地鐵隧道圍巖監測及變形規律研究

摘 要：為分析某地鐵隧道大斷面隧道圍巖的變形規律，本研究以某地鐵工程隧道為研究對象，采用進行現場監測方式，分析該隧道工程的變形及受力情況，得出以下結論：在監測的前期，拱頂沉降的增長趨勢顯著，當監測時間大于30d時，拱頂沉降變化趨勢逐漸趨于平緩，分析原因是當30d時，隧道處于二次襯砌澆筑，說明襯砌結構可抑制隧道圍巖的變形。在同一監測位置下，FC3的周邊收斂變形大于FC2，不同位置的周邊收斂變形具有一定的差異性，其中，監測點C1與其他監測點的周邊收斂變形差異顯著，說明FC2段與FC3段的周邊收斂變形主要集中于圍巖上部。隧道的跨度與其圍巖變形間呈正相關關系，本研究采用的支護方案效果較好，各測點的變形及沉降均在規范限值內。

關鍵詞：大斷面隧道；圍巖變形；拱頂沉降；周邊收斂變形

中圖分類號：U 451 " " 文獻標志碼：A

大斷面隧道施工過程及受力情況復雜，其圍巖的變形情況對其施工過程的穩定性及安全性至關重要，許多專家學者針對隧道圍巖變形進行相關研究。侯俊敏等[1]以某大斷面隧道為研究對象，對其隧道建設過程的圍巖變形進行監測，分析其圍巖變形機理及破壞形態，結果表明，該隧道的圍巖變形及沉降具有一定的時序特征。魏啟明等[2]以某巷道隧道為研究對象，建立其數值模擬模型，分析巷道圍巖的位移及受力情況，并將其數值模擬結果與現場監測結果進行對比，結果表明，在施工過程中，巷道圍巖的變形趨勢較為顯著。康天慧等[3]基于數值模擬和現場監測，以某巷道為研究對象，分析該巷道圍巖的破壞機理，研究支護措施對其變形的抑制作用，結果表明，該研究提出的新型支護結構的加固效果良好。潘子葉[4]建立某隧道有限元模型，分析不同施工方案的隧道圍巖的變形規律。結果表明，錨桿和噴射混凝土可提高隧道圍巖的穩定性。王瑞林[5]以某隧道工程為研究對象，分析圍巖變形的機理及其應力分布特征，結果表明，隧道圍巖變形主要集中于其上部。本研究以某地鐵工程隧道為研究對象，對其沉降及其受力情況進行監測，分析不同施工段的圍巖變形及受力情況，得出地鐵隧道大斷面隧道圍巖的變形規律。

1 工程概況

本研究以某地鐵工程隧道為研究對象，隧道左洞口采用削竹式洞門，隧道內輪廓采用標準斷面，拱部采用R=840cm的半圓，邊墻為R=505cm的大半徑圓弧仰拱與側墻間用半徑R=200cm的小半徑圓弧連接，仰拱半徑R=2200cm，IV級V級圍巖采用C30鋼筋混凝土襯砌，III級圍巖采用C30混凝土襯砌。主洞路面寬度13m，拱頂凈空高度8.0 m，拱頂凈空高8.789 m，隧道內縱坡-0.789 %。該隧道加寬段支護參數見表1。

2 大斷面隧道圍巖變形監測

為分析該隧道工程的變形及受力情況，須對其沉降及所受的軸力及壓力進行監測。由于不同施工段的跨度不同，因此須分別對FC2、FC3與FC4、FC5進行監測。其中，FC2、FC3段分別在其圍巖拱頂設置監測點測量其拱頂沉降，距離圍巖底部3.5m、6.5m、9.5m處設置監測點測量其周邊收斂變形，分別為C1、C2、C3；FC4、FC5段分別在圍巖拱頂設置監測點測量其拱頂沉降，距離圍巖底部6.5m、10.5m處兩側設置監測點測量其周邊收斂變形，分別為ZC1、ZC2、YC1、YC2。監測方案如圖1、圖2所示。

3 結果分析

FC2段與FC3段的監測時間-拱頂沉降曲線如圖3所示。由圖3可知，隨著監測時間的延長，圍巖的拱頂沉降逐漸增大，且不同施工段的拱頂沉降曲線差異明顯，其中，FC3段的拱頂沉降變大，FC2段的拱頂沉降較小。對FC2來說，不同斷面的拱頂沉降具有一定的差異性。在監測的前期，拱頂沉降的增長趨勢顯著，當監測時間大于30d時，拱頂沉降變化趨勢逐漸趨于平緩，當監測時間大于30d時，隧道處于二次襯砌澆筑，說明襯砌結構可抑制隧道圍巖的變形。當時間大于40d時，FC2段與FC3段的拱頂沉降值逐漸趨于穩定，其平均拱頂沉降量分別為5.2mm、9.1mm，根據隧道施工技術規范可得[6]，隧道工程的最終沉降量須小于50mm，本研究監測得出的沉降量遠小于規范規定的限值，說明該隧道工程的圍巖支護效果較好。

