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1、公路 隧道 2 0 1 2年第 1期 总第 7 7期 斑竹林 隧道 软弱 围岩 段施工监控量测分 析 高攀科 陕西铁路工程职业技术学院陕西渭南7 1 4 0 0 0 摘 要通过斑竹林隧道软弱围岩洞段台阶法施工典型断面必测项 目 进行现场监控量测 对监测数据进行分析 研究 并采用一次负指数函数分段进行回归分析 总结出围岩变形的基本规律 确定了二次衬砌 的合理施作时间 指导施 工实践 关键词隧道软弱围岩监控量测 回归分析 1 工程概 况 斑竹林隧道位于重庆市黔江区正城南办事处南 家村境内 为 1 座上 下行分离 的 4车道高速公路特 长隧道 斑竹 林 隧道 左线 全 长 3 2 7 5 m 右 线
2、全 长 3 3 1 0 m 最大埋深 2 9 8 m 选择采用 断面利用率高 承载力较好的三心圆曲墙式衬砌 断面 其净空宽度 1 0 5 0 m 净高为 5 0 m 隧道穿越 岩性为页岩 砂 质页岩 粉沙岩 局部互层状发育 以较软岩为主 斑竹林隧道岩层呈 近水平状分布 且层 间结合 较差 隧道拱 部 围岩容易 失稳 软弱 围岩洞段 为 V 级 2 监测实施方案 2 1 监测内容及频率 必测项 目为 日常施工管理必须进行 的量测 监 测 内容主要包括拱顶下沉和周边水平收敛 其量测 方法简单 可靠性高 费用少 对修改设计 指导施工 所起的作用较 大 监测频度 与监测次 数如表 I所 示 表 i 监
3、测频度 与监测次数 频度 i 1 5天 l 6 天 1 个月 1 3 个 月 大于 3 个月 次数 I 2 次 天 i 次 2天 2 次 周 3 次 月 2 2 测点布设 斑竹林 隧道右线软弱 围岩洞段 为 V级围岩 受 地下水作用影 响强烈 风 化 破 碎 自稳 能力较差 本段监控量测项 目采取每 隔 1 0 m设 置一个 必测 项 目监测断面 洞身 级围岩段每隔 2 0 m设 置一个必 测项 目监测断面 每个必测 断面埋设拱顶下沉测点 3个 埋设拱腰周边水平收敛测点 1 对 上测线 边 墙周边水平收敛测点 l对 下测线 隧道开挖后 马上进行埋置测点 并及时进行量测 图 1 图 I 监控量测
4、必测项 目测点布置 3 现场监控量测分析 隧洞开挖后产生的洞周收敛变形主要来 自于开 挖 对于坚硬岩体 一般来讲洞周 的内空 收敛变形 主要来源于隧道的开挖 但对于软弱岩体和极软岩 体来讲 则与坚硬岩体 大不 相 同 围岩不仅变形 量 大 其变形规律也 比较特殊 如何正确认识软弱围 岩的变形规律 是正确进行隧道设计和安全施工首 先必须解决的问题E q 为了解决斑竹林 隧道遇到 的这一问题 施工过 程 中进行 了大量软弱围岩变形观测和测定 现选取 右线软弱围岩洞段典型监测断面分析如下 3 1 软弱围岩变形特征分析 斑竹林隧道软弱围岩洞段典型监测断面 YK3 6 6 2 0拱顶 3个测点的拱顶下沉
5、变化 曲线 在下台 阶开挖以前 拱顶 3 个测 点的变化 曲线趋势基本相 同 见 图 2和图 4 上 台阶开挖后 2 8 d 拱顶下沉变 化基本趋于稳定 此时左边测点的的下沉量最小 为 1 8 2 0 ram 中间测点 的下沉量为 1 9 3 i mm 右边测 点的下沉量最大为 2 3 2 9 ram 这说明该断面存在明 显 的偏压 通过现场分析 其原 因为倾斜状结构的 围岩层间粘结力差 并伴 随有少量节理裂隙切割构 成的地质构造偏压 下台 阶开挖后 拱顶 3个测点 2 7 公路隧道 2 0 1 2年第 1 期 总第 7 7期 的下沉量有一定程度的突变 但幅度都不大 一周后 3 个测点 的基本
