山區破碎圍巖隧道支護結構變形監測與分析

劉濤

（河北高速公路集團有限公司張涿分公司，河北 張家口 075600）

一、工程概況

河北張涿公路隧道為分離式、雙向四車道設計，設計行車時速為100km，洞內路面設計荷載為公路一級。隧道長度約2800m，隧道凈寬14.25m，凈高5.0m，隧道周身巖體以IV、V級圍巖為主，巖體較破碎。根據地質勘察報告可知地震動峰值加速度值為0.20g，設計區抗震設防烈度為8度，按9度設防，未發現不良地質條件，適合修建隧道。

IV、Ⅴ級圍巖隧道的初期支護采用錨噴支護，即由噴射混凝土（C25混凝土，厚度為28cm）、錨桿（Φ25中空注漿錨桿，長度4.0m，環縱向間距100mm×100mm）、鋼筋網（Φ8雙層，環縱向間距20mm×20mm）及鋼拱架（I20b的工字鋼，縱向間距為60cm，每榀鋼架之間采用HRB400 鋼筋連接）共同組成的復合式襯砌初期支護整體結構，并與圍巖密貼形成承載體系。二次襯砌采用模筑鋼筋混凝土或素混凝土結構，襯砌斷面等厚。

二、監測項目與方案

該項目主要是通過監測隧道開挖過程中拱頂的下沉值、隧道周身的收斂值及其變化速率，并對比設計值，判斷圍巖結構的穩定性，從而及時調整支護結構的參數，判斷標準如表1、表2所示。

表1 位移判斷標準表

表2 位移速率判斷標準表

在每個監測斷面處設置3個拱頂下沉值監測點和4個周身收斂值監測點，其中拱頂沉降值監測點分別布置在拱頂和距離隧道軸線水平距離3m處的左C和右D，在起拱線1.5m處分別設置周身收斂值監測點A、A1、E、E1，如圖1所示。

圖1 拱頂下沉、周身收斂位移測點布置圖

三、監測結果與分析

（一）拱頂沉降值監測分析

zk109+675、k109+840斷面的拱頂沉降監測值及拱頂沉降速率如圖2、圖3所示（位移向下為正，向上為負）。

圖2 zk109+675、k109+840斷面拱頂沉降值

圖3 zk109+675、k109+840斷面拱頂沉降速率

由圖2可知，隧道開挖0～20天時間范圍內，隧道拱頂下沉值幾乎呈線性增加，其中zk109+675斷面的拱頂沉降值為40.5mm，k109+840斷面的拱頂沉降值為34.8mm，均大于沉降值的70%，這是因為zk109+675斷面處的圍巖條件較k109+840斷面差，拱頂受力大，導致圍巖變形值更大。隧道開挖20天～50天時間范圍內，隧道拱頂下沉值明顯下降，50天之后，拱頂沉降值幾乎不變，zk109+675斷面最終的拱頂沉降值為56.4mm，k109+840斷面最終的拱頂沉降值為47.5mm，均小于1/3設計極限位移值，說明支護結構合理，隧道變形在合理范圍內，可正常施工。

由圖3可知，隧道在開挖的初期，拱頂下沉值的速率變化幅度較大，zk109+675斷面為3mm/d左右，k109+840斷面為2mm/d左右，沉降速率均大于1mm/d，圍巖處于劇烈變形的階段，應盡快完成初期支護，并增加監測頻率。隧道開挖20天以后，拱頂沉降值的變化速率開始趨于穩定，zk109+675斷面為0.3mm/d左右，k109+840斷面為0.1mm/d左右，說明支護結構能很好地滿足施工條件，符合設計要求。

（二）周身收斂值監測分析

zk109+675、k109+840斷面的周身收斂監測值及周身收斂速率如圖4、圖5所示（位移向內為正，向外為負）。

圖4 zk109+675、k109+815斷面周身收斂值

圖5 zk109+675、k109+815斷面周身收斂速率

由圖4可知，隧道開挖過程中，支護結構周身收斂值的變化情況和拱頂沉降值類似，均表現出先快速增大，然后趨于穩定，周身收斂變形主要發生在隧道開挖的前期。從監測開始到第20天內，k109+840和zk109+675斷面隧道周身收斂值分別快速增加到13.11mm和15.37mm，然后開始緩慢增加，最終分別穩定在20.24mm和23.11mm，并保持不變，周身收斂穩定值均小于1/3設計極限位移值，滿足規范要求。

由圖5可知，zk109+675和k109+840斷面的周身收斂速率值在開挖初期均出現較大的波動，zk109+675斷面比k109+840斷面周身收斂速率值的波動更大，這是因為支護結構還沒能封閉成環，隧道周身的變形主要依靠圍巖自身抵抗變形的能力，圍巖等級越高，巖體抵抗變形的能力越差，變形更為復雜，波動也就更為明顯。在周身收斂監測的第20天，zk109+675和k109+840斷面的周身收斂值均開始穩定，k109+840斷面周身收斂速率約為0.15mm/d，zk109+675斷面約為0.2mm/d。k109+840 斷面的周身收斂速率較zk109+675斷面更加穩定，說明初期支撐結構能保證隧道穩定及施工安全。

四、結語

本文通過拱頂下沉及周身收斂的實時監測，分析了隧道支護結構的變形情況，結果表明，隧道開挖過程中，支護結構的拱頂下沉值與周身收斂值均表現出先增大后穩定的趨勢，zk109+675、k109+840斷面的周身收斂速率與拱頂下沉速率，在開挖初期均出現較大的波動，且zk109+675斷面的波動更明顯。