软弱围岩隧道初期支护监控量测与围岩稳定性分析
2017-08-23王文利
王文利
摘 要：随着铁路隧道工程建设的不断进步，为了确定三棱山隧道进行开挖后围岩和初期支护结构的稳定性，该文通过对隧道的现场监控量测，选取3个监测断面，对隧道围岩沉降收敛值、初喷混凝土和钢拱架受力进行了监控量测，对监测结果进行了分析，确认隧道围岩应力动态及发展趋势、围岩稳定性、最终位移量以及初期支护的合理性，评价围岩结构的稳定性和安全性，对隧道的安全施工提供了重要的理论支持，确保隧道围岩和初期支護的长期稳定。
关键词：三棱山隧道 初期支护 监控量测 围岩稳定性
中图分类号：U456 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（b）-0090-03
隧道监控量测及信息反馈技术是新奥法修建隧道的主要内容之一，由于隧道施工的环境越来越恶劣，工序越来越繁琐，围岩和衬砌将受到多次扰动，衬砌结构本身的稳定性也决定着工程安全和质量的重要标准，于是对衬砌结构进行了变形和受力监控量测，对数据进行了数学统计分析，得出衬砌结构在施工中的动态变化，保证现场施工安全。
1 工程概况与监控测点布置
1.1 工程概况
中国路桥承建京沈客专辽宁段TJ-1标三棱山隧道位于辽宁省朝阳市、阜新市境内，隧道全长8 888 m。隧道进口位于北票市马友营乡东台子村，与101国道相邻。隧道进口起始里程为DK493+415，设计为纵坡为4.8‰的单面下坡，共承担2 930 m的施工任务。
1.2 测试项目与断面选取
根据三棱山隧道实际地质条件，围岩稳定性和初期支护受力特性测试项目包括：拱顶沉降、周边收敛、喷混凝土应力、钢架应力，选取断面里程为DK494+540、DK494+550、DK494+560，共布置3个监测断面，测点布置图见图1。
2 监测结果与分析
2.1 拱顶沉降和水平收敛
（1）拱顶沉降与水平收敛变形随时间逐渐增大的趋势基本一致，但拱顶沉降值较水平收敛值要大，断面1沉降量最大，最大沉降值为15.7 mm，最小沉降值为9.5 mm，断面3收敛量最大，最大收敛量为10.6 mm，最小收敛量为6.4 mm，拱顶沉降对隧道施工影响更大（图2）。
（2）拱顶沉降在开挖后初期数值增长较快，变形速率较大，当监测10 d后，拱顶沉降增长速率逐渐减小，该断面在监测开挖18 d时，拱顶沉降速度小于规范值，拱顶沉降值处于稳定状态，最终拱顶沉降量占总沉降量的91%，说明在隧道进行支护后的围岩变形得到了控制，使隧道处于稳定状态。
2.2 钢架应力
三棱山隧道各监测断面钢架应力变化规律如图3～图5所示。
（1）钢架应力受力初期增加速度较快且基本都呈现出受压的特点，说明围岩岩体自承能力相对较差，体现了钢拱架在隧道围岩支护中的作用，但压应力值都非常小，远小于钢架的抗压强度设计值，整条曲线最终都趋于平缓稳定，说明开挖后围岩逐步达到稳定状态，初期支护结构处于安全状态。
（2）通过数据分析，对于钢支撑内力呈现出拱腰大、拱脚小的状态，根据图3可反映，断面隧道拱腰部位的钢拱架应力值较其他部位较大，说明拱腰的钢支撑受力较大，其中接近拱部围岩的钢拱架最大应力值达到了36 MPa，拱脚处钢拱架应力值为7.3 MPa，都远小于钢架应力值，说明了钢架在围岩支护上的作用得到了充分的体现。
2.3 初喷混凝土应力
作用在初期支护上的围岩压力转化为喷混凝土的应力，测量数据处理后将3个断面相同位置应力值绘制到一个图中，得到3个断面处5个位置应力与与时间关系曲线分别如图6～图10所示所示。
（1）大部分测点喷混凝土应力随时间发展成单调递增现象，在初期开始增加速度较快，反映混凝土支护发挥了其支护作用，其中混凝土应力变化曲线也受到隧道其他工序的扰动而发生不规律变化，但总体来看混凝土应力变化量较小，说明隧道在初期支护的情况下围岩较为稳定。
（2）从数据分析可得边墙所受压应力最大，最大值达到12 MPa，拱顶压应力值较小，但其值远远小于混凝土衬砌的强度极限30 MPa，表明隧道支护结构有效地控制了隧道的沉降。
3 结语
拱腰钢拱架拱部受力较大，远大于边墙，这一方面受开挖方法的影响，另一方面是由于围岩破碎，在重力作用下使钢拱架拱部应力较大；监测断面拱顶沉降、周边收敛量都较小，说明围岩稳定性较好，充分发挥了围岩的自承能力，有效地控制了围岩的变形，而使围岩压力不是很大。
参考文献
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