中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西咸阳 712000
摘要：隧道围岩开挖后，原有的应力平衡被打破，围岩可能会产生较大的变形而失稳，导致坍塌事故。因此对隧道的监测是必不可少的一个环节。结合某软岩隧道现场实际监测数据，探讨了施工期内出口段三个连续断面拱顶沉降、净空收敛随时间的动态变化规律，得到了拱顶沉降及净空收敛稳定所需时间，为二次衬砌提供依据。研究结论对软岩隧道施工具有一定的指导和借鉴。
关键词：软岩隧道：拱顶沉降；净空收敛；地表沉降
Abstract：After excavation surrounding rock of tunnel，the original stress balance is broken，which will create larger deformation and instability of surrounding rock，leading to collapse. Hence the monitoring of the tunnel is one of the essential parts. Combined with the actual monitoring data of a soft rock tunnel，the dynamic change rules of time of vault settlement and clearance convergence of three consecutive sections was discussed during construction period. The stability time of vault settlement and clearance convergence was obtained，which can provide the basis for the secondary lining. We also analyzed the ground settlement of a section of the tunnel，and found that the change of land subsidence over time is similar.. In the end，the research conclusion can provide some guidance and references for construction of soft rock tunnel.
Key Words：Soft rock tunnel：Vault settlement：Clearance convergence：Ground surface settlement.
1 引言
随着我国经济的快诉发展，国家交通网正在逐步完善，隧道的施工安全成为了人们关注的重点。在围岩开挖以后，原有地应力的平衡会被破坏，新的应力会沿着开挖面重新分布，从而达到新的应力平衡关系。现有隧道围岩稳定性的研究方法主要采用现场监测、数值模拟及理论分析[1-3]，并通过对隧道应力变化及拱顶的沉降和拱肩的收敛为依据来判断隧道围岩的稳定性。
2 工程概况
某隧道设计为分离式隧道，左线隧道总长204米，右线隧道总长221米，最大埋深62m，建筑限界净空12.75m×8.0m。围岩主要由花岗岩岩体构成，全、强风化厚度较大，其中隧址区出口段位于斜坡中下部，坡度一般在30-40°之间，斜坡表层岩性主要为第四系残坡积堆积层，其厚度较小，厚度一般在2-4m，下伏基岩为燕山期花岗岩（γ53a），表层全风化、强风化发育深度较厚。根据《公路隧道设计规范》隧道围岩分级综合评判方法，出口段围岩类别为Ⅴ类围岩。该隧道施工方法采用新奥法施工，对于V类围岩采用预留核心土法开挖。
3 隧道监测
“新奥法”施工的原则为“少扰动、早喷锚、快封闭、勤测量”，根据监测的数据来指导施工。通过对监测数据的整理分析，及时的掌握结构的受力与变形状态，掌握支护结构体系、隧道围岩及周边环境的稳定状态，以及工程施工对地表、地面建（构）筑物等产生的影响，确切了解所监测对象的变形程度与变形趋势，以评定施工期间的安全性及施工对周边环境的影响，预估发展趋势，并对可能发生的危及环境安全的隐患或事故提供及时、准确的预报，为修正设计、施工参数和指导施工提供参考依据，使施工过程处于受控状态。
3.1 隧道监测点布置依据
