昌寧高速石馬隧道圍巖穩定性分析

王學增

(中交一公局橋隧工程有限公司，河北高碑店074000)

昌寧高速石馬隧道圍巖穩定性分析

王學增*

(中交一公局橋隧工程有限公司，河北高碑店074000)

以江西昌寧高速石馬隧道為例，采用現場監控量測和數值計算的方法，分析評價了該隧道在施工全過程的圍巖穩定性情況。分析結果表明設計方案實際可行，現場隧道實際變形量較小，硐室安全穩定。

隧道；監控測量；數值模擬；穩定性

1 工程概況

南昌至寧都高速公路岡上至寧都段是起于南昌縣岡上鎮境內的滬昆高速公路上，經南昌縣、豐城市、樂安縣、永豐縣，終于寧都縣賴村鎮境內的泉南高速公路上，路線全長248.601km。石馬隧道為一分離式隧道，其起止樁號為ZK175＋035～ZK178＋195，隧道長度為3160m，凈空寬×高為10.75m×5m，該隧道屬于公路特長隧道。進洞口左線設計標高302.019m，右線設計標高302.132m，隧道洞軸線走向大致為南至北走向。

2 施工方案

隧道洞身圍巖主要為Ⅳ級圍巖，采用超前錨桿預注漿預加固，開挖施工采用中長臺階法，盡量采用人工配合挖機開挖，每循環進尺控制在2m以內（破碎帶及淺埋段每循環進尺控制在1.4m以內）。臺階長度控制在15～30m，裝載機配合大型運輸車裝渣運輸。施工順序：上半斷面開挖→上半斷面支護→下半斷面開挖→下半斷面支護→仰拱、填充→拱墻襯砌。

隧道開挖分為上臺階、下臺階、仰拱3個部分分部開挖：上臺階長度15～30m，每循環進尺不超過2榀鋼架間距；仰拱每次開挖及支護不超過6m，每組仰拱填充砼澆筑長度12m，仰拱距掌子面距離不大于50m，襯砌距掌子面距離不大于90m。上臺階開挖，開挖作業高度5.0m，裝載機裝渣，人工搭設簡易操作平臺，鉆眼、裝藥、引爆，每循環進尺2m左右，開挖一環后立即噴混凝土3～5cm，及時按設計要求打錨桿，掛網、安裝鋼支撐，并打設鎖腳錨桿進行固定。鋼支撐懸空或者底部不密實時，在底部安裝砼墊塊。利用上臺階挖掘機扒渣及安裝鋼支撐、鋼筋網時間同步在下臺階采用裝載機配合自卸汽車出渣，出渣完畢后立即噴混凝土3～5cm，及時按設計要求打錨桿，掛網、安裝鋼支撐，并打設鎖腳錨桿進行固定。上下臺階同時噴射砼封閉。開挖仰拱，每循環進尺不大于6m，施作初期支護，仰拱砼澆筑每模長度6m，仰拱施工期間通過棧橋保持通行。

3 數值模擬

3.1 計算模型

有限元模型區域取約5倍洞徑范圍，區域高60.0m、寬130.0m，其中隧道位于模型區域中心，有限元計算按照平面應變問題進行分析，計算單元采用四邊形及三角形單元，計算模型共有單元5072個、節點7791個，其中隧道開挖區域單元720個，節點1083個，計算模型左、右邊界和下邊界施加豎直方向和水平方向的約束。

3.2 有限元計算結果

圖1是隧道下臺階開挖后圍巖位移場等值線云圖，其中豎向位移向上為正，向下為負，水平位移向左為正，向右為負，位移單位為米。

由圖1可見，拱頂最大沉降量為6mm，同時拱底向上抬升，其最大位移值為3mm，而隧道周邊圍巖水平位移的總體趨勢為使隧道徑向收斂，但位移量較小。隧道開挖后，由于圍巖應力重新分布，在圍巖局部應力集中的區域會造成圍巖剪切破壞或拉伸破壞。隧道周邊圍巖在開挖后，拱腳附近的圍巖處于塑性狀態，呈現剪切破壞。通過塑性圖可知隧道此斷面處圍巖的自穩性較差，開挖后應及時進行支護。

4 現場監控量測

為驗證上述理論計算結果的正確性，對石馬隧道的圍巖變形情況進行了長期的監控量測，拱頂沉降監測采用精密水準儀，凈空收斂監測采用收斂尺。圖2為石馬隧道ZK175+900處拱頂沉降和凈空收斂監測結果。

圖1 隧道開挖后的豎向位移（m）

圖2 拱頂沉降和凈空收斂監測結果

從圖2可以看出，隧道開挖后拱頂發生沉降，在25d左右變化穩定，最終沉降量為7.5mm，凈空收斂在10d左右穩定，收斂值為3～5mm。

5 結論

（1）江西昌寧高速石馬隧道，隧道洞身圍巖條件較差，主要以Ⅳ級圍巖，設計采用超前錨桿預注漿加固，開挖施工采用中長臺階法。數值計算表明，隧道豎向位移和水平向位移較小，隧道開挖后拱腳附近的圍巖處于塑性狀態，呈剪切破壞。現場監控量測表明數據前期變化較大，后期不斷穩定，隧道總體變化量較小。

（2）隧道總體上處于穩定狀態，設計方案實際可行，但開挖后應及時支護，防止塑性區持續發展，造成硐室失穩。

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U452.12

A

1004-5716(2015)12-0163-02

2014-12-13

2014-12-17

王學增（1986-），男（漢族），山東聊城人，助理工程師，現從事公路工程施工工作。