6、处于稳定状态 上测线 的收敛值在 下 台阶开挖后有明显增长 增长量较大 1 0 d后上测 线和下测线 的收敛均趋于稳定状态 此外从位移时 间曲线图中还可以看 在下台阶开挖前与开挖后 拱顶下沉与周边收敛大致都经 历了 3个阶段 急剧 变形阶段 缓和变形阶段及基本稳定阶段 该监测断面围岩变形速率如图 3和图 5所示 拱顶 3 个测点在该断面上台阶开挖后 开始的 5 d内 沉降速率较大 并在前 4 d内出现明显波动 上台阶 开挖后第 3 d右侧点的沉 降速率最大 为 3 5 2 mm 唇 iI 1 llll l1 L 一 1 4 毒 一 一 右边测 点一 一 中间测 点 7 一左边测点 时 间 d
7、O 一 重 此后 3个测点的沉 降速率成急剧下降趋势 在 1 0 d 后沉降速率趋近于零值 由于下台阶开挖对拱顶的 扰动 拱顶 3 个测点的沉降速率在下台阶开挖后第 2 d又一次出现极值 此后 3 个测点的沉降速率逐渐 下降 在下台阶开挖 7 d后趋近于零值 该 断面上测 线水平收敛的速率在上 台阶开挖后前 1 2 d内有明显 波动 第 3 d下测线的收敛速率最大 为 0 2 3 7 mm d 此后收敛速率缓慢下降 3 0 d后基本趋近于零值 下台阶开挖后有明显增长 增长幅度较大 下测线在 下台阶开挖后的第 2 d收敛速率最大 为 0 3 2 9 mm d 此后变形速率逐渐减小 1 0 d后基
8、本趋于稳定 4 一 薹 一 星 右边测 点一 一 l I 1 I J 测 左边 测点 时 问 d l 4 0 50 60 7 0 8 O 9O Y K3 6 6 2 O断面拱 顶下沉变化 曲线图 图 3 Y K3 6 6 2 0拱顶下沉速率 曲线图 I I I I l l m m m nO m mmm mmm 一 一 上测线 I A A A m a l 一下测线 时间 d 一 5 3 0 45 60 7 5 90 号 l 0 5 料 0 0 一 0 5 一 1 O 图 4 YK3 6 6 2 0 断面周 边水 平收敛变化 曲线圈 图 5 Y K3 6 6 2 0周边水 平收敛 速率 曲线图 表
9、 2 YK3 6 6 2 0断面拱顶中间测点沉降及上测线水平收敛变化 拱顶下沉量 占总下沉量比例 上测线收敛量 占总收敛量 比例 开挖 阶段 历时 d mm mm 上台阶开挖 l 9 4 3 9 1 7 3 3 7 9 4 7 5 1 0 5 7 下台阶开挖 1 7 5 8 2 7 1 2 5 8 2 4 9 0 2 4 合计 2 1 1 8 1 0 0 5 0 5 2 1 O O 8 1 分析表 2可知 下台阶开挖后拱顶 中间测点有 1 7 5 mm 的 沉 降 量 仅 占总 沉 降 量 2 1 1 8 mm 的 8 2 7 这表明下台阶开挖对拱顶有一定的扰动 但扰动量不大 而下台阶开挖后上
10、测线的水平 收敛 量共 增长 了 1 2 5 8 mm 占总 收敛量 5 0 5 2 mm 的 2 8 2 4 9 这表明下台阶的开挖对上台阶会产生较大 的扰动 总结量测结果 在该断面下台阶开挖 2 8 d 后 根 据公路隧道稳定性判据 围岩 已趋于稳定 初期支护 结构满足要 求 且处 于安全状态 可 以施 作二次衬 3 2 l O 1 2 图6 4 2 O 高攀科斑竹林隧道软弱围岩段施 工监控量测分析 砌 这说明在斑竹林隧道软弱围岩洞段采用台阶法 开挖是可行 的 3 2 监控量测 回归分析 由于偶然误差的影响而具有离散性 为此 对上 述现场实测数据应用数学方法进行处理 采用一次 负指数函数
