天平山隧道施工监测研究

　　监控量测是在隧道开挖期间，使用相应的量测仪表与工具对围岩变化情况、支护结构的工作状态进行量测，及时提供围岩的稳定程度、结构可靠性的安全信息，预见事故与险情，并且作为调整与修改支护设计的依据。在复合式衬砌中，依据量测结果来确定二次衬砌的施作时间，进而实现隧道工程的信息化设计。并利用掌子面附近的量测资料、已施作初期支护隧道的量测资料，对围岩及隧道支护结构当前的和最终的稳定性进行分析，对设计和施工安全进行动态判断。
　　0工程概况
　　新建贵阳至广州铁路天平山隧道(DK366+870~DK380+875)，全长14005m，最大埋深为775m，为双线单洞隧道，设计时速250km，预留进一步提速条件。隧设置0#、1#、2#、3#、4#斜井，六个工作面，是贵广铁路的控制性工程之一。
　　隧道的主要工程地质问题有：岩溶、有害气体、弱岩爆、软岩变形、断层破碎带突水坍塌等，其中以高地应力下炭质页岩等软岩变形较为突出。
　　1量测项目及测点布置
　　试验断面及量测项目如表1、表2所示。测点布置如图1~图2所示。
　　表1试验断面布置
　　编号 断面里程 试验内容 拱顶下沉 水平收敛 掌子面围岩内部位移 围岩压力 接触压力 一次支护砼应力 二次支护砼应力
　　1 DK372+535 常规变形I
　　√ √ √ √ √ √ √
　　2 DK372+495 常规变形II
　　√ √  √ √ √ √
　　3 DK372+455 I级大变形 √ √  √ — √ —
　　4 DK372+415 II级大变形 √ √  √ — √ —
　　5 DK372+660 III级大变形 √ √  √ — √ —
　　表2试验段测试项目及测点统计
　　项目 断面测点(线)数 断面数 测点合计
　　拱顶下沉 1 3 3
　　水平收敛 3 3 9
　　掌子面围岩内部位移 2 2 4
　　围岩压力 13 1 13
　　接触压力 13 1 13
　　一次支护混凝土应力 13 1 13
　　二次支护混凝土应力 13 1 13
　　拱顶下沉、水平收敛测点布置如图1所示，支护压力应力、测点布置与拱顶下沉、水平收敛测点一致。
　　
　　2量测方法
　　支护应力、围岩及支护变形(位移)现场测试包括试验段收敛位移、掌子面内部位移、围岩压力、衬砌接触压力、喷混凝土应力、钢架应力、锚杆轴力、二衬混凝土应力等。
　　①收敛位移监测方法：结合收敛仪和断面仪进行监测，每天量测一次，直至变形基本稳定为止。
　　②围岩压力及接触压力监测方法：采用振弦式双膜压力盒，频率接收仪进行监测，每天量测一次，直至压力基本稳定为止。
　　③钢架应力监测方法：采用外贴振弦式应变计，频率接收仪进行监测，每天量测一次，直至压力基本稳定为止。
　　④支护混凝土应力监测方法：采用埋入式混凝土应变计，频率接收仪进行监测，每天量测一次，直至压力基本稳定为止。
　　3变形量测解析
　　现对DK372+660里程上台阶BC测线数据处理采用常用对数曲线，拟合时间-位移曲线，运用双变量统计计算，得到对数回归方程：y=26.985ln(x)+20.65相关系数r=0.992，预测60d后的沉降量共为y=131.13mm。拱腰收敛变化速率为0mm/d<0.2mm/d；围岩稳定。拟合曲线如图3所示。
　　图3上台阶BC侧线水平收敛位移
　　对DK372+660里程中台阶DE测线数据处理采用常用对数曲线，拟合时间-位移曲线，运用双变量统计，得到对数回归方程：y=24.609ln(x)+19.969相关系数r=0.9907，预测60d后的沉降量共为y=120.73mm。拟合曲线如图4所示。
　　图4中台阶DE侧线水平收敛位移
　　对DK372+660里程下台阶FG测线数据处理采用常用对数曲线，拟合时间-位移曲线，运用双变量统计计算，得到对数回归方程：y=18.321ln(x)+21.057相关系数r=0.9882，预测60d后的沉降量共为y=96.07mm。拟合曲线如图5所示。
　　图5下台阶FG侧线水平收敛位移
