大跨径隧道软弱围岩浅埋段变形特性分析.pdf

3062023年5月工程技术与应用江西建材大跨径隧道软弱围岩浅埋段变形特性分析王兆林福建省建筑科学研究院有限责任公司，福建福州350025摘要：大跨径隧道浅埋段软弱围岩具有强度低、稳定性差等特点，在隧道施工中易引发大变形、崩塌等现象，严重影响了隧道施工和安全。文中以某大跨径隧道软弱围岩浅埋段为研究背景，依据现场监控量测信息，并结合施工工序，综合分析了其变形特性，以期为类似隧道施工变形控制提供参考。关键词：隧道；变形；软弱围岩；监控量测中图分类号：U455文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 5-0 30 6-0 3Analysis of Deformation Characteristics in Shallow Buried Sections of aLarge-Span Tunnel Surrounded by Weak RockWang ZhaolinFujian Academy of Building Sciences Co.Ltd.,Fuzhou,Fujian 350028Abstract:Due to the characteristics of low strength and poor stability,the weak rock surrounding the shallow buried sections of large-spantunnels often leads to significant deformations,collapses,and other phenomena during tunnel construction,which seriously affects constructionprogress and safety.Based on on-site monitoring and measurement information and the construction processes,this study comprehensivelyanalyzes the deformation characteristics of the shallow buried sections of a large-span tunnel surrounded by weak rock.The research findingscan provide reference for deformation control in similar tunnel construction.Key words:Tunnel;Deformation;Weak surrounding rock;Monitoring and measurement0引言公路作为我国经济发展的重要基础设施，以其特有的灵活性、机动性、优越性，在经济发展交流中发挥着不可或缺的作用。不同类型的山岭和丘陵等地区的公路规划建设中，隧道的修建能够减少地形影响，缩短行车里程，因此，隧道的建设在现代的公路建设中得到了广泛应用 。为及时掌握隧道施工过程的状况，剖析施工过程中存在的潜在风险因素，需对隧道进行围岩变形监测。在现场采集监测数据并进行分析，了解隧道围岩变形、受力情况以及初期支护的状态，具有重要意义。某隧道施工监控量测概述1.1工程概况某隧道为双向六车道，路基宽42/32 m，设计速度6 0 km/h的二级公路兼具市政功能标准建设。隧道为四洞小净距-分离式-小净距隧道，总长为150 0.1m。主线隧道长度占公路总长约31.4%。两侧非机动车道、人行道隧道仰拱埋设给水、电力、通讯管线。该隧道横断面包括左侧辅洞、左侧主洞、右侧主洞、右侧辅洞。