岔道1号双连拱隧道围岩压力及支护应力量测

李博理

0 引言

张石高速公路岔道1号双连拱隧道起讫桩号:K70+632～K70+820，全长188 m，进出口均采用端墙式洞门，洞内纵坡为:+3.754%，全隧道均处于岩体破碎，围岩发育，围岩稳定性一般，处理不当会出现坍塌，侧壁经常小坍塌，并有溶洞存在。雨季时有滴水现象。地质条件差，属Ⅳ，Ⅴ级围岩。隧道从两座山丘间的垭口处通过，一侧山势较高，另一侧山势较低，形成明显的自然偏压，隧道采用三导洞超前开挖，施工工序繁多，施工过程中各工序结构内力转换直接影响隧道的稳定。为此，对隧道围岩压力及支护应力进行全过程的现场监测，并及时反馈到设计施工中去指导施工，并针对受力情况提出了相应的工程措施，确保了快速、优质、安全施工。

1 施工监测设计

1.1 监控量测内容

1)必测项目:a.隧道围岩变形量测;b.隧道地表下沉变形量测;c.采用锚杆抗拔计进行锚杆抗拔试验。2)选测项目:a.应力、应变量测;b.中隔墙应力量测。

本文仅对围岩压力、喷射混凝土应力、钢支撑应力、二衬混凝土应力进行介绍和量测数据分析。

1.2 监控量测目的

1)围岩压力量测的目的:了解隧道开挖后围岩压力沿洞室周边分布规律，围岩应力重分布的时间效应与空间效应，判断围岩的稳定性，以及围岩压力与支护的相互作用关系。2)喷射混凝土应力量测目的:了解喷层的变形特性以及喷层的应力状态，掌握喷层所受应力的大小，判断喷射混凝土层的稳定状况。3)钢支撑应力量测目的:根据钢支撑的受力状态，为判断隧道洞室的稳定性提供可靠的信息;了解钢支撑的工作状态，评价钢支撑与喷层对围岩的组合支护效果，判明初期支护的安全性和可靠性;了解钢支撑受力的大小，为钢支撑选型设计提供依据。4)对二衬进行内力量测的目的在于:了解二衬的受力;判断支护结构长期使用的可靠性以及安全程度;检验二衬设计的合理性，积累资料为检验类比提供依据。

1.3 监控量测仪器及布置

1.3.1 监控量测仪器

1)岔道1号隧道围岩压力量测所采用的仪器为丹东市三达测试仪器厂生产的GYH-1型双膜土压力计，其为活塞式双膜结构，工作面受力变形特征是平面位移，对不同性质和粒径的介质有良好的适应性。适用于边界土压力的测定，也可用于冻土冻胀力和刚性单体压力的测定，可以确保量测数据的精度。

2)岔道1号隧道支护应力量测所采用的仪器为丹东市三达测试仪器厂生产的GHB-3型应变计和GJL-3型钢筋应力计。根据量测的频率应用相应的公式将其转化成应力，以判断衬砌受力的大小。

1.3.2 监测仪器的布置

量测仪器的布置，以压力计布置为例，如图1所示为DK70+676断面的压力计布置图(A～H分别为布置于隧道各关键部位的压力计)。

压力计的安装:由于围岩与压力计之间没有固定点，在施工现场采用在每个压力计周边位置利用电锤打设3个膨胀螺栓，其中1个在压力计顶部，2个在压力计下部，并利用细铁丝将压力计绑扎在膨胀螺栓上。此方法能保证压力计与围岩的密切结合，并保证在喷射混凝土时，不会对压力计产生不利影响。

应力计或应变计的安装方法主要采用现场焊接钢筋段于钢架或钢筋网上，然后将其绑扎在焊接处的钢筋段部。

2 量测数据处理与分析

图2，图3分别为DK70+676断面左右洞初期支护与围岩之间的接触应力、初喷混凝土内应力状态图。

1)从图2围岩压力状态来看，左洞拱顶最大压力达到57.54 kPa，是右拱顶压力的3.4倍多，其次右洞右边墙压力较大，这是由于偏压作用下衬砌结构有向右运动趋势所致。

2)从图3初喷混凝土内应力状态来看，与围岩压力的分布状态基本一致，左洞拱顶和右洞的左拱腰部位分别达到了5.96 MPa和2.41 MPa，远小于喷射混凝土的极限抗压强度，其他部位相对更小，偏压特征比较明显。

图4，图5分别为DK70+676断面左右洞初期支护与二次衬砌之间的接触应力、二次衬砌混凝土内应力状态图。

3)从层间接触应力来看，表现出了与围岩对初期支护压力相同的分布形态，整个左洞二次衬砌受到的压力均比较大，拱顶最大达到83.41 kPa，左拱腰及边墙亦比较大，分别达到76.83 kPa，72.38 kPa，一般来说，二次衬砌作为支护储备，是在初期支护下围岩变形基本收敛条件下施作，因此其受到的围岩压力应该比较小，但在岔道1号隧道的进口，由于围岩极差，且又是连拱隧道，又存在偏压，为了稳定整个隧道洞口，二次衬砌是在初期支护下围岩尚没有收敛情况下施作的，故此尚没有稳定的围岩变形通过初期支护传递到了二次衬砌上导致二次衬砌受力较大。从该接触应力随时间的变化趋势来看，基本上稳定，通过验算，该接触压力不会导致二次衬砌的屈服破坏。而双连拱隧道右洞相对左洞接触压力较小，只是在右洞边墙处接触压力较右洞其他部位的值大，达到了65.43 kPa。

4)从二次衬砌混凝土内应力分布来看，左洞混凝土内应力相对较大，与二次衬砌受到的围岩压力相对应，但绝对值较二次衬砌混凝土设计的轴心抗压和抗弯强度均小，也说明二次衬砌混凝土不会受压屈服破坏。

3 结语

通过隧道监控量测，搞清了岔道1号双连拱隧道围岩压力、初支和二衬应力以及衬砌间接触应力的分布规律，探讨了在地形偏压情况下隧道施工对隧道应力的影响。为评价和修改初期支护参数、力学分析及二次衬砌施作时间提供了信息依据。通过信息反馈及预测预报优化了施工组织设计，指导现场施工，确保隧道施工的安全，并为其他类似工程项目提供了第一手信息，提高了浅埋偏压双连拱隧道的修建水平，为今后的设计提供了类比依据。

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