下伏公路隧道施工對上覆引水隧洞穩定性的影響分析

胡衛軍 盧繼指 周祥 宋偉

作者簡介：胡衛軍（1989—），碩士，工程師，主要從事交通巖土工程勘察與設計、巖土專項施工管理工作。

為分析廣西某下伏高速公路隧道施工對上覆引水隧洞穩定性的影響，文章采用空心包體應力解除法對上覆引水隧洞在下伏公路隧道施工前后進行地應力測試，并對上覆引水隧洞圍巖松動圈范圍進行現場實測分析。結果表明，該隧址區圍巖應力以構造應力為主，在下伏公路隧道施工后，上覆引水隧洞圍巖的最大主應力下降3.08%；同時，引水隧洞左側墻測點處圍巖的最大位移由8.9 mm增加到9.2 mm，右側墻測點處圍巖的最大位移由4.9 mm增加到5.2 mm。故下伏隧道施工對上覆引水隧洞的影響較小，引水隧洞處于穩定狀態。

公路隧道；引水隧洞；地應力；空心包體應力解除法；圍巖松動圈

U456.3A511802

0?引言

公路隧道的布置常受地質條件和社會環境等因素限制，影響隧道穩定性的因素較多，主要包括隧道的埋深、支護結構形式和鄰近隧道的施工擾動等。大量工程實踐證明：隧道穩定性受鄰近隧道施工擾動影響較大，其中，下伏隧道施工對上覆隧道穩定性的影響一直是工程建設中的熱點問題［1］。研究表明，下伏隧道施工過程中，上覆隧道穩定性不僅與隧道的空間位置相關，也受到地應力影響［2］。隨著隧道埋深的增加，地應力對隧道的破壞也會更加顯著。在實際工程中，常采用對鄰近隧道進行地應力監測的手段來評價隧道施工對鄰近隧道的穩定性影響。另外，對鄰近隧道圍巖松動圈范圍進行監測，也是評價隧道施工對鄰近隧道穩定性影響的一種常規手段。因此，掌握下伏隧道施工前后上覆隧道地應力和圍巖松動圈范圍的變化，對于評價上覆隧道的穩定性具有重要意義。

本文以廣西某高速公路隧道工程為研究背景，通過對上覆引水隧洞在下伏公路隧道施工前后地應力和圍巖松動圈的范圍進行實測，分析下伏公路隧道施工對上覆引水隧洞穩定性的影響，為今后類似工程提供參考。

1?研究背景及研究區域概況

廣西某高速公路隧道區屬構造-剝蝕中低山地貌，山體連綿起伏，地形起伏較大，隧道長約4.5 km，最大埋深約為668 m，為典型的山區深埋特長高速公路隧道。在隧道埋深440 m處，上覆一條引水隧洞，引水隧洞斷面為直墻半圓拱型，底板距公路隧道頂板約66 m，其走向與公路隧道走向近似呈正交關系。根據地質勘察資料，公路隧道位于泥質砂巖層內，引水隧洞位于細砂巖巖層內，兩者的空間位置及地層巖性情況如圖1所示。

2?引水隧洞圍巖應力分析

2.1?測點布置方案

目前，地應力測試方法分為直接測試法與間接測試法，直接測試法有扁千斤頂法、水壓致裂法、套筒致裂法、聲發射法［3］等；間接測試法有應力和應變解除法等。結合本次地應力測試精度等相關要求，采用空心包體應力解除法［4-5］對引水隧洞在下伏公路隧道施工前后各進行了6次地應力測試。依據地應力測試測點布置原則［6］，測點布置在引水隧洞中，具體布置方案如圖2所示。其中Q、H分別表示在下伏公路隧道施工前、后的測點。

