趙春磊

摘要：文章結(jié)合高速公路軟巖大變形隧道施工實(shí)踐，通過對隧道圍巖與初期支護(hù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，研究隧道拱頂下沉和周邊收斂變形情況與變形速率，計算二次襯砌允許位移量，合理確定二次襯砌施作時機(jī)。

關(guān)鍵詞：隧道;軟巖;二次襯砌;變形速率;允許位移量;施作時機(jī)

0 引言

軟巖大變形隧道圍巖穩(wěn)定性差，初期支護(hù)后應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行監(jiān)控量測，分析圍巖的變形情況，合理確定二次襯砌的施工時間。二次襯砌施作過早，隧道圍巖和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形未穩(wěn)定，容易導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)變形開裂，縮短使用壽命;二次襯砌施作過遲，可能導(dǎo)致初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形無法控制，造成隧道失穩(wěn)破壞。關(guān)于隧道二次襯砌施作時機(jī)，規(guī)范中做了相關(guān)規(guī)定，但施工中也要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行具體分析。為準(zhǔn)確確定二次襯砌的施作時機(jī)，國內(nèi)外很多專家學(xué)者做了很多研究，早期的研究主要以收斂約束法為主，逐步發(fā)展采用建模、數(shù)值仿真平臺和有限元分析，并取得了大量研究成果。二次襯砌施作時機(jī)受隧道圍巖、斷面尺寸、開挖支護(hù)方法等因素的影響，各隧道之間存在較大的差異。

本文在隧道監(jiān)控量測的基礎(chǔ)上，收集數(shù)據(jù)繪制變形曲線，進(jìn)行擬合分析，確定拱頂下沉和周邊位移的變形速率，進(jìn)一步通過有限元計算，確定隧道二次襯砌的允許位移值，計算得出在隧道圍巖與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定的情況下，拱頂下沉和邊墻周邊收斂變形速率，作為確定二次襯砌施作時機(jī)的理論依據(jù)，準(zhǔn)確確定二次襯砌施作時間。

1 依托項(xiàng)目概況

某高速公路隧道圍巖等級為Ⅴ級，圍巖破碎，風(fēng)化嚴(yán)重，主要為二疊系淺白色、灰白色砂巖，裂隙紋理發(fā)育，穩(wěn)定性差。該隧道穿越地區(qū)山嶺陡峭，部分巖石裸露，溝壑交錯。隧道進(jìn)出口位置圍巖穩(wěn)定性差，有大量塊石，局部分布有巖堆。洞口附近有溝谷，雨季有地表徑流水，施工中應(yīng)做好臨時排水。隧道設(shè)計采用雙向隧道，單向坡度為6%，進(jìn)口高，出口低。隧道設(shè)計長度為1 043 m，進(jìn)口段位于緩和曲線上。隧道路線上分布有斷層，總體走向?yàn)镾44°W～EW，斷裂面產(chǎn)狀為69°E/72°N，破碎帶內(nèi)圍巖主要為角礫，穩(wěn)定性差。

2 隧道軟巖變形特征

隧道進(jìn)出口地段覆蓋層薄，圍巖風(fēng)化嚴(yán)重，且受季節(jié)性流水影響，圍巖為軟巖，穩(wěn)定性差，施工中出現(xiàn)較大變形。

進(jìn)口段隧道為V級圍巖，主要為碳質(zhì)板巖，個別地段有少量砂巖，巖體破碎，裂隙節(jié)理發(fā)育，整體強(qiáng)度低，自穩(wěn)能力差。施工中個別地段隧道圍巖出現(xiàn)撓曲變形，開挖后拱頂出現(xiàn)掉塊，甚至塌方現(xiàn)象。為了提高隧道圍巖的穩(wěn)定性，有效控制圍巖和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，采用三臺階預(yù)留核心土法進(jìn)行開挖，開挖過程中如果仍存在變形不收斂現(xiàn)象，可采用三臺階臨時仰拱法進(jìn)行施工。

出口段掌子面圍巖為Ⅴ級圍巖，呈灰白色，主要成分為板巖夾灰?guī)r，巖層有撓曲現(xiàn)象，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎，硬度低。掌子面開挖后滲水，局部有股狀涌水，圍巖穩(wěn)定性差，處治不當(dāng)容易出現(xiàn)坍塌。出口段采用三臺階預(yù)留核心土法進(jìn)行開挖，開挖過程中如發(fā)現(xiàn)變形增大現(xiàn)象，可采用三臺階臨時仰拱法進(jìn)行施工。

3 隧道二次襯砌施作時機(jī)分析確定

3.1 隧道圍巖與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形分析

通過布置測點(diǎn)，開展監(jiān)控量測，對隧道拱頂下沉、周邊收斂位移進(jìn)行量測，分析隧道位移與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況。收集監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制拱頂下沉位移隨時間分布的散點(diǎn)圖，并進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，進(jìn)行回歸分析。

結(jié)合隧道選定的監(jiān)測斷面拱頂下沉的量測數(shù)據(jù)，繪制拱頂下沉位移隨時間變化曲線如圖1所示。選擇擬合相關(guān)系數(shù)R=0.95，進(jìn)行回歸分析，得出擬合函數(shù)見式（1）：

分析圖3和圖4速率變化擬合曲線，在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉初期，隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)拱頂下沉和周邊位移變形速率較大，變形量也較大，后期變形速率逐漸變小，并逐步趨于平穩(wěn)。拱頂下沉位移和周邊位移變形速率分別在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉17 d和10 d后基本穩(wěn)定。監(jiān)控量測變形速率和變形量基本穩(wěn)定，說明隧道位移和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到了預(yù)期的支護(hù)效果。

3.3 二次襯砌允許位移量計算

3.3.1 二次襯砌變形量計算

假定隧道二次襯砌與初期支護(hù)之間沒有空隙，緊密接觸，與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)同步變形，隧道結(jié)構(gòu)無偏壓，結(jié)合圍巖與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形分析確定二次襯砌變形量。假定在施工時間為t時刻二次襯砌變形量ΔU是初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大變形量Umax與二次襯砌施工前初期支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖變形量u（t），即式（5）：

4 結(jié)語

本文結(jié)合隧道圍巖與初期支護(hù)監(jiān)控量測結(jié)果，擬合分析隧道拱頂下沉和周邊收斂變形情況與變形速率，計算二次襯砌允許位移量，確定二次襯砌施作時機(jī)，并得出以下結(jié)論：

（1）根據(jù)拱頂下沉和邊墻周邊收斂變形速率擬合曲線，得出二者變形在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉17 d和10 d后變形速率基本穩(wěn)定。

（2）通過計算確定安全系數(shù)最小值，得出拱頂邊墻處的安全系數(shù)最小值分別為2.4和2.0，進(jìn)而得出二次襯砌拱頂下沉允許位移值ΔUymax=1.58 mm，周邊位移允許位移值ΔUxmax=0.59 mm。

（3）通過計算得出，在隧道圍巖與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定的情況下，拱頂下沉和邊墻周邊收斂變形速率分別為v=0.18 mm/d和v=0.12 mm/d，說明此時隧道圍巖和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以進(jìn)行二次襯砌施作。

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