富水强风化岩区域隧道变形规律现场测试分析

2020-01-18党丁

绿色环保建材 2020年1期

党丁

中交第一公路勘察设计研究院有限公司

1 引言

隧道穿越山岭丘陵地带，不可避免地从沟谷斜坡-低山地貌区经过。而沟谷附近通常有水或者人为水利结构，这给隧道的修建带来了不小的麻烦，另外隧道穿越沟谷斜坡-低山地貌区时通常处于浅埋的状态，上层覆土为杂填土，粉质黏土，强风化岩，透水性良好，故在此类隧道的修建过程需进行防范，防止强风化岩遇水失稳，以期对隧道结构造成的影响降低到最小。例如：安康某隧道处于千枚岩地层中，地表、地下水系发育，隧道开挖的过程中通过监控量测，时刻掌握围岩变形信息，最终安全通过富水区域[1]。关于隧道穿越强风化岩层时隧道变形规律，国内外学者对此类问题的研究大多集中在理论分析、数值模拟、现场工程测试等研究手段。任文峰等依靠土工试验并借助相关设备对寨子岗隧道围岩变形及压力、水平收敛、围岩与初期支护间压力、初期支护与二次衬砌间压力进行了量测，揭示了富水全风化花岗岩地区隧道围岩变形规律与力学特性。邹翀等人依托兴旺峁隧道富水全—强风化砂岩区段的施工实际工程，总结了施工过程中采用的关键技术。依托黄江1 号隧道穿越沟谷斜坡-低山地貌区实际工程，在隧道修建过程中通过监控量测探究富水强风化岩区域隧道变形规律，所得结论以期为隧道支护设计修正、优化和经验积累提供参考。

2 工程概况

黄江1号隧道位于广东省河源市龙川县黄布镇松阳村附近，为分离双洞隧道，测设线间距约21.8m～29.5m，长度约550m，属于中隧道。隧道位于沟谷斜坡-低山地貌区，右侧存在两个鱼塘，隧道进出口端山坡坡度较陡，岩体风化严重，通过钻孔揭示地层从上到下分别为：粉质黏土、碎石土、中-强风化岩体。隧道进出口段，隧道浅埋，围岩主要为粉质黏土和全、强风化层中，局部中风化，土质松散，岩质软，裂隙发育，岩石风化变质作用强，遇水易软化，地形坡度和岩面坡度陡，自稳性差。地下水主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，水量较小，雨季水量较大，开挖易变形坍塌，有渗漏水现象，应进行加固补强，及时做好支护和防排水工作。

3 监控量测布置

监控量测是新奥法三大要素之一，通过多年的工程实践可知通过监控量测可以掌握围岩的动态变化。当隧道开挖上台阶环形区域后，立钢拱架时在拱顶、两侧拱肩位置洞周位移和拱顶下沉初支与围岩间测点，喷射混凝土后，在初期支护上打设拱顶测点，其他测点及压力盒在相关位置开挖后或支护结构施作后设置，围岩形变及受力测点布置按设计依步骤布置。

4 监测结果分析

施工期间对多个布设断面进行长时间的监控量测，取得了诸多数据，从最终变形量来看，围岩失稳区域位于隧道进出口，从黄河一号左右线进出口选取典型断面进行分析，左线进口ZK100+575、右线进口YK100+562、左线出口ZK101+100、右线出口YK101+110，探究富水强风化岩区域隧道变形规律。

4.1 洞周位移和拱顶下沉

在现场监控过程中，洞口浅埋段是监控的重点。根据监测数据分析，如图1所示，监测时长较短时，左右线进出口拱顶累计沉降差距较小，随着监测时长增加，黄江1号隧道左右线出口段拱顶累计沉降整体呈增长趋势，左右线进出口累计沉降差距较大，到监测次数为23-27次时，左右线拱顶累计沉降值几乎保持稳定，而且右线出口段拱顶下沉值相对较大，右线出口YK101+110拱顶下沉累积达到34mm，其次是右线进口YK100+562，拱顶下沉累积达到29mm。相较于右线进出口累计沉降值，左线进出口拱顶累计沉降较小，左线出口ZK101+100 拱顶下沉累积仅为7mm，左线进口ZK101+575 拱顶累积下沉值为14mm，故施工中应该加强对右线隧道监控量测。对隧道周边收敛施工监测数据选取周边收敛测线1进行分析，根据所选取的监测数据显示，如图1所示，黄江1号隧道右线出口YK101+110周边累计收敛值最大，累计收敛值为21.1mm，而且左线进出口收敛明显小于右线进出口，其中左线出口ZK101+100 累计收敛值仅为4.9mm。周边收敛变形规律基本与拱顶下沉变形规律基本一致。结合监控数据及现场施工情况，隧道围岩变形趋势从快速发展到逐渐平稳，发展趋势真实地反映了隧道实际的施工情况。拱顶下沉量主要集中在隧道每次开挖期间1-7d，从曲线发展历程可知，拱顶下沉量除了在上台阶开挖时沉降量较大，在隧道下台阶及仰拱施工时会有小幅度的增长，仰拱闭合后变化趋于平稳并逐渐稳定。

究其原因，左右两侧洞口距离50m，岩性基本一致，强风化石英石岩，由于埋深较浅，地表雨水经常渗入洞室，对围岩造成侵害。右线进口处有两个人工鱼塘，以及排水沟渠存在一定量的地表水，再加上右线隧道进出口开挖时掌子面存在渗水，全风化岩遇水软化，导致围岩稳定性变差。

4.2 初支与围岩间压力

从围岩与初支接触压力监测情况可看出，初期支护与围岩间接触压力一般分布不均匀，施工掘进对右线隧道的影响较小，随着监测时长向前推移（即随着掌子面向前施工掘进），围岩与初支间压力逐渐增加，并总体上趋于稳定。在掌子面距离监测断面小于30m 时，土压力增长迅速，超过30m 后压力增长变缓，并逐渐趋于稳定。监测时间较短时，左线初期支护与围岩压力差别较小，随着监测时长的增加，右线初期支护与围岩压力快速增加，而左右线增速较小，监测时长为25左右时，初期支护与围岩压力保持稳定，另外，通过拱顶、两侧拱肩位置上压力盒数值比较，拱肩位置大压力处于拱顶位置的压力。因此选取左右进出口四个断面右侧拱肩位置的压力时程曲线进行比较。如图1所示：右线出口YK101+110初支与围岩间压力最终值最大，超过了0.7MPa，右线进口YK100+562初支与围岩间压力最终值也接近0.7MPa，但这两个断面的增长趋势并不相同，这一定程度上归结于围岩的扰动。

4.3 初支二衬间应力

从断面的监测结果可知，随监测时长的增加，隧道左右线变化规律基本一致，监测时长较短时，左右线初支与二衬间压力变化曲线基本上保持同一规律，右线初支与二衬间压力较左线大，随监测时长增加，左右线初支与二次衬砌间压力逐渐增加，但增幅较初支与围岩压力增幅小，从断面布设后约20天后监测数据开始趋于稳定。实测断面数据显示在右拱肩位置的初支混凝土应力相对较大。提取右拱肩位置初支二衬间压力盒数值，可以发现，压应力最大值为右线出口YK101+110，四个断面压应力大小关系与初支与围岩间压力大小关系一致，但是发展历程不一样，这一定程度上取决于施工的扰动。从数值上分析最大值约为0.16MPa，属于正常收敛范围。