大斷面軟巖隧道施工變形監(jiān)測與分析

牛帥斌

(山西路橋第六工程有限公司(辰潤交通科技有限公司)，山西 晉中 030600)

0 引言

大斷面公路隧道穿越軟弱破碎的圍巖地段，由于圍巖自穩(wěn)能力差，變形量大，容易產(chǎn)生變形失穩(wěn)導(dǎo)致安全事故。大斷面隧道開挖斷面大，通常呈扁平狀，更容易產(chǎn)生較大的變形。因此，在隧道開挖之前必須進行詳細的地質(zhì)勘測，并在施工過程中進行超前地質(zhì)探測，對隧道支護結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計，有效控制軟巖變形，避免發(fā)生安全事故。在施工過程中，開展監(jiān)控量測掌握圍巖和支護結(jié)構(gòu)的變形情況，進行動態(tài)施工管理，對支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)進行修正，保證隧道結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。結(jié)合大斷面軟巖隧道施工案例，制定施工方案，并開展監(jiān)控量測分析監(jiān)測數(shù)據(jù)確定支護結(jié)構(gòu)的合理性。

1 工程概況

某高速公路隧道為大斷面軟巖隧道，單洞設(shè)計采用三車道。隧道設(shè)計長度519 m，隧道圍巖主要為Ⅴ級圍巖，局部為Ⅳ級圍巖。隧道洞口位于山坡坡腳位置，坡面與洞口基本垂直，沒有出現(xiàn)偏壓現(xiàn)象。洞口段埋深為25 m，屬于淺埋段，開挖進洞前采用超前支護。隧道圍巖為全風(fēng)化頁巖、泥質(zhì)粉砂巖，裂隙紋理發(fā)育，自穩(wěn)能力差。隧道所處區(qū)域年降雨量較小，降雨主要集中在夏季，隧道圍巖內(nèi)的含水量較少，主要為裂隙水，且水量較少。隧道左右洞相距27 m，地形地貌、地質(zhì)條件差異不大。

2 大斷面軟巖隧道支護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

為了保證隧道安全施工，在施工前對邊仰坡進行防護，在洞口段進行超前長管棚施工，為進洞做好準(zhǔn)備。隧道洞口段屬于淺埋段，為了保證圍巖穩(wěn)定，采用30 m超前長管棚進行支護，管棚采用φ108鋼花管，壁厚6 mm，環(huán)向間距為50 cm，傾角為1°，采用水泥—水玻璃雙液注漿。隧道圍巖破碎，穩(wěn)定性差，設(shè)計采用鋼拱架+錨桿鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土聯(lián)合支護。

Ⅴ級圍巖段初期支護結(jié)構(gòu)設(shè)計：鋼拱架選用Ⅰ20工字鋼，布置間距為75 cm。雙層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片采用φ8盤條加工，網(wǎng)格尺寸200 mm×200 mm。錨桿選用φ25中空注漿錨桿，長度為350 cm，縱環(huán)間距80 cm×100 cm。超前支護采用超前小導(dǎo)管，選用φ42無縫鋼管，長度450 cm，環(huán)向間距40 cm。噴射混凝土選用C25噴射混凝土，設(shè)計厚度26 cm。

Ⅳ圍巖段初期支護結(jié)構(gòu)設(shè)計：鋼拱架選用Ⅰ18工字鋼，布置間距為80 cm。單層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片、錨桿、超前小導(dǎo)管選材和支護參數(shù)同Ⅴ級圍巖段。噴射混凝土選用C25噴射混凝土，設(shè)計厚度24 cm。

為了檢驗隧道初期支護結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)是否滿足要求，施工過程中開展監(jiān)控量測，進行動態(tài)施工管理，對支護參數(shù)進行修正設(shè)計，保證隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3 隧道支護結(jié)構(gòu)監(jiān)控量測分析

3.1 量測內(nèi)容

為了準(zhǔn)確掌握隧道圍巖和支護結(jié)構(gòu)的變形情況，在施工過程中布置測點開展監(jiān)控量測工作，根據(jù)變形情況對設(shè)計參數(shù)進行修正。結(jié)合隧道變形和現(xiàn)場監(jiān)測條件，本項目施工中只對必測項目進行量測，包括洞內(nèi)外觀察、周邊位移、拱頂下沉和洞口地表沉降觀測。施工過程中按照要求布置測點，并按照相應(yīng)的監(jiān)測頻率開展監(jiān)控量測工作。施工過程中如發(fā)現(xiàn)圍巖或支護結(jié)構(gòu)變形速度加快，應(yīng)適當(dāng)增加量測次數(shù)。

