軟弱圍巖隧道初期支護監控量測與圍巖穩定性分析

王文利

摘 要：隨著鐵路隧道工程建設的不斷進步，為了確定三棱山隧道進行開挖后圍巖和初期支護結構的穩定性，該文通過對隧道的現場監控量測，選取3個監測斷面，對隧道圍巖沉降收斂值、初噴混凝土和鋼拱架受力進行了監控量測，對監測結果進行了分析，確認隧道圍巖應力動態及發展趨勢、圍巖穩定性、最終位移量以及初期支護的合理性，評價圍巖結構的穩定性和安全性，對隧道的安全施工提供了重要的理論支持，確保隧道圍巖和初期支護的長期穩定。

關鍵詞：三棱山隧道 初期支護 監控量測 圍巖穩定性

中圖分類號：U456 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0090-03

隧道監控量測及信息反饋技術是新奧法修建隧道的主要內容之一，由于隧道施工的環境越來越惡劣，工序越來越繁瑣，圍巖和襯砌將受到多次擾動，襯砌結構本身的穩定性也決定著工程安全和質量的重要標準，于是對襯砌結構進行了變形和受力監控量測，對數據進行了數學統計分析，得出襯砌結構在施工中的動態變化，保證現場施工安全。

1 工程概況與監控測點布置

1.1 工程概況

中國路橋承建京沈客專遼寧段TJ-1標三棱山隧道位于遼寧省朝陽市、阜新市境內，隧道全長8 888 m。隧道進口位于北票市馬友營鄉東臺子村，與101國道相鄰。隧道進口起始里程為DK493+415，設計為縱坡為4.8‰的單面下坡，共承擔2 930 m的施工任務。

1.2 測試項目與斷面選取

根據三棱山隧道實際地質條件，圍巖穩定性和初期支護受力特性測試項目包括：拱頂沉降、周邊收斂、噴混凝土應力、鋼架應力，選取斷面里程為DK494+540、DK494+550、DK494+560，共布置3個監測斷面，測點布置圖見圖1。

2 監測結果與分析

2.1 拱頂沉降和水平收斂

（1）拱頂沉降與水平收斂變形隨時間逐漸增大的趨勢基本一致，但拱頂沉降值較水平收斂值要大，斷面1沉降量最大，最大沉降值為15.7 mm，最小沉降值為9.5 mm，斷面3收斂量最大，最大收斂量為10.6 mm，最小收斂量為6.4 mm，拱頂沉降對隧道施工影響更大（圖2）。

（2）拱頂沉降在開挖后初期數值增長較快，變形速率較大，當監測10 d后，拱頂沉降增長速率逐漸減小，該斷面在監測開挖18 d時，拱頂沉降速度小于規范值，拱頂沉降值處于穩定狀態，最終拱頂沉降量占總沉降量的91%，說明在隧道進行支護后的圍巖變形得到了控制，使隧道處于穩定狀態。

2.2 鋼架應力

三棱山隧道各監測斷面鋼架應力變化規律如圖3～圖5所示。

（1）鋼架應力受力初期增加速度較快且基本都呈現出受壓的特點，說明圍巖巖體自承能力相對較差，體現了鋼拱架在隧道圍巖支護中的作用，但壓應力值都非常小，遠小于鋼架的抗壓強度設計值，整條曲線最終都趨于平緩穩定，說明開挖后圍巖逐步達到穩定狀態，初期支護結構處于安全狀態。

（2）通過數據分析，對于鋼支撐內力呈現出拱腰大、拱腳小的狀態，根據圖3可反映，斷面隧道拱腰部位的鋼拱架應力值較其他部位較大，說明拱腰的鋼支撐受力較大，其中接近拱部圍巖的鋼拱架最大應力值達到了36 MPa，拱腳處鋼拱架應力值為7.3 MPa，都遠小于鋼架應力值，說明了鋼架在圍巖支護上的作用得到了充分的體現。

2.3 初噴混凝土應力

作用在初期支護上的圍巖壓力轉化為噴混凝土的應力，測量數據處理后將3個斷面相同位置應力值繪制到一個圖中，得到3個斷面處5個位置應力與與時間關系曲線分別如圖6～圖10所示所示。

（1）大部分測點噴混凝土應力隨時間發展成單調遞增現象，在初期開始增加速度較快，反映混凝土支護發揮了其支護作用，其中混凝土應力變化曲線也受到隧道其他工序的擾動而發生不規律變化，但總體來看混凝土應力變化量較小，說明隧道在初期支護的情況下圍巖較為穩定。

（2）從數據分析可得邊墻所受壓應力最大，最大值達到12 MPa，拱頂壓應力值較小，但其值遠遠小于混凝土襯砌的強度極限30 MPa，表明隧道支護結構有效地控制了隧道的沉降。

3 結語

拱腰鋼拱架拱部受力較大，遠大于邊墻，這一方面受開挖方法的影響，另一方面是由于圍巖破碎，在重力作用下使鋼拱架拱部應力較大；監測斷面拱頂沉降、周邊收斂量都較小，說明圍巖穩定性較好，充分發揮了圍巖的自承能力，有效地控制了圍巖的變形，而使圍巖壓力不是很大。

參考文獻

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