隧道围岩

隧道围岩（精选十篇）

隧道围岩 篇1

某山岭隧道为了实时获得隧道开挖后水平收敛、拱顶下沉和衬砌结构的受力情况, 认真实施了全程位移和应力监测。本文在现场监控量测工作的基础上, 总结了该山岭隧道信息化施工监测技术特点、监测要点等, 并以Ⅳ类围岩为计算模型, 应用FLAC软件对开挖后不同状态下的受力状态进行了数值模拟, 计算出开挖引起的围岩位移值, 并将计算位移值与实测位移值进行对比, 以验证数值计算的可靠性。同时, 所得的数据和结论很好地指导了该隧道的施工建设, 而且可望为类似条件的隧道设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。

1 隧道监测

1.1 工程概况

某山岭隧道采用新奥法施工, 全长1196m。该隧道测设线通过段高程在604.95-415.19之间, 相对高差189.76m, 为中间高两侧低, 属构造侵蚀中低山地貌。根据地表工程地质调绘及钻探揭露:隧道沿线局部有少量第四系残坡积 (Qe1+d1) 亚黏土含碎石覆盖, 下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组 (J2S) 的泥岩、砂岩和砂质泥岩不等厚互层。围岩类别主要为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类, 其中Ⅲ、Ⅳ占总长90%以上。主要围岩分布基本情况如表1。

1.2 位移监测

依据公路隧道设计和监测规范[5]的要求, 结合该隧道围岩条件和施工特点, 制定了具体的监测方法及项目。其中日常监测项目主要是水平收敛、拱顶下沉及围岩衬砌受力监测。

隧道水平收敛和拱顶下沉监测, 在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩中分别按表2中列出的间距布置观测断面。水平收敛测量采用三线测量布点方式, 并根据在不同围岩条件下开挖方式不同, 采用不同的布点方式, 如图1所示。拱顶下沉监测布点如图2所示, 在隧道围岩状况较复杂时 (进出口地段、存在仰拱开挖地段以及特殊地质地段) , 采用倒尺法进行测量以获得较精确的数据;当围岩条件较好时, 采用三角形法, 以简化测量工作。

A-E:全断面开挖测桩布点a-c:台阶开挖测桩布点

本文在分析众多监测数据的基础上, 分别选取Ⅲ级围岩断面K128+860和Ⅳ级围岩断面K129+155作为典型断面, 分析其水平收敛与拱顶下沉随时间的变化规律曲线, 如图3、4所示。

由图3、4所示曲线得知:Ⅲ级围岩断面K128+860水平收敛为1.37mm, 拱顶下沉为3.40mm;Ⅳ级围岩断面K129+155水平收敛为2.10mm, 拱顶下沉为4.51mm。

1.3 应力监测

根据隧道的施工情况和地质条件的变化, 选择了3个监测断面, 每个断面上布设 (拱顶、拱肩、拱腰) 5个测点, 以达到对衬砌受力状态进行长期监测的目的。监测断面的压力盒布置情况如图5所示。

在衬砌结构的受力基本稳定后, 对监测数据进行相应的处理, 得出Ⅲ级断面K128+860、Ⅳ级围断面K129+155的监测结果, 如图6、7所示。

由图6、7所示曲线得知:Ⅲ级围岩断面K128+860和Ⅳ级围岩断面K129+155拱顶处围岩压力最大, 分别为0.19MPa、0.27 MPa。

A-C:倒尺法布点a-c:三角形法布点

2 Ⅳ级围岩变形规律数值模拟

为了有效分析隧道施工引起的围岩变形, 本文结合该山岭隧道实际情况, 采用Itasca公司开发的基于显式有限差分法的FLAC软件对Ⅳ级围条件下隧道开挖进行数值模拟分析。

2.1 计算模型

数值计算模型长高为85m×55m, 网格170×110个。图4为模型及边界示意图, 其中围岩的基本力学参数如表4所示。在数值模拟计算中采用杆单元模拟锚杆, 梁单元模拟衬砌[6], 其基本力学参数如表3、4所示。

2.2 计算分析

数值计算对比分析了隧道开挖无支护和支护条件下围岩活动的基本情况。首先计算隧道开挖无支护条件下围岩的变化情况, 得到图9所示的围岩塑性区和位移的云图。计算得出, Y方向的最大位移为35mm, 来自拱顶下沉;X方向的最大位移为20mm, 两帮的水平收敛为40mm。