隧道必须监测项目横断面测点布设时监测断面必须尽量靠近开挖工作面，测点应距开挖工作面2m的范围内尽快安设，并应保证爆破后24h内或下一次爆破前量测。对于本项目拟定必测项目在V级围岩监测断面间距5～15m，IV级围岩监测断面间距10～20m。但对于洞口段、浅埋段、特别软弱地层段监测断面间距10m。
3.2 监测点布置概况
3.2.1 拱顶及净空收敛监测布点
拱顶下沉的量测目的是监视隧道拱顶的绝对下沉量，掌握断面的变形动态，判断支护结构的稳定性。净空收敛量测的目的是根据隧道收敛位移量、收敛速度、断面的变形形态，判断围岩的稳定性、支护的设计（施工）是否妥当，确定衬砌的浇注时间。
拱顶下沉测点和净空收敛测点应布置在同一里程断面上。断面间距按围岩级别布置，V断面间距5～10 m，IV断面间距10～20 m。测点布置示意图如图1。
图1 预留核心土法开挖测点布置图
3.2.2 地面监测点布置
地面监测点布置原则为在各隧道的洞口段或位于Ⅳ-Ⅴ级围岩中覆盖层厚度小于40m的隧道进行地表下沉量测，并根据图纸要求在施工过程中可能产生地表塌陷之处设置观测点，地表下沉观测点按普通水准基点埋设，并在预计破裂面以外3～4倍洞径处设水准基点，作为各观测点高程测量的基准，从而计算出各观测点的下沉量。本隧道左线地表监测点布设方式如图2。
图3 拱顶沉降随时间动态变化规律 图4 净空收敛随时间动态变化规律
从图3和图4拱顶沉降和净空收敛发展趋势可以看出，拱顶沉降和净空收敛规律可以分为三个阶段，第一个阶段为急速增大阶段，在此阶段，隧道掌子面开挖不久，软岩隧道应力集中在开挖面，围岩的稳定需要通过沉降来表现出来。第二阶段为稳定增长阶段，此阶段围岩应力重新形成，其变形随着时间变化慢慢趋于稳定，拱顶沉降及净空收敛速率开始减缓。第三个阶段为围岩稳定阶段，此阶段拱顶沉降和净空收敛速率变化已经非常缓慢。沿径深方向，随着开挖深度增大，隧道拱顶下沉稳定值减小，断面LK24+652-Lk24+632监测期内拱顶下沉稳定值为42.1mm，40mm，38.9mm，而净空收敛稳定值为17.1mm，12.5mm，12.2mm，说明沿着径深方向，随着开挖深度增大，拱顶下沉减小，净空收敛也出现了相似的规律。隧道出口断面的拱顶沉降及净空收敛相比于其他断面均是最大的，表明隧道出口是最薄弱断面，应在原有基础上加大支护强度。
4.2 地面沉降分析
地面沉降监测频率和拱顶沉降监测频率一致，均为1次/天，总观测时间为70天。本次分析中，仅以出口两个断面的监测来分析地面沉降规律。
图5 LK24+652断面地面沉降随时间及测点变化规律
从图5可以看出，稳定时地面沉降要远大于拱顶沉降及净空收敛值，这是由于隧道断面形式决定的。监测时间为10-20天及40-50天时地面的沉降要明显大于其他时间段的沉降，在这期间是由于隧道施工爆破，说明施工爆破对地面的沉降起到很大的作用。60天-70天时地面的沉降变化明显很小，说明沉降已经接近稳定。从观测点的角度来看，隧道拱顶正上方及左侧地面的沉降要大一些。测点1-11的沉降随时间的变化是类似的，基本可以认为是以隧道横断面轴线形成对称，在监测断面以外的点也会有沉降出现，这和图3表示的沉降槽有所差别，因此建议测量时应加大测量范围。
5结论
1、隧道拱顶沉降及净空收敛随时间的变化均可以划分为三个阶段，即急速增大阶段、稳定增长阶段和稳定阶段。
2、拱顶沉降稳定所需的时间要比净空收敛稳定所需的时间长，建议净空收敛的监测时间可相应的减少，但隧道二次衬砌时间应按照拱顶沉降稳定时间来计算。
3、地面沉降随时间的变化是类似的，基本可以认为是以隧道横断面轴线形成对称，这和地面监测图中沉降槽形式有所差别，因此建议测量时应加大测量范围。
参考文献：
[1] 齐志敏.地铁隧道结构沉降监测及分析[J].中国标准化，2017（08）：242.
[2] 梁勇旗.浅埋黄土隧道现场监控量测与数值分析[J].公路，2014，59（05）：181-185.
[3] 李术才，朱维申，陈卫忠，李树枕.弹塑性大位移有限元方法在软岩隧道变形预估系统研究中的应用[J].岩石力学与工程学报，2002（04）：466-470.
论文作者:支立力
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/24
标签：隧道论文; 拱顶论文; 围岩论文; 断面论文; 稳定论文; 地面论文; 应力论文; 《防护工程》2018年第28期论文;