11、回归分析方法可推测其最终变形值 变 形速度及变形加速率 同时通过变形加速率来判断 围岩在任意时刻 的变形特性 回归分析方程 U t Ae B I 其 中 为变形量 B为 回归 系数 当 t 一 0时 一 A 回归系数 A为最终累计变形量 的推测值 同时对其求一介导 数可得任意时刻 的变 形速率即 一 B At B 考虑 到 台阶法施 工 中 下 台阶开挖对变形已趋于稳定 的上部测点产生 扰动 在实际分析时采用了分段 函数进行曲线拟合 仍以 YK3 6 6 2 0断面为例 取该断面拱顶下沉量最 大左测点的数据及上测线的收敛数据进行分析 得 回归方程如表 3所示 数据拟合效果较好 相关系 数都在
12、0 9 0以上 其中在下 台阶开挖后 2 4 d时 拱 顶左 测 点 理 论 下 沉 量 2 4 6 6 mm 实 际 下 沉 量 2 4 8 0 mm 预计最终下沉量 2 8 5 2 mm 已产生沉降 量达 最 终 沉 降 量 的 8 6 4 7 沉 降 速 率 小 于 0 0 5 mm d 沉降加速率小 于零 上测线理论收敛值 5 2 1 mm 实 际 收敛 值 5 0 5 mm 预计 最 终 收敛 值 6 1 8 ram 已产生的收敛值达最终收敛值的 8 1 7 收敛速率小于 0 1 mm d 收敛加速率小于零 由以 上分析知 该断面围岩 已经基本稳定 可以施作二次 衬砌 这与通过位移曲
13、线分析得出的结论相符 同时 可判断该断面预计最终 的变形在规定的允许值 内 不大于预 留变形 表 3 Y K3 6 6 2 0断面 围岩变形 回归分 析方程式 回归 开挖阶段 回归方程式 相关系数 变形速率方程 加速率 d u d t 2 判断 项 目 拱顶左 上 台阶 一 2 5 8 1 6 5 e 一 6 3 9 9 1 3 t e 一 0 9 70 6 一 1 0 2 O 测点下 开挖 1 t 5 7 1 t 5 7 下 台阶 一 2 8 5 2 3 9 e 一 2 8 5 2 3 9 t e 沉 O 9 1O 0 一 1 0 3 O 开挖 5 7 t 8 1 5 7 t 8 1 上 台
14、阶 一 5 3 1 1 6 e 1 0 0 口 一 5 4 8 2 1 6 t 1 0 0 9 8 04 一 1 O一 3 0 上测线 开挖 1 t 5 7 1 t 5 7 收敛 下 台阶 f 一 6 1 8 6 5 e 一 1 6 1 0 3 0 3 t e 0 9 3 8 8 一 1 0 4 0 开挖 5 7 t 8 1 5 7 t 8 1 4 结 语 本文通过对斑竹林隧道软弱围岩段台阶法施工 的现场监测量测作分析 研究 了隧道围岩的稳定状 况 得出如下主要结论 1 斑竹林隧道软弱 围岩洞段拱顶下沉 和周边 水平收敛实时监测变形 曲线可以分 为急剧变形 缓 慢变形和趋稳 3个阶段 2 通过
15、现场实测数据的回归分析 可较准确地 预测 围岩的最终变形量 评判 围岩和支护结构 的稳 定性状态 监测分析结果表明下台阶开挖 1 个月后 就可以适时施作二次衬砌 3 现场监测综合分析结果表明 斑竹林 隧道软 弱围岩洞段采用台阶法施工是适宜 的 参考文献 E 1 3 王建宇 隧道工程监测和信息化设计原理E g3 北京 中国铁道 出版社 1 9 9 0 E 2 3 李晓红 隧道新奥法及其量测技术E M3 北京 科学出 版 社 2 0 0 2 E 3 3 中华人民共和国交通部 公路隧道设计规范 J TG D7 0 2 0 0 4 S 北京 人民交通出版社 2 0 0 4 E 4 3 蒋树屏 赵阳 复杂地质条件下公路隧道围岩监控量 测与非确定性反分析研究E J 3 岩石力学与工程学报 2 0 0 4 2 3 2 0 3 4 6 0 3 4 6 4 E 5 3 高攀科 斑竹林隧道软弱围岩变形特征与控制措施研 究E D 3 重庆 重庆交通大学 2 0 0 9 E 6 3 朱维申 何满潮 复杂条件下围岩稳定性与岩体动态施 工力学E M3 北京 科学出版社 1 9 9 6 E 7 3 杨健华 软岩隧道稳定性及监测技术研究E D3 西安 西安科技大学 2 0 0 5 2 9
