软岩大变形隧道二次衬砌施作时机分析

桥隧工程觀____________________________________________________________软岩大变形隧道二次衬砌施作时机分析
赵春磊
(广西交科工程咨询有限公司，广西南宁530007)
摘要：文章结合高速公路软岩大变形隧道施工实践，通过对隧道围岩与初期支护监控量测
进行拟析，研究隧道拱顶下沉和周边收敛变与变形速率，计衬砌允许位量，合理确定衬砌施作时机&
关键词：隧道;软岩;二次衬砌;变形速率#允许位移量;施作时机
中图分类号：U455.91文献标识码：A DOI：1113282/ki.wccst.2020.12.033
文章编号：：673-4874(2020)12-0118-03
0引言
岩大变形隧岩稳定性差,护后应要求进行监控量测，分析围岩的变，合理确定衬砌的施工时间。

衬砌施作，隧岩护
构变 定，容衬砌结构变裂，缩用寿命;二次衬砌施作过迟，可能
护结构变法控制，造成隧破坏。

隧衬砌施作时机，规
做了定,但施工要实际进行具体分析。

为定衬砌的作时机，国内外很多专家做了很多研究，早期的研究主要以收法为主，逐步
发展采用建模、数值仿真平台元分析，并取得了大量研究成果&衬砌施作时
机受隧岩、断面、开挖支护方法等的影响，各隧间存在较大的差异。

文在隧道监控量测的，收制变，进行拟析，确定拱顶下沉边的变形速率,进一步元计算，确定隧衬砌的允值，计
在隧岩与护结构变定的，拱沉和边墙周边收敛变形速，作为确定衬砌施作时机的理论，定衬砌施作时间。

1依托项目概况
高速公路隧岩等级为$级，围岩破碎，风化严重，主要为二叠系浅白色、灰白色砂岩,裂隙纹理发育，稳定性差。

该隧越地区山岭陡k,部分岩露，沟错。

隧道进岩稳定性差,有大量，局部岩堆。

附沟谷，雨
地水，施工中应做好临时排水。

隧计采用双向隧道，单向坡度为6%,进口高,。

隧计长度为1043m,进口段缓。

隧道路层，总体走向为S44W〜EW,断裂面产状为69R/72Y,破碎带内围岩主要为角砾，稳定性差。

作者简介:赵春磊(1981-),1程师，研究方向:公路工程施工技术与管理。

118西部交通科技
Western China
Communications Scienee&Technology
软大变隧二
时分!春磊
2隧道软岩变形特征
隧道进 地段覆盖层薄，围岩风化严重，且受节性流水影响，围岩为软岩，稳定性差，施工中出现 较大变形&
进口段隧道为V 级围岩，主要为
板岩，个别
地段 量砂岩，岩体破碎,裂隙节理发育，整体强度
自稳能力差。

施工 地段隧 岩现挠曲
变形，开挖后拱 现 ，甚至塌方现象。

为了提高隧 岩的稳定性,有效控制围岩 护结构变形，采用三台阶预留
土法进行开挖，开挖过程
如果仍存在变 收敛现象,可采用三台阶临时仰
拱法进行施工。

段 面围岩为V 级围岩，呈 色，主要成分为板岩夹灰岩，岩层 现象，节理裂隙发育,
岩石破碎,硬度低& 面开挖后渗水，局部 状
水,围岩稳定性差，处 当容 现坍塌。

出口段采用 台 预留 土法进行 挖! 挖 程 如发现变形增大现象，可采用三台阶临时仰拱法进行 施工。

3隧道二次衬砌施作时机分析确定
3. 1隧道围岩与初期支护结构变形分析
点,开展监控量测,对隧道拱 沉、
边收 进行量测,分析隧 与 护结构的变
&收集监 ，绘制拱 沉 随
时间
的散点图，并进行 拟合,进行回归分析。

隧 定的监 面拱 沉的量 据,制拱 沉 随时间变化 如图1 。

选择拟
系数+ = 0. 95,进行回归分析，得出拟合
⑴：
(#) =56. 654(1 — e -1-129#)
(1)
计算拱 沉最
：
U y max = #i P ?(#)=
l i m 56. 654(1 —
e -1129#
)=56. 654 mm
O O O O O O O O
7 6 5 4 3 2 1 (U I U I )
昌諾♦实测位移值一拟合曲线
4
8
12 16 20 24 28 32 36 40
时间(d )
图1拱顶下沉位移随时间变化曲线图
析监 面隧 边墙 边收
监绘制边墙周边收
变化 如图2 。