2.2?測試原理

空心包體應力解除法是地應力測試常用的間接測試法之一，具有在單孔中通過一次套芯得到三維應力狀態的優點。空心包體應變計是該測試方法中最重要的元

件，其結構如圖3所示。在鉆機將含有空心包體應變計的巖芯取出的過程中，布置在應變計中的應變片能準確地測出應力解除過程中由于巖芯彈性變形引起的應變，然后通過應變量反算出原始地應力的大小和方向，具體反算原理見文獻［7］。

2.3?測試結果分析

經現場測試，共得到12組應變解除曲線，限于文章篇幅，僅給出H5測點的應變解除曲線，如圖4所示。

將現場所取巖芯帶回實驗室進行圍巖率定試驗，求解出巖體的彈性模量及泊松比（具體求解原理見文獻［8］），后將實測應變值、巖體的彈性模量和泊松比代入該文獻原理公式中進行計算，求出各測點地應力測試結果（見表1）。

分析表1可知，各測點處第一和第三主應力方向為近水平方向，第二主應力方向為近垂直方向。在下伏公路隧道施工前，最大主應力約為13.33 MPa，測點處圍巖自重應力約為9.27 MPa，圍巖最大主應力是圍巖自重應力的1.43倍左右，說明該隧址區圍巖應力以構造應力為主。在下伏公路隧道施工后，最大主應力平均值變為12.92 MPa，與下伏公路隧道施工前相比下降3.08%，地應力變化較小，表明公路隧道施工對引水隧洞影響較小。

3?圍巖變形分析

3.1?監測方案

圍巖的穩定性與圍巖狀態密切相關，圍巖松動圈的演化規律直接反映了圍巖從變形破壞至穩定的全過程［9］。為實時掌握引水隧洞圍巖的穩定性，在引水隧洞兩側墻預埋多點位移計（見圖5）［10］，通過多點式位移計實時監測圍巖松動圈范圍及圍巖松動位移的變化情況。

3.2?監測結果分析

為進一步分析下伏公路隧道施工對上覆引水隧洞的影響，選取下伏公路隧道施工前和施工后3個月的監

測數據進行對比分析，如后頁表2所示。

分析表2可知，在下伏公路隧道施工時，由于施工擾動和復雜應力的作用，引水隧洞圍巖松動范圍增大。左、右側墻圍巖松動范圍均由5 m增加到6 m；同時，位移計測得的圍巖位移數值均變大。在下伏公路隧道施工后，左側墻測點處圍巖的最大位移由8.9 mm增加到9.2 mm，右側墻測點處圍巖的最大位移由4.9 mm增加到5.2 mm，分別增長3.37%和6.12%。由于左側墻圍巖距離公路隧道更近，受到的施工擾動更大，在圍巖應力重分布的過程中，左側墻圍巖的變形大于右側墻，但圍巖變形均較小，故下伏公路隧道的施工對上覆引水隧道影響不大，引水隧道安全可靠。

4?結語

通過對上覆引水隧洞在下伏公路隧道施工前后的地應力和圍巖松動圈進行現場實測和分析，得出以下結論：

（1）各測點處第一和第三主應力方向為近水平方向，第二主應力方向為近垂直方向。在下伏公路隧道施工前，最大主應力約為13.33 MPa，測點處圍巖自重應力約為9.27 MPa，圍巖最大主應力是圍巖自重應力的1.43倍左右，說明該隧址區圍巖應力以構造應力為主。

（2）在下伏公路隧道施工時，由于施工擾動和復雜應力的作用，引水隧洞圍巖松動范圍和圍巖位移增大，左側墻測點處圍巖的最大位移由8.9 mm增加到9.2 mm，右側墻測點處圍巖的最大位移由4.9 mm增加到5.2 mm，分別增長3.37%和6.12%。

（3）綜合分析可知，在公路隧道施工過程中，引水隧洞圍巖松動圈范圍增加，地應力減小，但是變化范圍均較小，說明公路隧道的施工對引水隧洞影響較小，引水隧洞處于穩定狀態。

參考文獻

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