　　对DK372+660里程拱顶A测线数据处理采用常用对数曲线，拟合时间-位移曲线，运用双变量统计计算，得到对数回归方程：y=33.1986Ln(x)+26.2875，相关系数r=0.9871，预测60d后的沉降量共为y=162.214mm。拱顶下沉变化速率为0mm/d<0.15mm/d；围岩稳定。拟合曲线如图6所示。
　　图6拱顶A侧线下沉位移
　　DK372+660断面，水平收敛最大值为131.13mm，出现在上台阶的BC测点。拱顶下沉为162.214mm，在预留变形量内，支护设计满足要求。仰拱施工完毕后，初期支护成为一个受力闭合环，围岩和支护结构变形减缓，有效抑制围岩变形。
　　4围岩压力、接触压力及初支衬砌压力解析
　　DK372+535里程处监测断面各项压力及应力量测结果如表3所示。
　　表3围岩压力、接触压力及初支衬砌压力量测结果（MPa）
　　测点 量测项目
　　 围岩压力 初支砼应力 二衬接触应力 二衬砼应力
　　A 0.407 16.21 0.113 4.38
　　B 0.293 0.52 0.091 -0.33
　　F 0.789 6.35 0.131 5.77
　　    续表3
　　D 0.145 5.05 0.127 4.43
　　C 0.366 8.21 0.114 6.14
　　G 0.280 9.18 0.142 3.85
　　E 0.074 1.75 0.171 4.85
　　最大值 0.789 16.21 0.171 6.14
　　最小值 0.074 0.52 0.091 -0.33
　　平均值 0.34 6.75 0.13 4.25
　　从表3可以看出：初期支护围岩压力最大值在右拱脚F处，其值为0.789MPa，可知隧道在施工时，即使是及时支护，围岩也释放了很大应力，同时，表现出隧道侧压力比较大，侧压力系数比较大。通过对监测值计算，初期支护围岩平均压力为0.34MPa，二次衬砌接触压力为0.13MPa，可见，初期支护衬承担62.2%总荷载，二衬荷载分配系数为37.8%；结合工程经验取二衬荷载分配系数为40%。从对初期支护量测应力上看，除拱顶应力为16．21MPa比较大外，其余均比较小。喷C20混凝土极限抗压强度为19.4MPa，同时支护中配有型钢支撑，能大大提高支护抗压抗拉能力，因此结构未被破坏，偏于安全的，二次衬砌承受应力，最大压应力为6.14MPa，拉应力为0.33MPa，该段隧道结构是偏于安全的。因此，在天平山隧道软岩大变形地段遵循“短进尺、强支护、快封闭、勤量测、二衬紧跟”的原则进行施工，采用短台阶法施工，实践证明是合理的，是可行的。
　　5结论
　　采用常用对数曲线，拟合时间-位移曲线，运用双变量统计计算，可以很好的预测隧道的水平收敛和拱顶下沉趋势，具有重要的实用价值。通过对断面各项压力及应力量测结果分析，结合工程经验在计算中取二衬荷载分配系数为40%。在天平山隧道软岩大变形段，遵循“短进尺、强支护、快封闭、勤量测、二衬紧跟”的原则，采用短台阶法进行施工，实践证明是合理的。
　　参考文献
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　　[2]夏才初.地下工程测试理论与监测技术[M].上海:同济大学出版社,1999.
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　　[4]顾延元.北茹隧道开挖过程中围岩稳定的监控量测[J].隧道及地下工程,1997,3(11):87-89.
　　[4]李晓红.隧道新奥法及其监控量测技术[M].北京:中国科学出版社,2002.
　　[5]刘特洪,林天键.软岩工程的设计理论与施工实践[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.

《天平山隧道施工监测研究》

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