选择拟 系数+ = 0. 98,进行回归分析，得出拟合函⑵：
") = 7. 982(1 —@一0151#)
(2)
计算周边 最
：
U ymcxUi p ?(.#)=
Iim7. 982(1 —e -0151 #) = 7. 982 mm
图2边墙周边收敛位移随时间变形曲线图
3. 2初支圭寸闭后位移变形速率分析
隧 拱支护完工后，隧 护结构封闭,在这 程 续进行监控量测。

收集拱沉 边 监 ，进行回归分析，确定 封闭后
的变形速率，得出计算公式如式(3)所示：
拱 沉位移变形速率计算公式：
3 13
V = 1+0.24 #202
3
边墙周边位移变形速率计算公式(4)：
1,41
V = 1+0.21 ⑷
计 ，绘制隧 闭后拱顶下沉、
周边 速率变化曲线如图3和图4所示。

♦实测(ft 一拟合值
6
8 10 12 14
时间(d )
图3初支封闭后拱顶下沉 图4初支封闭后边墙周边
速率变化曲线图
速率变化曲线图
析图3
4速率变化拟 ，在 护
构封闭 ，隧 岩 护结构拱 沉 边
变 速 较 !变 量 较 !后 变 速 变小，并逐步趋 。

拱 沉 边
变形速 在
护结构封闭17 d 和10 d 后基
定。

监控量测变形速
变形量
定，说明
隧 护结构
了预期的支护效果&3.3二次衬砌允许位移量计算
3. 3. 1 衬砌变形量计
定隧 衬砌与 护之间 隙，紧
密接触，与 护结构同步变形，隧
构无偏压,
岩与 护结构变 析确定 衬砌变
形量。

假定在施工时间为#时刻 衬砌变形量
#U 护结构的最大变形量F =@x
与 衬砌
2020年第2期 总第1 61期1
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施工前初期支护结构与围岩变形量?"#!即式(5)：
△F=F m@x-?(#)(5)
隧岩与护结构监控量，以
拱沉与周边变化来分析衬砌的变
，确定 衬砌的变形量。

护结构圭寸闭后，拱沉变定时间为17d,计衬砌变量#U:U F ym@x-?"7)U5.65mm；周边收敛变形定时间为10d,计算二次衬砌变形量为#F;= F;mxx-?(10)=2.06mm。

3. 3.2衬砌允计算
衬砌允采用元荷载-结构模型分析计算,,衬砌变形量计算值，反算衬砌内构安全系数，计的安全系足要的最小安全系数时，该控制点所对应的结构位移即为衬砌允。

定，建立元荷载-结构模，某控制节点值计算值拱沉?:和周边?;，选定系数5,采用公式(6)计算变量：
\?;=5△F;
0;;(6)
^?:=5△F:
安全系数为计，结合模型采取元计定衬砌结构的、轴力、安全系变形，绘制如图5&
析图5计，拱顶处安全系数计算结果最小值为2.4,对应拱沉量为F:=158mm；边墙处安全系数最小值为2.0；对应边墙周边量为0.59mm。

，二次衬砌拱沉允值△F ymxx=158mm,周边位移允许位移值△F^x= 0.59mm。

3.4二次衬砌施作时机确定
计法,衬砌允值△F ymxx和△F’mxx代入式(6),计护累彩值如：
拱沉累计值计公如(7)：
(#)=F:mxx-△F y mxx=53.29mm(7)将?(r)=53.29mm代入公式(1),计算得衬砌施作时间为#U25d。

监控量据分析 ，处闭时间为17d,可闭后t2=8d即可衬砌施工。

工间隔时间#2=8d代入式(3)和式(4),得出在变定的状态，拱沉变形速率v=0.18mm/d,边墙周边收变形速率v=0.12mm/d&要求，彳亥面隧岩地段拱沉变形速率V 0.18mm/d,边墙周边收敛变形速率V0.12mm/d时，初期支护结构稳定，可以进行衬砌施作。

(a)弯矩(kN•m)
(c)安全系数
(&)轴力(kN)
图5二次衬砌受力与位移分布图
4结语
文隧道围岩与护监控量，拟析隧道拱沉边收敛变与变形速，计衬砌允量，定衬砌作时,论：
(1)拱沉边墙边收变速拟
,变形在护结构封闭17d和10d 后变速定。

(2)计定安系最值，拱边墙处的安全系数最小值为2.4和2.0,进而得出衬砌拱沉允值△F：mxx=158mm,周边位移允许位移值△F’mxx=0.59mm。

(3)通过计，在隧岩与护结构变定的，拱沉边墙边收变速率分别为v=0.18mm/d和v=0.12mm/d,说明此时隧岩和初期支护结构稳定，可以进行衬砌胞作
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收稿日期2020-08-20
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