小净距隧道浅埋段围岩监测分析

颜永刚

小净距隧道浅埋段围岩监测分析

颜永刚

(吉安市建设监理中心井冈山分站，江西，井冈山 343600)

为了研究隧道浅埋段岩体位移与应力动态过程，针对小净距隧道浅埋段的工程特点，对某隧道的岩体位移、支护压力进行了监测，在分析了监测结果的基础上，采用数值模拟技术，对小净距隧道浅埋段围岩动态过程进行了仿真分析。其研究结果表明：小净距隧道浅埋段中夹岩柱岩体总是向开挖侧洞室发生形变且同一断面双线间支护压力区别较大，先行洞支护压力较后行洞高。

小净距隧道；浅埋；数值分析；围岩监测

我国正处于交通设施建设的高峰期，交通路线越来越多地向山区延伸，为了优化线形和节约运营成本，隧道的数量和形式也日益繁多，受地形与地质条件的约束，部分隧道不得不缩小双线隧道净距，而联拱隧道依旧存在着施工复杂和防排水质量难以保证等缺点，所以小净距隧道就成为了常见的山岭隧道存在形式，而小净距隧道的进口段围岩破碎，岩体自稳能力差，是隧道施工中的重点、难点，所以采用工程实测和数值模拟技术对小净距隧道浅埋段围岩的应力和位移动态过程就显得尤为重要。

1 围岩监测技术

对围岩、支护的应力和位移进行分析，可以全面的分析围岩及隧道结构的受力、变形状况，准确评定支护结构参数的安全性和经济性，为施工优化提供指导，最终达到安全、优质、经济的目的。

1.1 围岩体内位移监测

考虑到监测围岩体内位移的目的掌握围岩位移的总体动态特征，采用单点位移计即可，根据工程经验确定围岩松弛范围，在留有一定富余度的基础上，确定位移计长度为4 m，断面布设位置如图1所示。

图1 岩体内位移量测断面布置示意图

1.2 围岩与支护间压力监测

压力量测一般采用压力盒测量，为了监测小净距隧道的围岩应力变化过程并分析左右洞室间的相互影响，特将左右洞压力盒布设于同一断面，断面布设位置如图2所示。

图2 支护压力量测断面布置示意图

1.3 锚杆轴力监测

锚杆轴力测试的目的在于通过锚杆实测轴力分析锚杆的真实受力状态，结合围岩的物理力学特征参数，可以判断锚杆是否符合施工需要和锚杆参数优化，断面布设位置如图3所示。

图3 锚杆轴力量测断面布置示意图

2 数值仿真建模与分析

2.1 数值仿真模型

根据问题的需要和实际工程情况，选取了某隧道典型断面为原型建立了小净距隧道洞口段二维计算模型，该断面埋深25 m，中夹岩柱厚18.38 m，模型左右边界取90 m，上边界取至自由面，下边界取为隧底26 m，隧道模型的纵向为Y方向，横向为X方向，竖向为Z方向。在断面相应位置设置监测点监测岩体和结构的内力与位移。

设置模型的边界条件：模型左右边界（x方向）约束x方向位移；前后边界（y方向）约束y方向位移；底面约束xyz方向位移，将常年平均水位设定为自由水面，采用分阶段塑性求解法生成模型的初始地应力场。

图4 初始地应力等值云图

数值计算中对初支及超前支护采用实体单元进行等效的方法予以考虑，围岩物理力学参数结合地质勘查资料参照相关规范[1-6]，力学参数如表1所示。

表1 结构计算参数表

2.2 地应力场的形成与地应力释放

隧址处受地形切割严重，受构造影响不大。另外，隧址处斜坡植被较发育，隧道区无滑坡、崩塌、泥石流、采空区、岩溶等不良地质现象。因此，东高岭隧道初始应力场由重力控制。

采用地层结构法计算时，通过对释放荷载设置释放系数控制初支与二衬的受力，以使初支与二衬能达到较为合理的受力状态共同承受释放荷载的作用，结合《公路隧道设计规范》(JTG70-2004）确定释放荷载分担比例为60%：40%。