隧道开挖后, 按设计进行支护, 计算得出图10所示的围岩塑性区、位移和锚杆轴力图, 其中Y方向的最大位移为5.2mm, 来自拱顶下沉;X方向的最大位移为1.35mm, 两帮的水平收敛为2.7mm。

对比以上隧道开挖无支护和支护条件下围在X和Y方向的最大位移值, 计算结果表明衬砌有效控制了围岩变形。

2.3 模拟验证

为了验证数值计算的可靠性, 将计算的拱顶下沉和水平收敛值与实测值作对比, 如图表5所示。

单位:mm

从表5中数据可以看出, 数值计算的拱顶下沉和水平收敛值与实测值较为吻合, 但实测值都较数值计算值小。这是因为在监测前围岩随开挖产生了部分变形, 而不能监测到围岩的全部变形, 所以导致实测值较小。从而验证了数值计算结果的准确性, 表明数值模拟能够作为辅助方法指导施工现场监测工作。

3 结语

(1) 监控测量工作是隧道施工过程中重要的工作, 有效的监测数据能够实时地准确反映围岩变形和衬砌的受力特点。

(2) 数值模型采用实体单位模拟岩体, 杆单元模拟锚杆, 梁单元模拟衬砌;数值计算的拱顶下沉和水平收敛值与实测值较为吻合, 表明该数值模型可应用于隧道开挖过程实时仿真, 指导现场施工监测工作。

(3) 监测结果表明隧道支护系统稳定, 围岩应力应变在控制范围内, 衬砌结构的设计是安全的、合理的。

参考文献

[1]孙克国, 李术才, 张庆松等.特长山岭隧道衬砌监测及模拟研究[J].岩石力学与工程学报, 2007, 26 (增2) :4465-4470.

[2]李晓红.隧道新奥法及其测量技术[M].北京:科学出版社, 2002.

[3]王道良, 刘新荣, 钟祖良等.山岭隧道群信息化施工监测技术研究[J].公路, 2012, 6:287-290.

[4]李天赋, 王兰生等.隧道围岩稳定性信息化监测、预测与决策系统[J].岩石力学与工程学报, 2003, 22 (增1) :2405-2408.

[5]中华人民共和国行业标准编写组.公路隧道设计规范[S].北京:人民交通出版社, 2004.

软弱围岩隧道安全施工技术 篇2

关键词： 软弱；隧道；施工

Abstract: The weak surrounding rock of tunnel construction, engineering practice, and detailed description of the tunnel construction safety control methods and measures, described the characteristics of the construction methods, construction techniques, etc., similar to the tunneling of some reference value.

Key words: weak; tunnel; construction

1.前言

软弱围岩由于其本身的地质特性，一般力学指标低，岩性松散、承载力差，压缩性高，遇到有岩隙水的作用时，就容易引起隧道施工时产生较大的沉降变形，造成安全隐患。同时，工后沉降过大也会对运营使用和处理带来很大的困难。所以，在软弱围岩地段时，需要特别注意隧道施工方法的选择和正确的`处理措施。软弱围岩隧道的施工方法，主要有台阶法和双侧壁导坑法、CRD法、环形开挖留核心土法等。双侧壁导坑法和CRD法限制了大型施工机械的使用，降低了工效；工序多，相互干扰大，施工进度缓慢，且临时施工支护多，投入大，不经济，但是在处治软弱围岩隧道沉降变形控制方面还是有其明显的安全效果和保障。

2.工程概况

某公路双线隧道，位于云南省昭通市，隧道设计为两座独立的分离式隧道，两座独立隧道的轴线间距为30米，其中隧道右线长850米（YK30+960～YK31+810）,左线长870米（ZK30+960～ZK31+830）。软弱围岩地段隧道长115米。隧道建筑限界宽为10.25米，在主洞与行车横洞交叉处设置紧急停车带，其断面比正常断面加宽2.5米，高仍为5米，正常隧道建筑内轮廓采用单心圆断面，半径为R=5. 80米，最大埋深为128米。

2.1地形地貌

软弱围岩隧道变形及其控制探讨 篇3

【关键词】软弱围岩；隧道变形；控制

客运专线铁路具有较高的舒适性、稳定性和平顺性，但是其线路隧道通过的地方地质条件更加复杂，很多线路隧道都属于软弱围岩地质，这种隧道承受的断面更大，容易发生局部的变形，给施工建设带来很大的困难，通过深入分析和研究软弱围岩隧道变形特征，积极采取有效措施，不断提高隧道的安全性。