1.2试验段选取隧道软弱围岩变形监控量测试验段选在里程桩号BK1+608，主要以JTG/T36602020公路隧道施工技术规范为作者简介：王兆林（1990-），男，福建三明人，本科，工程师，主要研究方向为工程监测与检测。依据，根据该软弱围岩隧道试验段实际岩层地质现状，制定更有针对性、专业性的围岩变形监测实施方案，包括监测内容、监测方式、仪器类型、监测频率等 2 。BK1+608地质特征：围岩主要为松散状粉质黏土，隧道开挖易塌，勘察期间地下水位与洞身持平或高于隧道顶板，地下水主要为基岩孔隙裂隙水，呈点滴状，降雨时出水量明显增大，呈淋雨状，其围岩自稳能力极差，极易发生塌现象，处理不当很可能会出现大塌，两侧壁经常发生小塌。基本质量指标修正值BQ 2 50，为V级围岩。根据出口软弱围岩的地质条件特征 3,采取相应的支护参数：里程桩号BK1+608、衬砌形式JZDK-1、32 c m 厚C25砼、25长度4.0 m锚杆、工2 5b间距0.5m钢支撑、超前小导管或大管棚辅助施工措施，试验段BK1+608采用双侧壁导坑法开挖。本文选取的试验段围岩变形监测项目如下。（1）周边位移变形监测。周边位移值的变化直接反映出现阶段围岩收敛情况，能揭示隧道围岩应力状态的变化。通过对围岩周边位移变形量测，根据围岩变形收敛速率来判断围岩稳定程度，进而确定是否可以进行隧道二次衬砌作业 4。（2）拱顶下沉变形监测。与周边位移监测同步进行，两者的测点设于同一横断面内 5。通过测量隧道拱顶内壁点垂直方向的绝对位移值，两次绝对位移值之差即该时间段内的拱顶下沉量。根据拱顶下沉累积量和沉降速率判断围岩稳定状态。2仪器选型及测点布置307江西建材工程技术与应用2023年5月2.1周边位移变形监测采用收敛计进行隧道周边位移变形监测，两次测定的距离之差即为此时间间隔内该断面周边位移值。量测精度为0.01mm，收敛计具体仪器参数指标为：数显示值0.5 30 m，测量范围0.5 30 m，分辨率0.0 lmm，测量精度0.0 1mm，稳定度2 4h内可达到0.0 1mm。电池采用的是氧化银纽扣电池，SR44W1节，电压1.55V，尺寸为410 mm100mm35mm，质量约0.9kg。隧道开挖爆破后，对掌子面进行排险作业，确定安全后沿隧道两侧边墙部位分别埋设测桩，本次周边位移监测点及测线布置见图1。42钻孔GZGYG测量锚杆ADBC挂钩（a）双侧壁导坑法（b）测点锚桩埋设图1监测点及测线布置示意图2.2拱顶下沉变形监测采用水准仪进行隧道拱顶下沉变形监测，测量误差0.2 mm，示值允许误差0.1mm。拱顶下沉变形监测断面测点的布置应与周边位移变形监测测点布置在同一监测断面上，测点须布设在相应拱顶中心位置 6 。如图1所示，钻孔直径可选42mm，测点埋设深度约30 cm。3围岩变形监测成果分析3.1周边位移变形监测2022年5月13日，于BK1+608断面周边位移测点安装埋设并开始观测，时间为2 0 2 2 年5月14日一7 月2 5日。隧道开挖时，临时支护对围岩水平方向挤压较大，且大跨径隧道开挖跨度大，因此，需以AB、CD、A D 收敛线为研究对象进行对比，围岩周边累积位移收敛分布见图2。AB收敛线25CD收敛线/20-一AD收敛线1510505-145-215-286-46-116-186-257-27-97-167-23监测日期（a）累计收敛值与时间关系曲线图(.P.uw）/率X+AB收敛线CD收敛线+AD收敛线2.0-0.55-145-215-286-46-116-186-257-27-97-167-23监测日期（b）收敛速率与时间关系曲线图图2BK1+608周边位移收敛与时间关系曲线从图2（a）可知，AB、CD、A D 收敛累计位移量为2 2.3mm19.8mm、4.1m m，由于开挖过程中大跨度隧道受到拱顶应力逐渐增大的影响，收敛线随之出现扩张的趋势。