FC4段與FC5段的監測時間-拱頂沉降曲線如圖4所示。由圖可知，監測時間與沉降值間呈正相關關系，當監測時間為0d時，左導洞開挖，此時FC4-左導洞及FC5-左導洞拱頂開始發生沉降，FC4段、FC5段左導洞的最終沉降為7.2mm、8.1mm；當監測時間為12d時，右導洞開挖，此時FC4-右導洞及FC5-右導洞拱頂開始發生沉降，FC4段、FC5段右導洞的最終沉降為9.2mm、9.5mm；當監測時間為32d時，右導洞開挖，此時FC4-中導洞及FC5-中導洞拱頂開始發生沉降，FC4段、FC5段中導洞的最終沉降為2.5mm、4.9mm；當監測時間為52d時，開始進行二次襯砌澆筑，此時左導洞、右導洞、中導洞的監測時間-拱頂沉降曲線逐漸趨于平緩，說明襯砌結構可抑制FC4段、FC5段圍巖的變形。對比不同施工段的拱頂沉降可得，FC4、FC5段左導洞及右導洞的拱頂沉降差異并不明顯，FC4、FC5段中導洞的拱頂沉降差異較為明顯，且FC段的拱頂沉降小于FC5段。

FC2段與FC3段的周邊收斂變形（沉降）曲線如圖5所示。隨著監測時間的延長，FC2段與FC3段的周邊收斂變形逐漸變大。其中，FC3-C1的周邊收斂變形最大，FC2-C2的周邊收斂變形最小。對比不同施工段的周邊收斂變形可得，在同一監測位置下，FC3的周邊收斂變形大于FC2，與以上2種施工段的拱頂沉降變化具有一致性。不同位置的周邊收斂變形具有一定的差異性，其中，監測點C1與其他監測點的周邊收斂變形差異顯著，說明FC2段與FC3段的周邊收斂變形主要集中于圍巖上部。當監測時間大于32d時，各施工段的周邊收斂變形變化逐漸趨于平緩，其最大周邊收斂變形為8.6mm，此時隧道正在進行二次襯砌澆筑，說明襯砌結構能有效抑制隧道圍巖的周邊收斂變形。

FC4段與FC5段的周邊收斂變形曲線如圖6所示。由圖可知，FC4段與FC5段的周邊收斂變形與監測時間呈正相關關系，其中，FC5-ZC1的周邊收斂變形最大，其最大值為10.6mm，FC5-YC1的周邊收斂變形最小，其最大值為2.3mm。對比圍巖左右兩側的周邊收斂變形可得，位于圍巖左側的周邊收斂值均大于位于圍巖右側的周邊收斂值，說明圍巖的周邊收斂主要集中于其左側。在監測的前期，隧道右導洞、中導洞開挖，此時FC4、FC5段的周邊收斂曲線增長趨勢顯著，當監測時間大于32 d時，隧道進行仰拱澆筑，FC4段與FC5段的周邊收斂變形增長趨勢減緩，當檢測時間大于52 d時，隧道進行二次襯砌澆筑，此時FC4段與FC5段各測點的周邊收斂值變化趨勢逐漸趨于平緩，說明采用仰拱澆筑及二次襯砌澆筑可有效抑制圍巖的周邊收斂變形。綜上所述，隧道的跨度與其圍巖變形間呈正相關關系，且本研究采用的支護方案效果較好，各測點的變形及沉降均在規范限值內。

4 結論

本研究以某地鐵工程隧道為研究對象，對其沉降及其受力情況進行監測，分析不同施工段的圍巖變形及受力情況，得出以下3個結論。1）當時間大于40 d時，FC2段與FC3段的拱頂沉降值逐漸趨于穩定，其平均拱頂沉降量分別為5.2mm、9.1mm，根據公路隧道施工技術規范可得，隧道工程的最終沉降量須小于50 mm，本研究檢測得出的沉降量遠小于規范規定的限值，說明該隧道工程的圍巖支護效果較好。2）當監測時間大于32 d時，各施工段的周邊收斂變形變化逐漸趨于平緩，其最大周邊收斂變形為8.6 mm，此時隧道正在進行二次襯砌澆筑，說明襯砌結構能有效抑制隧道圍巖的周邊收斂變形。3）FC4段與FC5段的周邊收斂變形與監測時間呈正相關關系，其中FC5-ZC1的周邊收斂變形最大，其最大值為10.6 mm，FC5-YC1的周邊收斂變形最小，其最大值為2.3 mm。隧道的跨度與其圍巖變形間呈正相關關系，且本研究采用的支護方案效果較好，各測點的變形及沉降均在規范限值之內。

參考文獻

[1]侯俊敏，薛召杰.隧道洞口段軟弱圍巖變形特征及機理分析[J].山西建筑，2023，49（7）：168-171.

[2]魏啟明，趙俊杰，王虎，等.小煤柱巷道圍巖變形的力學機理及演化過程研究[J].中國安全生產科學技術，2023，19（3）：73-78.

[3]康天慧，韓進東，孫傳保，等.深部動壓巷道圍巖變形破壞機理與控制技術研究[J].煤炭技術，2023，42（3）：96-100.

[4]潘子葉.偏壓小凈距公路隧道施工圍巖變形破壞規律研究[J].粉煤灰綜合利用，2022，36（6）：22-27，34.

[5]王瑞林.變質巖片區山嶺隧道圍巖變形破壞機理研究[J].工程與建設，2022，36（6）：1570-1572.

[6]中交一公局集團有限公司.公路隧道施工技術規范：JTG/T 3660—2020[S].北京：人民交通出版社，2020：20-25.