一、软弱围岩的地质特征

软弱围岩主要是指围岩赋存性能差、结构破碎、裂隙节理发育、岩体承载能力差以及岩质软弱的岩体。软弱围岩通常具有以下特点。

1、围岩容易风化，强度较低

软弱围岩主要的岩地层有千枚岩、炭质岩、片岩、泥岩、片岩等[1]，其稳定性很差，强度低，围岩层被暴露后容易软化，遇水风化，特别是在高地应力的深埋地段，软弱围岩地质层会产生塑性的变形，在塑性的地质层深度和范围都很大。

2、岩体粘结力差，松散破碎

通常情况下，由破碎挤压带、风化岩体层、土层等构成的軟弱围岩，围岩结构粘结力很差，统一松散破碎，隧道在施工建设过程中，仅仅依靠岩体颗粒之间的胶结作用和摩擦力构成拱形，特别是在隧道的签埋地段，这些岩体的结构非常不稳定，很容易发生冒顶坍塌事故。

3、岩体结构面软弱，容易滑塌

在隧道岩体结构面切割严重的地方，一些块状的岩体结构，由于结构面软弱，粘结性很差，在开挖隧道的过程中，隧道周围岩体结构面容易发生坠落、滑移和松弛等变形，严重破坏隧道的结构。

二、软弱围岩隧道变形特点分析

1、变形量大

隧道施工建设完成后，软弱围岩隧道会发生明显的塑性变形，这是软弱围岩最主要的特征，其变形的长度和深度有可能达到几十或者几百厘米，隧道支护结构往往表现为混凝土二衬开裂和支护初期严重开裂。

2、变形速度快

软弱围岩隧道施工建设过程中，其变形速度很快，在隧道的支护初期，其变形速率更大。

3、变形时间长

软弱围岩在隧道的支护初期不仅变形速度很快，在隧道的施工建设过程中，其变形持续的时间也很长，软弱围岩具有显著的蠕变变形特点，在软弱围岩隧道施工建设的很长一段时间里都会发生变形。

4、围岩扰动明显

隧道在施工开挖过程中，围岩在纵向应力重的影响下，隧道周围的软弱围岩的塑性变形区不断扩大，当隧道支护结构强度和刚度不够或者支护结构不稳定时，软弱围岩的扰动明显。

5、径向变形范围大

软弱围岩隧道的径向并行通常表现为隧底隆起、边墙收敛、拱顶下沉，拱顶下沉的变形量最大[2]。软弱围岩隧道施工开挖过程中，经常会出现隧道掌子面上方的软弱围岩下沉，在浅埋隧道的掌子面周围出现沉降槽，造成地表下沉，并且在隧道开挖之后，纵向的掌子面挤压变形，软弱围岩临空产生应力，在围岩纵水平力和纵向力作用下，发生位移，软弱围岩隧道掌子面被挤出变形，随着不断开挖隧道掌子面，在掌子面周围位置会产生不断扩大的水平水平收敛和拱顶下沉，并且下沉速度较快。

三、软弱围岩隧道变形控制措施

1、重视超前工作

（1）加强隧道地质预报工作

在软弱围岩隧道施工开挖过程中，经常会遇到围岩隧道实际的地质情况和施工设计图纸提供的地质情况严重不符的问题，因此，施工单位不仅要在隧道设计阶段进行全面的地质勘察，还在要隧道施工开挖过程中进行隧道地质预报工作，结合隧道地质预报的实际方案，编制详细的地质预报计划，积极进行超前地质预报工作。对于隧道经过的地质条件比较简单的区域，可以进行地质编录，根据隧道掌子面的地下水质、裂隙节理发育、地质构造、地层岩性等情况[3]，判断和分析软弱岩层的可靠性和稳定性。对于地质情况相对比较复杂的区域，在编录地质情况的基础上，进行隧道地质超前预报工作，及时和勘察的资料进行分析比对，提高隧道地质预报工作的精度和质量，在隧道浅埋地质区域，利用水平钻孔勘察隧道掌子面的地质情况，结合实际的地质情况积极采取相应措施，提高隧道施工的安全性。

（2）加强超前预加固

软弱围岩隧道变形主要表现在隧道掌子面水平方向和纵向挤压变形，可以此采用超前注浆灌注或者超前导管的方式对隧道掌子面进行控制变形预加固技术。另外，要注意控制隧道掌子面的位移，对于软弱底层和破碎断层带的围岩进行超前预加固，控制掌子面围岩的变形。