3.2 監(jiān)控量測結(jié)果分析

3.2.1拱頂下沉量測結(jié)果分析

本項目隧道開挖主要采用三臺階法施工，按照規(guī)范要求分別在拱頂布置3個拱頂下沉量測點，采用精密水準(zhǔn)儀和銦鋼尺配合開展隧道拱頂下沉工作，選取有代表性的量測斷面進行數(shù)據(jù)分析，3個測點量測數(shù)據(jù)變化曲線如圖1所示，變化速率變化曲線如圖2所示。

分析圖1所示曲線，在監(jiān)控量測前期拱頂下沉變化速度較快，沉降量較大，占總沉降量的70%左右。在監(jiān)測15 d后拱頂下沉變形速度下降，20 d后變形量明顯下降，雖然還有少量沉降，但總體已趨于穩(wěn)定。測點3的變形量最大，但最終沉降量不超過20 mm，沒有產(chǎn)生侵入隧道凈空的情況。另外，分析變形曲線，沒有出現(xiàn)較大突變等異常現(xiàn)象，拱頂下沉變形情況平穩(wěn)，這也說明隧道支護結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求，可有效控制圍巖變形。

分析圖2曲線變化情況可知，在拱頂下沉監(jiān)測初期隧道變形速率超過1 mm/d，說明圍巖變形速度快，進一步發(fā)展容易出現(xiàn)變形失穩(wěn)，應(yīng)加強監(jiān)測。15 d以后隧道監(jiān)控量測變形速率明顯下降，日平均變形速率在0.2 mm/d～1 mm/d，說明變形速率明顯下降，并逐步趨于平穩(wěn)。20 d以后拱頂下沉變形速率明顯下降，并逐步趨于穩(wěn)定，最后7 d變形速率低于0.1 mm/d，說明隧道圍巖和支護結(jié)構(gòu)已基本穩(wěn)定。

3.2.2周邊位移量測結(jié)果分析

隧道開挖采用三臺階法施工，本項目周邊位移監(jiān)測布置兩條測線，其中上臺階開挖完成后布設(shè)第一條測線，下臺階開挖后布置第二條測線。由于第二條測線布置時間較第一條測線遲，量測數(shù)據(jù)較少。監(jiān)測斷面周邊位移變化曲線如圖3所示，變化速率變化曲線如圖4所示。

分析圖3監(jiān)測斷面周邊位移曲線變化情況，曲線變化趨勢正常，沒有出現(xiàn)變形異常的現(xiàn)象。其中測線一在監(jiān)測前13 d周邊位移變形量較大，約占總變形量的70%，其中在13 d后周邊位移變形出現(xiàn)小幅度波動，這是由于下臺階開挖擾動造成的。后期變形逐步平穩(wěn)，慢慢趨于穩(wěn)定。測線二的周邊位移變形明顯小于測線一，與測線一類似，變形情況也是前期變形量較大，后期逐步趨于平穩(wěn)。

分析圖4監(jiān)測斷面周邊位移變化速率前，測線一在監(jiān)測前14 d圍巖日平均位移速率超過1 mm/d，說明該階段圍巖變形劇烈，應(yīng)加強監(jiān)測。14 d后變形速率迅速下降，日平均位移速率在0.2 mm/d～1 mm/d；20 d以后基本趨于穩(wěn)定，日平均位移速率低于0.2 mm/d，說明上臺階圍巖和支護結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定。測線二由于開挖支護時間滯后，監(jiān)測時間較短，從現(xiàn)有的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，前期變化速率較大，而后期變形速率較高，變形基本趨于穩(wěn)定，說明下臺階周邊位移變形基本趨于穩(wěn)定。綜上所述，隧道監(jiān)測斷面周邊位移沒有出現(xiàn)較大突變，且最終變形趨于穩(wěn)定，說明支護結(jié)構(gòu)可以保證隧道安全穩(wěn)定。

4 結(jié)語

大斷面軟巖隧道圍巖變形大、穩(wěn)定性差，必須做好支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工。通過分析大斷面軟巖隧道施工案例的施工方案，制定量測方案，對量測數(shù)據(jù)進行分析處理，得出以下結(jié)論：1)隧道拱頂下沉監(jiān)測結(jié)果表明：在監(jiān)測前期拱頂下沉變形量較大，變形速率較快，而后期變化逐步趨于平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)較大突變等異常現(xiàn)象，說明圍巖和支護結(jié)構(gòu)變形已趨于穩(wěn)定，支護結(jié)構(gòu)設(shè)計合理；2)隧道周邊位移監(jiān)測結(jié)果表明：監(jiān)測斷面周邊位移變化曲線也呈現(xiàn)前期位移變化大，變化速率快，但出現(xiàn)了小幅度波動，這是由于下臺階開挖擾動造成的，兩條測線變形最終均趨于平穩(wěn)，說明支護參數(shù)設(shè)計符合規(guī)范要求，可以保證隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。