隧道变形监测方案

富水土质隧道围岩变形监测及其应用

(中铁建某集团山东)

摘要本文以新松树湾隧道为例，通过内空收敛和围岩内部位移的量测，分析了富水土质隧道的围岩变形规律，对类似工程施工有一定的参考价值。

关键词富水土质隧道围岩变形

随着西部大开发的进行，对富水黄土地区的隧道施工参数的测试和研究具有重要的意义。本文以新松树湾隧道为例进行探讨。

1 工程概况

新松树湾隧道为既有松树湾隧道复线的单线铁路隧道，位于甘肃省陇西县境内大营梁，全长1726m，复合衬砌。大营梁为黄土梁峁区，该隧道范围地层为上更新统风积粘质黄土和下、中更新统冲、洪积杂色砂粘土。粘质黄土为淡黄色、棕黄色，厚0—20m，土质较匀，具孔隙及虫孔，局部含白色钙丝及钙质斑点，半干硬至硬塑，II级普通土，II类围岩，σ0=150kPa，具II级自重湿陷性。杂色砂粘土主要表现为强崩解性，一定的膨胀性及含有盐碱成分。II级普通土，II类围岩，σ0=200--250kPa （局部软塑—流塑状，I类松土，I类围岩，σ

0=100--120kPa）。大营梁地带年平均降水量513.3mm，隧道三面汇水，地下水较发育，系大气降水补给。地下水主要有上层滞水和裂隙水，前者一般埋深15—30m之间。多见有泉和渗水出露，水量相对较大，隧道内日渗水量22--18m3/d.地下水对混凝土具弱侵蚀性。经调查，既有松树湾隧道（1960年建成）各地段有不同程度的渗漏水现象。隧道渗水主要通过拱顶、边墙接缝、排水沟孔、墙角部位渗出，水对普通硅酸盐水泥有侵蚀性。因此，新松树湾隧道采用曲墙有仰拱衬砌，除进口端I类围岩模筑衬砌，余均采用复合衬砌。初期支护为1榀/m钢格栅+钢筋网+钢筋锚杆喷锚。在施工中采用新奥法分三台阶开挖。

2 量测项目

根据现场情况，选取了八个量测断面进行内空收敛的测试；还选取了两个断面进行围岩内部位移测试。内空收敛在开挖后马上埋设测点，在12小时内测取初始读数，采用煤炭科学研究院生产的JSS30型数显收敛计量测。观测断面里程分别为1#面——DK1601-8.4，2#面——DK1601+6.4，3#面——DK1601+21.9，4#面——DK1601+36.1，5#面——DK1601+46.5，6#面——DK1601+86.5，7#面——DK1601+122.5，8#面——DK1601+172.7，其中7#、8#面进行围岩内部位移测试（图1），每个断面各有六条内空收敛测线，即1-2、1-3、1-4、1-5、2-3、4-5。围岩内部位移采用煤炭科学研究院生产的杆式多点位移计进行测量，这种位移计使用膨胀木锚头，具有安装简单，可靠等特点，每个钻孔可分别测量埋深1M，2M，4M处的围岩与洞壁之间的相对位移。

Fig.1 Arrangement of the c onvergences and internal displacement of the wall rock

3 内空收敛量测

通过测量结果计算各测线收敛累计值，同时计算出各测线的位移速率。

隧道周边收敛按下式计算：

R

R

U

i

i

-

=

收敛速率按下式计算：

()()11----=i i i i i t t R R V

其中，0R ——初始观测值；

i R ——第i 次观测值；

i V —第i 次观测时的收敛速率。

为研究开挖面的影响，用下式计算观测面与掌子面的距离。

L=D-D 0

其中，L —观测面与掌子面距离；

D —掌子面里程； D 0—观测面里程。 3.1 内空收敛随时间变化趋势

根据现场情况，根据初期支护形式将观测面分为两组：1#—5#面均为格栅钢架支护，7#、8#面为工字钢型钢钢架支护。因篇幅所限，在两组观测面中各选取一个观测面作为示例（图2，图3）。

图2 3#面内空收敛与时间关系曲线

Fig.2 The curve of the c onvergences-time of 3th cross

section

根据观测曲线可见，隧道收敛随时间变化而增大，图中收敛量的瞬间突跳，通常由开挖进尺向前延伸引起；测值偶有下降，是围岩组构中局部范围内的节理裂隙，瞬时出现较大变形的伴生现象。曲线的几何形状可表示为连续的折线。通过分析，从这些监测数据中可发现富含水土质隧道收敛有如下变形规律：

（1） 每个监测断面内各测线收敛值差别较大，水平测线收敛量明显大于其他测线，说明侧墙朝向洞内变形较大，这是由于隧道仰拱施工前，两侧墙墙角受到的约束较小所致。

图3 7#面内空收敛与时间关系曲线

Fig.3 The curve of the c onvergences-time of 7th

cross section

（2） 隧道的收敛主要出现在开挖后的短期内。表1为各测线第一天收敛与最大收敛量比值，可见第一天内收敛量占各测线收敛量很大比重，要求初期支护尽快进行，以约束变形。隧道开挖后的前两三天之内，隧道变形发展较快，之后收敛仍继续增大，没有稳定的趋势。说明隧道围岩具有一定的时间依存性，在外荷载不变情况下，围岩变形随时间增加而增大。另一方面与地下水渗透有关。隧道开挖后，因地下水重新汇集，使围岩的应力状态和变形随时间而不断变化，结果使隧道周围可能出现一定范围的破坏区（或松动区），破坏区内围岩渗透系数增大，导致围岩变形增大，因此隧道变形趋于稳定需要较长时间。

表1 第一天收敛量与最大收敛量比值表

Table 1 Ratio of the 1st

day of the convergences

(3) 在进行1#—5#面观测后，经过一段时间，发生初期支护向内变形侵线现象，经分析为钢格栅支护变形过大所致，据此变更支护形式，将支护改为工字钢型钢拱架1榀/m 支护，以增加支护刚度。通过现场量测，变更收到了良好的效果。修改支护参数后，内空收敛的规律相近，只是初期支护采用型钢