由图2（b）可知，5月13日，左导坑开挖后的前7 d，其周边位移收敛速率较大，于5月2 4日趋于稳定，AB收敛线周边位移累计值达到10.5mm；6月4日，右导坑开挖，前6 d右导坑周边位移收敛速率较大，于6月11日趋于稳定，CD收敛线周边位移累计值达到12.3mm，右导坑开挖对左导坑周边位移收敛未见明显影响；6 月15日，中导坑开挖，造成左、右导坑围岩扰动，对左、右导坑周边位移收敛产生显著影响，使其进人加速收敛第二阶段，于6 月2 1日趋于稳定，AB、CD 周边位移累计值分别达到2 1.9mm、19.5m m，导致AB、CD 测线分别再次收敛11.4mm、7.2 m m；7 月2 日，左、右导坑钢支撑拆除及仰拱施工，布设在钢支撑的B、C测桩移除，停止AB、CD 测线监测，转向AD测线开始测量。7 月9日，AD周边位移曲线趋于平稳，收敛速率小于0.2 mm/d，其围岩已达到基本稳定状态。3.2拱顶下沉变形监测2022年5月13日，于BK1+608断面拱顶下沉测点安装埋设并开始观测，时间为2 0 2 2 年5月14日一7 月2 5日。施工方式采用双侧壁导坑法进行开挖，即左导坑先进尺，右导坑后进尺，中间导坑最后跟进开挖的方式。拱顶下沉随时间变化曲线见图3。ZG测点50一-G测点40-YG测点30201005-145-215-286-46-116-186-257-27-97-167-23监测日期（a）累计沉降值与时间关系曲线(,p.ww)/率率2 0-ZG测点9.5一-G测点7.5一-YG测点5.53.50.55-145-215-286-46-116-186-257-27-97-167-23监测日期（b）沉降速率与时间关系曲线图3BK1+608拱顶下沉与时间关系曲线图3BK1+608拱顶下沉与时间关系曲线从图3（a）可知，拱顶下沉位移量在开挖后主要有3个阶段较快增长，ZG测点、YG测点、G测点拱顶下沉累计值分别为46.4mm、42.5m m、39.5m m。由图3（b）可知，5月13日，左导坑开挖后的前7 d，左导坑拱顶下沉速率较大，于5月2 4日趋于稳定，ZG测点拱顶下沉累计值达到2 4.3mm；6 月4日，右导坑开挖，前6 d右导坑拱顶下沉速率较大，于6 月11日趋于稳定，YG测点拱顶下沉累计值达到19.2 mm，右导坑开挖对左导坑拱顶沉降未见明显影响；6 月15日，中导坑开挖，中导坑拱顶沉降速率前期较大，中导坑开挖造成左、右导坑围岩扰动，对左、右导坑拱顶沉降产生显著影响，使其进入加速沉降第二阶段，于6 月2 1日围岩趋于稳定，ZG测点、YG测点拱顶下沉累计值分别达到39.2 mm、36.3m m，中导坑开挖导致ZG测点、YG测点拱顶分别再次下沉14.9mm、17.1m m；7 月2 日，左、右导坑钢支撑拆除及仰拱施工，再次对整体围岩造成扰动，ZG测点、YG测点、G测点拱顶沉降速率再次快速增大，于7 月9日拱顶沉降开始趋于稳定，其拱顶下沉累计值分别达到46.4mm、（下转第310 页）310：上接第30 7 页）2023年5月江西建材工程技术与应用2mm和6 mm以下。4工程质量验收4.1联锁砌块路面的整体质量验收对其各项重要指标进行检测，检测结果如表4所示。表4联锁砌块路面面层质量检测结果项目检验方法检测值最大允许误差平整度/mm3m直尺测量3.75宽度/mm尺测162接缝宽度/mm尺测0.621相邻块高差/mm尺测0.982纵断高程/mm水准仪测量7.510横坡度/%水准仪测量0.090.25与井框高差/mm尺测03.65由表4可知，本次水泥混凝土联锁砌块路面面层施工中，各项主要指标均符合行业标准CJJ791998连锁型路面砖路面施工及验收规程的相关规定，证明整体施工质量符合预期。4.2路面弯沉情况检测本环节检测采用抽样检测的方式进行，选择目标路段左侧的一个区间和右侧的另外一个区间进行检测，两个区间分别抽检2 5个点位，检测结果如表5所示。