软岩偏压隧道地表沉降规律研究

黄 跃，姜文涛，王 勇

（1.昆明市盘龙区建设工程质量安全监督站，云南 昆明 650041；2.云南省建筑科学研究院，云南 昆明 650223）

0 引 言

云南地区地质条件复杂，围岩复杂多变，部分区域围岩经过强挤压变形，岩石强风化-全风化，岩石强破碎呈松散状，多属软岩。软岩地区的隧道施工技术一直是该领域的研究热点，已有学者针对软岩隧道进行了大量的研究，包括施工工艺、开挖方法、支护理念、施工监测等［1-8］。针对软岩隧道的监控量测，前人的研究主要集中在洞内支护变形，而隧道洞口地表沉降规律的研究相对空白。研究区地表红土覆盖层较厚，通常可达 5～25 m，常因地质、气象原因发生滑坡，而隧道的施工也是造成滑坡的一大因素，所以对隧道地表的沉降规律研究至关重要。

本文基于在建的云南某软岩隧道，通过对地表沉降实测数据的统计分析，深入探讨了软岩隧道地表沉降规律。

1 研究背景

1.1 工程地质条件

本次研究基于对云南某软岩隧道地表沉降数据的统计分析。该隧道为双线分离式隧道，左右线净距 50 m，左侧偏压。该隧道进口山体坡度约 20°，地表红土覆盖层厚约 7 m，根据实际地质情况，隧道入口属浅埋偏压段。隧道围岩为 V2 级，围岩为强-全风化灰岩，围岩破碎程度高，呈松散状，岩石无自稳能力，遇水软化，呈塑性土状，极易变形垮塌。

图1 隧道施工工序图

1.2 隧道施工工艺

该隧道为环形开挖，并预留核心土，通过预留的核心土对掌子面起一个加固作用，使掌子面稳定，减小变形垮塌的概率。掌子面施工超前导管，短进尺开挖，及时架设钢拱架并施工缩脚锚杆，喷射混凝土并封闭掌子面。待围岩应力释放，支护达到稳定后，及时进行二次衬砌。该隧道施工工序如图1所示，图中虚线代表未施工工序。

2 监测方案

根据实际地形条件及规范要求，在周边围岩稳定处埋设 2 个基准点，保证不受施工等外界干扰，以隧道开挖中线为中心，在地表共布设 2 个监控断面，单个监控断面以隧道中线为中心，单排共埋设 9 个点位，观测点间隔为 2 m（见图2），点位按规范用混凝土浇筑，保证其稳定。第一监控断面距洞口约 30 m，第二监控断面距洞口约 60 m。数据采集使用徕卡 LS 10 型水准仪，测量精度符合要求，测量方法严格按照相关规范执行。

图2 地表沉降监测点布置示意图

3 监测结果分析

隧道左线第一排监控断面点位编号从左到右顺序编号左 1-1～1-9，第二排监控断面点位编号从左至右顺序编号为左 2-1～2-9。同样的，右线第一排监控断面点位编号从左至右顺序编号右 1-1～1-9，第二排监控断面点位编号从左至右顺序编号为右 2-1～2-9。

该隧道左右线错尺施工，左线地表稳定后再施工右线，左线开始施工后开始进行左线地表沉降观测。右线施工后，同时对左右线的地表进行沉降观测，待左右线地表均稳定并满足规范要求后，结束观测。图3～图6 为该隧道左右线共四排监控断面的统计，横坐标表示隧道开挖进尺，纵坐标表示单个沉降观测点的累计沉降值。

从图3 中可以看到，掌子面进尺 0～10 m 时，随着掌子面的掘进，地表开始出现沉降，在掌子面进尺至 20～30 m 段时，监测点的沉降速度变快，迅速达到一个较大值，掌子面穿过监控断面后，沉降观测点的沉降速度趋于平缓，并逐渐趋于稳定。

图3 隧道左线第一监测断面沉降分布曲线

图4 隧道左线第二监测断面沉降分布曲线

图5 隧道右线第一监测断面沉降分布曲线

图6 隧道右线第二监测断面沉降规分布曲线

通过图4 可知，随着隧道开挖，因第二监控断面距离隧道洞口较远，受初始施工的影响较小，虽然地表开始沉降，但在 0～20 m 段沉降速率很小，待掌子面掘进到 30 m 处时，沉降速率加快，并一直持续到掌子面进尺 60 m 处，随后沉降速率变小，掌子面开挖至 70 m 处时，沉降达到最大值，地表基本稳定。

在左线隧道掌子面开挖至 70 m 处且地表基本稳定，随后开始右线隧道施工。

综合分析图3 和图5，在可以看出，右线的施工仍然会对左线隧道地表造成扰动，使左线监测点的累计沉降值缓慢增加。对比来看，在掌子面开挖 0～30 m 段时，右线地表沉降速率较左线快，综合现场地形地质特征，解释为右线隧道埋深浅，地表更容易受施工影响。同样的，右线掌子面掘进至 40～60 m 段时，地表沉降速率变慢，掌子面掘进至 60 m 以后，地表沉降已基本稳定。

综合分析图4 和图6，右线的开挖，仍然会对左线第二监控断面产生影响，但影响已经很小，可忽略不计，可认为左线第二监控断面稳定。右线掌子面掘进至 40～60 m 段时，第二监控断面监测点沉降速率变大，掌子面开挖至 70 m 以后，地表趋于稳定。

各沉降监控断面沉降特征如表1所示，同时综合各沉降点的沉降数据综合分析，可以总结出以下地表沉降规律。

表1 监控断面沉降特征

1）隧道洞口整体呈左高右低的缓坡，而左线隧道地表沉降较右线小，第二排监控断面累计沉降值较第一排小，解释为地表沉降值与隧道埋深有关，埋深越深，地表沉降受施工影响越小。

2）同一排沉降监控点，离隧道中线越近，累计沉降值越大，越接近掌子面，受开挖影响越大。

3）可将该隧道地表沉降按照沉降速率划分为 4 个阶段，即开始沉降阶段、加速沉降阶段、缓慢沉降阶段、稳定阶段。在加速沉降阶段结束后，监控点的沉降量可达到最终沉降量的 75 %，在掌子面穿过监控断面10～20 m 后，围岩应力充分释放，地表沉降趋于稳定。

4 结 语

通过对该软岩偏压隧道的地表沉降数据统计分析，根据各监控点的沉降特征，可把地表沉降分为开始沉降阶段、加速沉降阶段、缓慢沉降阶段、稳定阶段。隧道掌子面开始施工，地表开始变形，进入开始沉降阶段，该阶段沉降速率一般较小，累计值一般为 10～30 mm。当隧道施工至监测断面前±10 m 范围时，地表进入加速沉降阶段，该阶段的沉降量可达到总沉降值的 75 %；通过新奥法施工，围岩应力得以释放，待应力释放完以后，地表变形转变为缓慢沉降阶段，掌子面掘进超过监控断面 10～20 m 后，地表趋于稳定，该阶段结束；之后随着掌子面继续掘进，地表沉降速率逐步减小，最终≤0.1 mm/d。左线隧道地表变形进入稳定阶段后，右线隧道的施工仍会对左幅地表产生影响，施工时应考虑并评估可能造成的安全风险。