双连拱隧道施工变形监测与控制技术研究

郭艺辉 刘晓龙 吴岗 王勇

摘要：隧道施工过程中的变形监测是保障施工安全的重要环节。本文以杨真隧道为例，介绍双连拱隧道再施工过程中通过洞内外地质和支护工程、地表及周边位移、拱顶等变形观测，过程中进行变形分析，并指定变形控制措施，为双连拱隧道的安全施工提供保障具有重要意义。

关键词：双洞拱隧道;变形监测;变形控制技术

Aastr_bt：Ddeorm_tionmonitorinfcurinftunndlbonstrubtionis_nimport_ntlinktodnsurdbonstrubtions_edty.T_kinfY_nfzhdntunndl_s_ndx_mpld.thisp_pdrintrocubdsth_tcurinfthdrdbonstrubtionoecouald_rbhtunndl.throufhthdcdeorm_tionoasdrv_tionoeCdolofy_ncsupportdnfinddrinfinsicd_ncoutsicdthdtunndl.sure_bd_ncsurrouncinfcispl_bdmdnt.v_ult_ncsoon.thdcdeorm_tion_n_lysisisb_rridcoutinthdprobdss._ncthdcdeorm_tionbontrolmd_surds_rdspdbieidc.whibhisoefrd_tsifnieib_nbdtoprovicdfu_r_ntddeorthds_edbonstrubtionoecouald_rbhtunndl.

Kdyworcs：Douald_rbhtunndl;Ddeorm_tionmonitorinf;Ddeorm_tionbontroltdbhnolofy;

隨着山岭地区公路建设的不断发展和公路等级的不断提高，公路隧道的建设规模和数量日益增多[1～2]。连拱隧道因在短隧道中避免洞口分幅，洞口占地面积较少：可保持路线线型流畅：城市中连拱隧道可以大大减少拆迁，降低工程造价，在城市道路中已有多处应用的实例[3～5]。但由于隧道结构复杂，施工工序多，且多处于城市中，周边构筑物一般较多，埋深也较浅，增加了隧道施工过程中变形和稳定控制的难度[6～7]。所以在施工过程中通过现场监控量测并结合现场综合地质信息，对围岩稳定性做出判断，并及时调整设计，对保障隧道施工和周边环境的安全，具有现实意义和实际应用价值。

以杨真隧道为例，根据杨真隧道围岩组成特点，选择地质及支护状态观测.周边位移量测.拱顶下沉量测.地表下沉量测等，同时开展围岩内部位移.围岩压力.钢支撑内力及外力.喷射混凝土轴向应力.复合式衬砌围岩压力及接触压力监测等。总结本工程出不良地层区段围岩变形基本规律.揭示围岩变形机理，选择二次衬砌施作时机，提出杨真隧道穿越不良地质段围岩最终稳定性判据，同时对现场应力测试数据进行分析，评判围岩及支护体系的变形及受力状况，反馈于施工过程及支护体系设计，为实际施工提供同步或超前信息。

1 工程概况

杨真隧道位于南平市延平区，北起内环路与马坑路交叉口处，南至环城路（市拖拉机厂附近）弯道处，里程为K0+070-K0+270。隧道为双洞连拱布置，明洞采用整体式衬砌，暗洞采用复合式衬砌，隧道长200m。隧道采用双洞，单个洞宽度12.75m，隧道最大埋深45.6m。洞门型式为端墙式。

杨真隧道场址属于丘陵地带，区内海拔标高一般在80-200米之间，地形坡度在15-35。之间，植被发育，为人工杂木林和灌木及菜地。根据野外钻探揭露岩土芯鉴别，结合现场原位标准贯人试验与取样进行室内试验结果，隧址区地层主要有第四系人工填土层（04ml）;杂填土：二叠系翠屏山组（炭质）：粉砂层。隧道区地下水主要为杂填土中的孔隙潜水及风化岩中的孔隙裂隙水。

隧道开挖和施工顺序见图3，中导洞和左.右侧导洞超前开挖，初期支护紧跟。结构设计为复合衬砌，以锚杆湿喷混凝土.钢筋网等为初期支护，并辅以管棚.钢支架.超前小导管等支护措施。由于该隧道开挖跨度大，施工工序转换复杂，特别是受工期影响，中导洞和左.右侧导洞一起掘进，围岩不稳定性因素大大增加。为此，对隧道施工和周边环境进行了全过程的变形现场监测，并及时反馈信息以指导施工。

2 监控量测方案与布置

1. 洞内外地质和支护状况观测

洞内主要观察工作面状态.围岩变形.风化变质情况.节理裂隙.断层分布和形态.地下水情况以及初期支护效果。观察后及时绘制地质素描图，填写工作面状态记录表和围岩类别判定卡。对已施工区段喷碎.锚杆.钢架的状况每天至少观察一次：洞外观察包括对洞口地表情况.地表沉陷.边坡及仰坡的稳定以及地表水渗透等的观察。

