天平山隧道施工监测研究

杨延伟

监控量测是在隧道开挖期间，使用相应的量测仪表与工具对围岩变化情况、支护结构的工作状态进行量测，及时提供围岩的稳定程度、结构可靠性的安全信息，预见事故与险情，并且作为调整与修改支护设计的依据。在复合式衬砌中，依据量测结果来确定二次衬砌的施作时间，进而实现隧道工程的信息化设计。并利用掌子面附近的量测资料、已施作初期支护隧道的量测资料，对围岩及隧道支护结构当前的和最终的稳定性进行分析，对设计和施工安全进行动态判断。

0工程概况

新建贵阳至广州铁路天平山隧道(DK366+870~DK380+875)，全长14 005 m，最大埋深为775 m，为双线单洞隧道，设计时速250 km，预留进一步提速条件。隧设置0#、1#、2#、3#、4#斜井，六个工作面，是贵广铁路的控制性工程之一。

隧道的主要工程地质问题有：岩溶、有害气体、弱岩爆、软岩变形、断层破碎带突水坍塌等，其中以高地应力下炭质页岩等软岩变形较为突出。

1量测项目及测点布置

试验断面及量测项目如表1、表2所示。测点布置如图1~图2所示。

2量测方法

支护应力、围岩及支护变形(位移)现场测试包括试验段收敛位移、掌子面内部位移、围岩压力、衬砌接触压力、喷混凝土应力、钢架应力、锚杆轴力、二衬混凝土应力等。

①收敛位移监测方法：结合收敛仪和断面仪进行监测，每天量测一次，直至变形基本稳定为止。

②围岩压力及接触压力监测方法：采用振弦式双膜压力盒，频率接收仪进行监测，每天量测一次，直至压力基本稳定为止。

③钢架应力监测方法：采用外贴振弦式应变计，频率接收仪进行监测，每天量测一次，直至压力基本稳定为止。

④支护混凝土应力监测方法：采用埋入式混凝土应变计，频率接收仪进行监测，每天量测一次，直至压力基本稳定为止。

3变形量测解析

现对DK372+660里程上台阶BC测线数据处理采用常用对数曲线，拟合时间-位移曲线，运用双变量统计计算，得到对数回归方程：y=26.985ln(x) +20.65相关系数r=0.992，预测60d后的沉降量共为y=131.13 mm。拱腰收敛变化速率为0mm/d<0.2mm/d；围岩稳定。拟合曲线如图3所示。

从表3可以看出：初期支护围岩压力最大值在右拱脚F处，其值为0.789 MPa，可知隧道在施工时，即使是及时支护，围岩也释放了很大应力，同时，表现出隧道侧压力比较大，侧压力系数比较大。通过对监测值计算，初期支护围岩平均压力为0.34 MPa，二次衬砌接触压力为0.13 MPa，可见， 初期支护衬承担62.2%总荷载，二衬荷载分配系数为37.8%；结合工程经验取二衬荷载分配系数为40%。从对初期支护量测应力上看，除拱顶应力为16．21 MPa比较大外，其余均比较小。喷C20混凝土极限抗压强度为19.4 MPa，同时支护中配有型钢支撑，能大大提高支护抗压抗拉能力，因此结构未被破坏，偏于安全的，二次衬砌承受应力，最大压应力为6.14 MPa，拉应力为0.33 MPa，该段隧道结构是偏于安全的。因此，在天平山隧道软岩大变形地段遵循“短进尺、强支护、快封闭、勤量测、二衬紧跟”的原则进行施工，采用短台阶法施工，实践证明是合理的，是可行的。

5结论

采用常用对数曲线，拟合时间-位移曲线，运用双变量统计计算，可以很好的预测隧道的水平收敛和拱顶下沉趋势，具有重要的实用价值。通过对断面各项压力及应力量测结果分析，结合工程经验在计算中取二衬荷载分配系数为40%。在天平山隧道软岩大变形段，遵循“短进尺、强支护、快封闭、勤量测、二衬紧跟”的原则，采用短台阶法进行施工，实践证明是合理的。

参考文献

[1] 王建宇.隧道工程监测和信息化设计原理[M].北京:中国铁道出版社,1990.

[2] 夏才初.地下工程测试理论与监测技术[M].上海:同济大学出版社,1999.

[3] 康宁.东港城市双线公路隧道的量测与监控[J].隧道及地下工程,1999,3(4):4-5.

[4] 顾延元.北茹隧道开挖过程中围岩稳定的监控量测[J].隧道及地下工程,1997,3(11):87-89.

[4] 李晓红.隧道新奥法及其监控量测技术[M].北京:中国科学出版社,2002.

[5] 刘特洪,林天键.软岩工程的设计理论与施工实践[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.

作者简介：1965.7月生，1989.7月毕业于石家庄铁道学院隧道与地下工程专业，高级工程师

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。