2.3 数值仿真步骤

按照实际施工情况确定四个数值计算步骤，见表2。

表2 数值计算步骤

3 计算结果分析

为了分析左右线间中夹岩柱的动态过程，将数值计算结果和工程实测值进行对比分析，图5和图6分别是左、右洞中夹岩壁侧岩体内位移值，由图可知，当左洞洞室开挖后，中夹岩壁岩体整体向左侧位移，当右洞开挖后，岩体位移方向又改向右侧。量测仪器是在第一施工步骤之后埋设的，所以实测值初始值在第二施工步骤，从图中曲线来看，实测值与计算值变化趋势基本一致，只是数值有一定偏差，这是由量测技术的不足和计算方法造成的。

图5 左洞中夹岩壁侧围岩位移曲线图

图6 右洞中夹岩壁侧围岩位移曲线图

中夹岩壁围岩与支护间压力上升，此后右洞开挖，压力值有所下降。而右洞作为后行洞图7和图8分别是左、右洞中夹岩壁侧围岩与支护间压力值变化曲线，由图可知，左洞开挖会引起左洞，围岩与支护间压力不及左洞高。

图7 左洞中夹岩壁侧支护压力曲线图

图8 右洞中夹岩壁侧支护压力曲线图

综上述，小净距隧道浅埋段中夹岩柱岩体总是向开挖侧洞室发生形变，同一断面双线间支护压力区别较大，先行洞支护压力较后行洞高。

4 影响因素分析

对比不同断面的监测数据可知，围岩压力和位移动态过程与岩体质量密切相关，岩体质量越高，岩体自稳能力越好，围岩形变与支护间压力亦小；不同的施工方法所引起的围岩形变与位移也不尽相同，全断面开挖在开挖阶段释放的应变能较大，监测到的围岩形变和压力较小，分步开挖的扰动次数较多，围岩相对破碎，围岩形变与压力动态过程更久。

5 结论

本文结合工程实例，采用工程实测和数值计算的技术手段，研究结果表明：小净距隧道浅埋段中夹岩柱岩体总是向开挖侧洞室发生形变且同一断面双线间支护压力区别较大，先行洞支护压力较后行洞高。

[1] 重庆交通科研设计院, JTG D70-2004.公路隧道设计规范[S]. 北京:人民交通出版社, 2004.

[2] 彭 琦. 浅埋偏压小净距隧道围岩压力机施工力学研究[D].长沙:中南大学,2008.

[3] 靳晓光,刘伟,秦峰,等.高速公路小净距隧道施工方法探讨[J].铁道工程学报,2004(2):63-68.

[4] 张传庆,冯夏庭,周辉,等.应力释放法在隧洞开挖模拟中若干问题的研究[J].岩土力学,2008,29(5):1174-1180.

[5] 赵勇.隧道围岩动态变形规律及控制技术研究[J].北京交通大学学报,2010,34(4):1-4.

[6] 李树鹏.小净距隧道的施工监控量测和围岩稳定性的数值模拟研究[D].武汉:武汉理工大学,2008.

RESEARCH ON MONITORING AND ANALYSIS OF SURROUNDING ROCK DEFORMATION IN TUNNEL SHALLOW SECTION WITH SMALL NET SPAN

YAN Yong-guang

(Ji’an city construction supervision center of Jinggangshan sub-station ，Jinggangshan，Jiangxi 343600，China )

In order to study the displacement and stress dynamic process of shallow-buried section of tunnel rock, we monitor the tunnel rock displacement and the supporting pressure for the engineering characteristics of tunnel shallow section with small net span. Based on the analysis of the monitoring results of the foundation, the simulation and analysis of dynamic process for the tunnel shallow section with small net span are carried out with numerical simulation technology. The research results show that the small spacing tunnel shallow buried section of middle rock wall rock tunnel excavation is always to lateral deformation and has the same cross section between a larger difference between double support pressure, first hole after hole support pressure is high.

small spacing tunnel; shallow; numerical analysis; monitoring of surrounding rock

TH112

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2012.04.019

1674-8085(2012)04-0081-03

2012-01-18；

2012-05-16

颜永刚(1978-)，男，江西井冈山人，助理工程师，主要从事工程监理工作(E-mail: 43376812@qq.com).