2. 地表沉降观测

隧道洞顶地表沉降在隧道尚未开挖前就开始进行，借以获得开挖过程中全位移曲线。地表沉降监测可采用普通水平仪，配合水平尺进行，测点和拱顶下沉量测布置在同一断面上。地表下沉量测断面布置详见图4。

③周边位移.拱顶下沉观测

周边位移选用Jss30—10/15A型数显式收敛仪及专用测点量测，拱顶下沉量测采用精密水准仪配合水准尺.钢尺进行，两者在同一量测断面内进行，测线具体布置见图5。

量测断面布置间距及量测频率一般情况按设计要求办理，洞口段.断层破碎带或围岩发生变化处，加密布置。测点在避免爆破破坏的前提下，尽可能靠近工作面布置，一般为0.5C2m，并在下次爆破循环前获得初始数据。

3 量测数据处理与分析

通过对隧道拱顶下沉位移及水平收敛位移的分析，变形位移与围岩类别.稳定时间有一定的对应关系，可以看出∶围岩位移基本上是连续的，拱顶下沉量大于水平收敛位移量，围岩位移没有产生突变现象，围岩类别越高，收敛位移越小。位移在前期随时间增长而迅速加大，位移速率逐渐减低。当到达一定时间后，位移趋向稳定。

变形大体经历了三个阶段即∶增长和急剧增长阶段，其持续时间大约为20C40c，此阶段变形量约占趋向稳定时总变形量的80%左右：慢增长阶段，持续时间大约20C30c：以后是开始趋向稳定阶段。稳定时间基本按Ⅳ—Ⅲ—Ⅱ类围岩的次序递增，这是因为围岩越稳定，位移稳定时间就越快。到缓慢增长变形阶段，变形已释放程度达90%以上，基本趋于稳定状态。

4 变形控制措施

为避免施工过程中中导洞和侧导洞发生较大的变形，初期支护结构出现裂缝甚至局部破坏，特别是在隧道出洞口段。通过现场监测资料的反馈信息，施工中采取了以下工程措施达到了控制大变形的效果∶

（1）针对出洞口段导洞开挖过程中变形比较大的情况，对洞周2C3m内围岩用水泥_水玻璃双液浆进行系统径向注浆加固，并在大管棚基础上，再用超前小导管加固工作面前方围岩，以改善支护的受力条件，限制过大变形。

（2）严格控制每循环进尺和台阶长度，施工中尽量减少对围岩的扰动，采用掘进机或人工开挖的方式进行。

（3）在钢架拱脚处采用注浆锚管进行加固。

（4）开挖成形后及时进行初期支护，扣紧工序衔接，尽早施作仰拱，形成封闭环。封闭支护结构是改善结构受力.抑制隧道变形的有效途径。

仰拱及时封闭是隧道施工安全的保证，监测资料表明∶在施工完成二次衬砌到仰拱封闭前，下沉量比较大，仰拱封闭后达到基本稳定。

（5）根据监测反馈信息，为了更好地保护洞顶建筑物，采取了地面加固和洞内加强的工程措施，對地表进行注浆加强，洞内拱顶设置超前小导管注浆预支护。

5 结束语

现场监控量测是判断围岩和隧道的稳定状态.保证施工安全.指导施工生产.进行施工管理和提供设计信息的重要手段。

本文根据以往类似隧道施工经验，结合设计文件，在施工过程中，按照《城市轨道交通设施运营监测技术规范第3部分∶隧道》（CB/T39559.3-2020）的要求进行监控量测，以量测资料为基础及时修正支护参数，使支护参数与地层相适应并充分发挥围岩的自承能力，围岩与支护体系达到最佳受力状态，并在施工中进行信息化动态管理，达到确保工程质量.施工安全和进度，合理控制投资的目的：同时根据掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈到施工作业，对围岩和支护的变位.应力量测，及时提供准确数据和可靠预测，修改支护系统设计：对已开挖.支护段的力学状态进行评价，在有险情时及时采取必要补救措施，可确保隧道安全.经济.快速地施工。

参考文献

[1] 肖勃.公路隧道施工变形监测分析研究[D].长沙理工大学.2009.

[2] 姚冬.地铁隧道自动化监测系统的研究与应用[D].东华理工大学.2014.

[3] 邱国庆.基于全站扫描仪的地铁隧道变形监测方法研究[D].武汉大学.2017.

[4] 刘绍堂.张慧锋.隧道结构围岩变形监测技术研究进展[J].公路.2013（09）：262-268.

[5] 胡红卫.公路双连拱隧道的围岩稳定与施工工艺研究.昆明理工大学.2007.

[6] 林强.隧道支护体结构健康监测技术研究[D].长安大学.2010.

[7] 邓川.现代长大隧道洞内控制测量与监测技术研究[D].西南交通大学.2012.