表5弯沉检测结果mm检测区间弯沉检测值最大允许值（设计值）K55+250-K28+72016.320.8K55+720-K56+10016.420.842.7mm、38.5m m，左、右导坑钢支撑拆除及仰拱施工导致ZG测点、YG测点、G测点拱顶分别再下沉7.2 mm、6.4m m、11.2 m m。随后，ZG测点、YG测点、G测点累计拱顶下沉趋于平稳，拱顶沉降速率均小于0.2 mm/d，其围岩已达到基本稳定状态。3.3围岩变形监测总结根据该隧道试验段实际岩层地质情况、设计文件要求的支护方式及相关规范标准文件的技术要求，制定针对性、专业性的大跨径隧道软弱围岩浅埋段变形监测方案，对隧道施工期间的围岩变形特征、规律进行了深入分析、研究和总结 7 ,得到以下结论。随着该试验段隧道往前开挖掘进、围岩应力释放以及临近导坑开挖掘进，依据拱顶下沉、围岩周边位移的监测成果，围岩由前期急剧变形逐渐达到稳定状态。而采取双侧壁导坑法开挖方式，主要有3个快速变形阶段：自身隧洞开挖引起围岩变形、中导坑开挖造成围岩再次扰动引起变形、钢支撑拆除及仰拱施工对围岩造成第三次扰动引起变形。右导坑隧洞开挖，对左导坑围岩变形未产生明显影响；中导坑位居左、右导坑中间，在开挖中导坑时，对左、右导坑围岩变形均产生较大影响。左、右导坑钢支撑拆除及仰拱施工对围岩造成扰动，引发围岩再次出现不稳定状态，加速试验段围岩变形。4结语由表5可见，本次检测得到的弯沉检测值均明显低于设计和规范所要求的最大允许值，证明本次施工的路段在路面弯沉方面的指标符合设计及规范要求，可以通过验收。5结语综上所述，本次施工的各项主要指标均符合预期要求，证明水泥混凝土砌块公路路面施工的实效性较好。但在今后的工作中，仍需要结合现场交通流量的不同需求与现场通过车辆设计吨位的需求，在充分掌握砼路面的设计及施工相关理论的基础上，优化施工技术，以进一步提升施工质量，延长公路使用寿命。参考文献1侯荣国，赵晓晴，王选仓，等.长寿命路面结构设计与寿命预估J.长安大学学报（自然科学版），2 0 0 8，2 8（2）：2 2-2 5.【2 王佳梅.高速公路服务区水泥混凝土路面施工技术要点J】.交通世界，2 0 2 2（2 6）：8 5-8 7.3洪宇.隧道内抗滑降噪水泥混凝土路面关键施工工艺研究J.山西交通科技，2 0 2 2（4）：52-54，6 1.4张绍权.农村公路水泥混凝土路面施工工艺研究J.交通世界，2022（2 2）：141-143.5 刘康照.高速公路工程水泥混凝土路面施工技术分析J.运输经理世界，2 0 2 2（2 0）：17-19.63王素华.公路水泥混凝土路面施工技术要点研究J.交通世界，2022（18）:8 8-9 0.大跨径隧道软弱围岩浅埋段变形监测在隧道施工中的应用具有非常重要的意义。施工过程中，对隧道围岩进行拱顶下沉、周边位移等围岩变形监测，在现场采集准确可靠的数据并进行数据处理分析，结合施工工序，综合分析其变形特性，判断围岩整体的稳定情况，降低隧道现场施工因围岩不稳定变形而造成安全事故的几率，确保隧道施工安全进行，同时也为隧道动态施工提供参考。参考文献【1廖巧玲，赵启雄，戴军双.侧壁导坑法在大跨度软弱围岩隧道的应用J】.西部交通科技，2 0 2 0（3）：10 1-10 4.2吴联迎.基于激光辅助隧道拱顶下沉监测的研究J.江西建材，2022(12):174-176.3侯兴龙.公路隧道施工中的现场监控量测技术分析J】.建筑设计,2 0 2 0,49(9):52-54.4姚士磊，何伟.复杂地质环境下山岭隧道监控量测技术研究【J工程建设与设计，2 0 2 0（3）：92-94.5刘熙媛，孙岳东，杨小明，等.公路隧道施工监控量测方法对比研究J】.中外公路，2 0 2 1，41（1）：159-16 4.【6】罗朝勇.高速公路隧道监控量测与实施【J】.交通科技，2 0 2 1(5):129-130.【7 王万锋，赵凯，蔡元成，等.软弱围岩地段断层形态对大断面隧道的稳定性影响分析J.河北工程大学学报，2 0 2 3（3）：6 6-7 4.