大断面小净距公路隧道现场监测分析研究

陈元忠

(贵州省公路工程集团有限公司)

1 引 言

岩石的力学性态受很多因素的制约和影响，例如岩体生成时的条件、地质的作用影响，如何开挖隧道、支护时机和支护参数等。影响因子越多，对于结果的预测就越困难，想要做出正确反映岩体性态的力学模型并不是一件容易的事情，因而监控测量以及整合分析监控数据是非常必要的程序，最后综合确定出下一步施工方案，完善设计。以可以作为典型的福建省鹤上隧道为例进行分析和研究，展开论述。

2 工程背景介绍

鹤上隧道位于福州国际机场高速公路工程A3 标段，是省内的第一座三车道小净距公路隧道，即使从全国范围来看也属于比较罕见的。隧道所在的路段属于剥蚀低山丘陵地貌。V 级围岩段采用中隔壁法来实施，要在开挖前进行注浆加固，采用复合衬砌，初期支护采用钢支撑、锚杆、钢筋网、喷射混凝土的锚喷支护形式。

3 监测概述

由于围岩的力学性态的模型很难构建，影响因素众多，所以现场施工的监控是必不可少的手段。在进行开挖的时候必然会影响到围岩的稳定性，这很容易发生危险，也很难从理论上进行推算。从前人的经验上来看，方法并没有成体系，不够成熟，这更表明了监测的重要性。分析小间距隧道的特点之后我们能够得知监测的内容主要包括衬砌内力、围岩变形及地表沉降监测，一共设有三个代表性的监测断面和若干一般性监测断面。

4 监测分析研究

(1)拱顶下沉

左右两个洞的拱顶下沉的多角度监测图如图1 所示。

图1 拱顶下沉的纵向分布

在图1 中，对于平均拱顶下沉度来说，左洞比右洞稍微大一些，左右洞的下沉值分别是15 mm 和11 mm，洞口变形大于洞身段，这表明了开发右洞对左洞有着一定程度的影响。

在表1 中，数据显示出围岩变形和稳定的时间跟地质的条件也有着一定的关系，拱顶下沉的变形程度和地质条件成反比的关系，和稳定时间成正比。有了锚喷的支护的五级围岩，开挖的初期拱顶下沉增长较快，下沉速率减小，变形缓慢增长，之后基本达到稳定，对于三、四级的围岩来说，锚喷支护后能更快达到稳定，下沉速率也会有所减缓。

图2 拱顶下沉的时程曲线图

表1 以围岩为分级单位的拱顶下沉统计总值

(2)洞周收敛

在隧道洞口发现浅埋段的岩性较差，使得施工的难度加大，干扰因素多，需要较长时间才能达到稳定。对于V 级围岩，稳定的时间大约需要30 d，IV，III 级围岩大约需要20 d来达到稳定。整体上，水平测线收敛变形比其他测线收敛变形大，可以认为变形主要来自山体两侧，表明围岩水平挤压作用较明显。

(3)地表下沉

图3 K6 +630 断面的各个测点地表的下沉变形分析图

在图3 中，施工开挖对地表地质产生了巨大的影响。左洞中线表明了左洞表面的土壤质地松散，在进行爆破时会有较大的振动。而基岩大多都集中在了中间岩柱上，计算时可以较少的考虑振动因素。右洞是在左洞施工之后进行开挖的，同样经受了多次的扰动和振动爆破，左洞的地表受到了剧烈的影响，开始逐渐下沉。这就解释了为何左洞地表下沉值平均大于右洞。

随着隧道的进一步开挖，地表各测点下沉的波动都会变得较大，上断面开挖和仰拱的开挖对地表下沉的影响较为显著。

(4)围岩内部位移

在隧道地表及洞内同断面埋设多点位移计，对开挖过程中洞周围岩及中间岩柱的位移进行实时监测。

图4 K02 多点位移计观测孔内各个测点位移的时程曲线

图5 K02 多点位移计观测孔内各个测点位移变化的趋势线

在图4 中，隧道洞口周围岩的位移基本流程是先急速变动，接着变化开始趋于缓慢和平稳，最后走向了稳定。隧道开挖的初期，洞周围岩内部各测点的变形很小，当隧道各开挖先后通过监测面的时候，各测点的位移明显增长，同时距离洞周壁面最近测点的位移最大，离洞周距离越远位移就越小。在稳定时间和空间上，仰拱开挖完毕后，测点位移达到最大位移的85% 左右，而当仰拱面通过监测面大约30 m时，各点位移已基本达到稳定。

5 围岩压力的分析研究

5.1 平衡拱模型

完成了理论分析之后还要考虑实际情况。通过实践我们发现施工开始时中夹演的顶部会产生一定程度的形变，通过分析可知引起这一形变的既有附加应力，也有爆破震动造成的位移。还有一些不可忽略的小因素，如支护时间和两侧隧道掌子面距离。我们结合规范单洞隧道荷载的确定方法，建立了完整的深、浅埋小净距隧道的荷载模型。

5.2 中夹岩加固研究

对于V 类围岩段，根据它自身的性质，我们总结出如下经验:把小导管放在中夹岩内部，进行注浆操作，等到凝固以后对强度进行检测，达到要求之后，在洞两侧进行开挖工作。最后对导洞进行初期支护。

面对Ⅳ类围岩段时，先认真分析此类岩体的特点，类似于V类围岩段，预支护是必要的一个程序，待中夹岩的浆体达到预想强度后，再进行开挖。同时在导洞上先喷上一层混凝土。

使用钢垫板锁紧一根锚杆，一端放置在中夹岩，形成预应力，把另一端固定在岩体内，等一切都锁定后再开始注浆。至于中夹岩加固长度的选取，原则上是以中夹岩两侧围岩类别较低一侧的围岩长度为控制设计为参照。

如果在完成隧道初期支护后还能够及时的对隧道进行检测和改进，那么受力条件会越来越好，这样有利于我们下一步的进行，在修建中岩墙的时候，就不会有那么多的限制，位移会变小很多，范围减少，岩墙能够相对稳定，施工总体来说变的更容易进行。

6 分析结论

(1)综合比较隧道左、右两洞的变形和受力状态可知，右洞的状况相比左洞会好一些，设计施工时候应该考虑到右洞对左洞的影响，制定好正确的施工步骤。

(2)隧道的出口中V 级围岩段可以采用中隔壁法分部开挖，不可因为施工程序复杂繁琐就予以排斥，这样之后只会造成更大的麻烦，同时切记在初期阶段能够较好地控制围岩变形。

(3)隧道的变形是时空共同作用的结果，开挖过程中，围岩质量越好，稳定的时间就会越短。

(4)从监测数据分析结果来看，初期支护所起到的作用非常大。初期支护后要检查上断面拱脚是否稳定，这样就可以防止滑移。对下断面的开挖完毕后要马上进行支护措施，保证隧道整体的稳定性。

［1］夏才初，龚建伍，唐颖，等.大断面小净距公路隧道现场监测分析研究［J］.岩石力学与工程学报，2007，26(1).

［2］蔡伟，张晨旭. 小净距公路隧道的研究现状［J］. 山西建筑，2010，36(22).

［3］蔡伟. 小净距隧道施工围岩—结构相互作用的有限元分析［J］.重庆交通大学，2011.