案

在隧道淺埋段開挖前布置地表下沉測點，測點應與拱頂下沉和周邊位移測點位于同一監測斷面。各斷面地表下沉測點橫向間距為2～5 m，其中隧道中部較密，兩側間距較大，縱向間距根據《公路隧道施工技術規范》（JTGT 3660—2020），量測范圍應超出隧道施工范圍[3]。地表沉降在隧道開挖前開始量測，待二次襯砌施工完成，沉降變形趨于穩定后停止，測點布置如圖1所示。

圖1 隧道淺埋段地表下沉測點布置圖（單位：cm）

3.2 隧道邊坡監測方案

為了確定隧道進口邊坡的沉降變形情況，保證邊坡的安全穩定性，在隧道施工過程中布置測點進行邊坡變形監測。通過監測，分析邊坡的變形趨勢，進行預測預報，保證施工安全。如發現邊坡存在滑塌風險時，可及時制定措施進行防護，最大限度地降低危害。隧道邊坡變形監測測點采用沖擊鉆鉆孔埋設，布置間距為5～10 m，測點布置如圖2所示。如果邊坡上有明顯的裂縫，應在裂縫寬度最大處和末端分別布置測點。平面和高程基準點應埋設在穩固的位置，確保基準點可以長期使用[4]。當邊坡豎向位移變形速率超過3 mm/d時，應立即停工查明原因后制定方案進行加固處理。

圖2 邊坡變形監測點布置示意圖

4 隧道淺埋段監測結果分析

4.1 地表下沉監測結果分析

4.1.1 地表淺埋段施工期間

在隧道進出口地表分別布置測點并開展監測，選取有代表性的4個監測斷面的監測數據進行分析，繪制沉降量-時間變化曲線如圖3所示。

圖3 隧道淺埋段地表下沉沉降量-時間變化曲線

分析各監測斷面地表下沉變化曲線，地表下沉呈現開挖支護施工早期變形速率較大，個別斷面甚至出現了突變現象，初支仰拱施工完成封閉成環后變形逐步減小，并逐步趨于穩定。分析原因是由于隧道圍巖開挖后破壞了原有的天然平衡，圍巖應力釋放，導致產生了較大變形，而初期支護結構封閉成環后有效控制了圍巖變形，使地表下沉逐步趨于穩定。

4.1.2 明洞回填階段地表沉降

在隧道明洞回填階段，對地表下沉開展監測，選取隧道進出口4個測點部分監測數據作為研究對象，繪制沉降量-時間變化曲線如圖4所示。

圖4 明洞回填階段地表下沉沉降量-時間變化曲線

分析圖4地表沉降變化曲線，回填前期變化速率相對較快，后期逐步趨于平緩，且總體變形量不大，曲線總體變化較穩定，沒有出現突變現象。分析原因是由于隧道已完工，隧道進出口淺埋段變形基本穩定，雖然受明洞回填施工擾動產生了一定的沉降變形，但總體變形量不大，說明隧道結構處于穩定狀態。

4.2 邊坡變形監測結果分析

4.2.1 邊坡淺埋段施工期間

隧道淺埋段施工前先進行邊坡開挖與防護，坡面防護采用錨桿鋼筋網噴射混凝土。淺埋段開挖前，在邊坡上部布置測點，并采集初始值。在淺埋段開挖施工過程中，選取隧道進口4個測點部分監測數據作為研究對象，繪制各測點累積沉降量-時間變化曲線如圖5所示。

圖5 隧道邊坡累積沉降量-時間變化曲線

分析圖5所示隧道邊坡累積沉降量變化曲線，在隧道開挖前期變形速率較大，并出現了突變現象，后期逐步趨于穩定。分析原因是由于施工初期受開挖、支護等施工擾動較大，隧道淺埋段圍巖變形也較大造成的。后期隧道初期支護結構施工完成，圍巖變形得到了有效控制，邊坡變形也逐步趨于穩定，累積沉降量穩定在30 mm左右。此外，監測過程中未發現邊坡出現裂縫、沉陷等，這也說明隧道邊坡穩定性良好，邊坡防護結構有效加固了坡體。

4.2.2 明洞回填階段邊坡變形

在明洞回填階段，對隧道邊坡變形情況進行監測，選取位于洞口等不利位置的4個測點部分監測數據作為研究對象，繪制累積沉降量-時間變化曲線如圖6所示。

圖6 明洞回填階段邊坡累積沉降量-時間變化曲線

分析圖6所示邊坡累積沉降量變化曲線，在回填階段邊坡各測點變形穩定，累積變形量較小，監測后期沉降變形基本穩定，說明邊坡處于穩定狀態。

另外，在隧道淺埋段施工期間，拱頂下沉和周邊位移監測也呈現前期大、后期變形下降并逐步趨緩的變化趨勢，隧道圍巖和支護結構也達到了穩定的狀態。在明洞回填階段，隧道拱頂出現了較小的豎向變形，周邊位移變形量也較小，隧道支護結構穩定。總之，通過監測分析，隧道圍巖和支護結構均處于穩定狀態，說明隧道淺埋段支護參數設計合理，可以保證結構穩定和施工安全。

5 結語

蘇亭隧道施工過程中，為驗證隧道邊坡和淺埋段支護施工方案的可行性，布置測點對圍巖和邊坡的變形情況進行監測，分析監測結果得出以下結論：

a）在隧道淺埋段施工初期，地表下沉和邊坡沉降量均較大，后期逐步趨于平緩，達到了穩定狀態。

b）在隧道明洞回填階段，地表下沉和邊坡累積沉降變形量均較小，說明淺埋段和邊坡支護結構可有效控制變形，起到了明顯的加固作用，隧道淺埋段和邊坡處于穩定狀態。

c）結合隧道淺埋段施工和明洞回填階段隧道拱頂下沉和周邊位移監測結果，均呈現開挖后沉降量較大，后期逐步趨于平緩的趨勢，說明隧道支護參數可有效控制圍巖變形，達到了預期的加固效果，隧道淺埋段施工方案可行。