摘要：福建厦门抽水蓄能电站通风兼安全洞全长1.240km,隧洞为城门型，尺寸：8.6宽*8.1高，该隧洞前段143米为土洞，覆盖层厚9-49m，成份主要为含碎石粉质粘土，稳定性差，为Ⅴ类围岩，需采取专门工程处理。本文通过内空收敛和围岩内部位移的量测，分析了土质隧洞的围岩变形规律，对类似工程施工有一定的参考价值。
关键词：土质隧洞 变形观测
1测量点、测线布设
用手风钻在初期支护后的外部造孔φ42mm（钢筋嵌入土体不小于300mm，喷射砼后外露控制在50mm），用1：1水泥砂浆或锚固剂进行锚固，钢筋头上黏贴反射片，反射片一面均朝洞口方向，以便于观测。同一基线量测点的固定方向在同一断面及水平线上。观测点周围用红油漆喷涂，观测点同时悬挂标识牌。将精度为0.5秒的全站仪架设在便于观测及不受施工影响的位置，进行数据采集。数据采集主要采集拱顶测量点1，起拱点2、3的水平距离及边墙上下台阶连接处4、5的水平距离。拱顶高程测量采用全站仪照准拱顶观测点1的反射片十字中心，直接可以测得相对高程及坐标；水平收敛，采用全站仪照准水平收敛量测点2、3、4、5分别测量两点间相对三维坐标。
根据施工需要选取了23个量测断面进行内空收敛的监测；观测断面里程每5m设置一个。每个断面各有六条内空收敛测线，即1-2、1-3、1-4、1-5、2-3、4-5。具体详见附图
2内空收敛量测
采用全站仪及时读取各测点三维坐标，计算收敛值。例：1#点三维坐标(X1、Y1、Z1), 2#点三维坐标(X2、Y2、Z2),1-2测线收敛值计算：
通过测量结果计算各测线收敛累计值，同时计算出各测线的位移速率。
隧洞周边收敛按下式计算： 
；
其中，
——初始观测值；
——第i次观测值；
收敛速率按下式计算：
（收敛速率=收敛值/观测频率）
为了解开挖面的影响，用下式计算观测面与掌子面的距离:
L=D-D0
其中，L—观测面与掌子面距离；
D—掌子面里程；
D0—观测面里程。
通过观测记录形成的曲线可见，隧洞收敛随时间变化而增大，图中收敛量的瞬间突跳，通常由开挖进尺向前延伸引起，测值偶有下降，是围岩组构中局部范围内的节理裂隙，瞬时出现较大变形的伴生现象。曲线的几何形状可表示为连续的折线。通过分析，从这些监测数据中可发现富含水层土质隧洞收敛有如下变形规律：
（1） 每个监测断面内各测线收敛值差别较大的，水平测线收敛量就明显大于其他测线，说明侧墙朝向洞内变形较大，这是由于隧洞断面开挖后未及时将钢拱架支撑闭合成环，两侧墙墙角受到的约束较小所致。
（2） 隧洞的收敛主要出现在开挖后的短期内。通过观测数据可见第一天内收敛量占其他收敛量很大的比重，要求初期支护尽快进行，以约束变形。隧洞开挖后的前两三天之内，隧洞变形较为明显，之后收敛值也在一定的范围内逐渐增大。说明隧洞围岩具有一定的时间依存性，在外荷载不变情况下，围岩变形随时间增加而增大。另一方面与地下水渗透有关，隧洞开挖后，因地下水重新汇集，使围岩的应力状态和变形随时间而不断变化，结果使隧洞周围可能出现一定范围的破坏区，破坏区内围岩渗透系数增大，导致围岩变形增大，因此隧洞变形趋于稳定需要较长时间。
（3）在第1个至第5个断面观测期间，发现初期支护后洞身有向内变形的倾向，即刻组织各参建单位的技术专家到现场察看，初步分析决定采取加长锚杆长度、数量和加强排水，在有明显出水点的位置增加随机排水管，原设计锁脚锚杆长度2m，考虑扣除拱架及喷砼厚度30cm，弯钩长度10cm，理论锚固长度仅剩1.6m，锚固长度远远不足，将锚杆长度由原来2m调整为6m，增加锚固长度，同时增加随机锚杆数量。在调整锚杆长度和数量之后进行现场测量，发现变形速率明显减小。
3监测频率
安装反射片后立刻开始进行收敛测点初始值的量测，监测频率参见下表。若遇大雨天气，隧洞渗水变化大情况动态加密量测。
注：B为隧道开挖宽度
4结论
（1）隧洞开挖后，围岩土及孔隙裂隙水失去支撑环境，形成新的水力坡度，造成渗流，带走部分土颗粒，使粘土产生崩解破坏作用。随着水力坡度变小，变形速度减小，即收敛先快后慢。隧洞开挖后，围岩土体失去平衡状态，应力重新调整，改变土体颗粒流动方向，引起开挖面周围一定范围内土体产生移动，即为松动圈。隧洞收敛量测表明，隧洞开挖后发生明显变形，且各方向收敛量差别较大，水平测线收敛量明显大于其他测线，说明两个侧墙朝洞内变形较大，主要与隧洞高度跨度有关，另外初期支护的钢拱架支撑未及时闭合成环支撑等因素有关。
（2）开挖后一周或更长时间后，隧洞收敛仍无稳定趋势，仍缓慢发展。这是洞壁面上地下水渗透引起围岩应力变化有关，另隧洞围岩具有一定的时间依存性，即围岩具有一定的蠕变特性。对此应采取相应的工程措施，比如加强喷射混凝土的强度，增加排水孔，防止围岩中水的渗透，或加强初期支护刚度，增加系统锚杆等。另外，开挖后及时施做钢拱架支撑，尤其是底板横向支撑，要及时闭合成环，钢拱架底部尽可能减少渗水的浸泡，保证支撑基础的承载力。如现场有条件时底板混凝土应当及时衬砌。
（3）通过厦门抽蓄通风兼安全洞土洞围岩监控量测的应用实践，安全测量技术在不影响隧洞施工的情况下，不需要其他机械设备配合，能够快速进行隧洞围岩测量，准确的采集实时数据，根据测量值与控制基准进行比较，判断围岩和初期支护的稳定性，确保施工安全，指导施工管理，为今后相关工程提供经验。
5结束语
隧道施工在复杂地质条件下，受到多种外界因素的影响，给隧道施工的质量以及安全性带来了很大的不确定性。因此，在复杂地质条件下开展隧道施工作业时，技术人员和施工人员应该充分调查分析隧道周边的地质情况，采用相应的施工技术，制定科学、合理的施工方案以及各种风险事件应对措施，在保障施工效率和施工成本的同时最大程度保障施工安全和质量。
参考文献:
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［3］《铁路隧道监控量测技术规程》（Q/CR9218-2015）
［4］《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-2014）
论文作者:黄鸿铭
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/22
标签：隧洞论文; 围岩论文; 断面论文; 量测论文; 隧道论文; 测量论文; 锚固论文; 《基层建设》2019年第19期论文;