2、严格落实施工环节

（1）选择科学合理的施工方法

软弱围岩隧道的施工开挖方法必须全面考虑软弱围岩的承载能力，减小隧道掌子面塑性变形范围，保护软弱围岩岩层和岩体，控制软弱围岩的变形量。软弱围岩隧道的施工方法，首先要确保施工安全，其次，要尽量简化施工步骤和施工流程，提高施工质量和施工效率。在隧道的施工开挖过程中，施工人员要根据软弱岩层的加固情况和地质情况，选择科学合理的施工方法，在施工开挖过程中，根据监测的实际的地质情况，有针对地调整施工方案，如果需要使用爆破法进行开挖，要严格控制装药量、深度以及炮眼数量，提高控制爆破的技术，最大限度地降低爆破对软弱岩层的扰动影响。

（2）快速施工初期支护

隧道施工初期的支护能够在软弱围岩变形范围较小，隧道施工开挖时间较短的阶段，通过初期支护措施和软弱岩层共同承受岩体的变形压力，避免隧道坍塌。如果施工初期的支护不及时或者支护效果较差，变形量不断扩大，软弱岩层容易松动破碎，导致荷载加大，施工初期的支护完成变成被动的承受岩层压力，很容易导致初期支护结构变形，引起隧道坍塌。因此，施工人员要注意在施工开挖初期要迅速进行支护措施，确保支护结构的刚度和强度，控制变形，及时支护。当前，软弱岩层隧道主要有联合锚网喷支护、钢拱架支护和锚网喷支护这三种初期支护技术，在一些特殊的地质环境下，也可以采用玻璃纤维混凝土或者纤维喷钢混凝土。在隧道支护结构没有封闭时，要积极采取支撑拱脚、大拱脚、锁脚锚杆等工具，加固支护结构，避免隧道掌子面的整体下沉。

3、加强软弱围岩变形监测工作

在软弱围岩隧道施工开挖过程中，软弱围岩变形监测工作是一项非常重要的工序，能够有效判断隧道掌子面支护结构是否可靠稳定，指导软弱围岩隧道进行安全施工开挖，提高了软弱围岩隧道施工的安全性。软弱围岩隧道变形监测主要的监测对象是水平收敛和拱顶下沉，在隧道的浅埋区域，使用沉降地表量测。软弱围岩隧道的掌子面范围较大，如果采用有尺量测方式，精度低、耗时长、干扰大，影响施工质量和效率，因此可以使用无尺量测。在进行监控量测时，要加强专业化管理，构建科学合理的报告制度、信息反馈和登记管理，实时监测软弱围岩隧道的动态信息，科学评价支护结构和软弱围岩的稳定性和可靠性状态，进行隧道施工设计，确保软弱围岩隧道的安全施工。

结束语：

由于软弱围岩的结构面软弱、结构松散破碎、围岩硬度和强度较低，隧道施工开挖过程中，隧道掌子面由于受力过大会发生变形，结合软弱围岩隧道变形的特点，积极采取控制隧道变形的措施，提高隧道施工的安全性，减少和避免隧道安全事故。

参考文献：

[1]关宝树.软弱围岩隧道变形及其控制技术[J].隧道建设，2011，01：1-17.

[2]张端良，王剑，张运良.软弱围岩隧道变形规律与施工安全控制技术[J].公路工程，2011，02：124-128.

隧道围岩 篇4

随着公路建设的进一步深入以及交通量的迅猛发展, 在地形、地貌及地质背景复杂、水能及矿产资源丰富的山岭地区将会建造更多的大跨隧道, 大跨度隧道由于开挖断面大、形状扁平, 围岩整体稳定性差, 特别在隧道进出洞口段, 围岩多风化破碎, 承载能力极低, 增加了隧道施工变形和稳定控制的难度, 稍有不慎, 就会造成塌方等安全事故。因而进洞施工方案和开挖方法的选择就显得尤为重要。导坑分步开挖法最大的特点是集台阶分步开挖法能及时施作拱部初期支护、稳定性好和双侧壁导坑控制地表沉降与围岩变形好的优点, 又可避免使用CD法或CRD法成本高、进度慢的不足, 实现大跨隧道“零开挖”进洞和工程与环境的完美结合。

1 依托工程

浙江路湾隧道为分离式隧道 ( 见图1 ~ 2) , 隧道左洞长646 m, 右线长699 m。左洞隧道III级围岩长460 m, IV级围岩112 m, V级围岩长46 m, 明洞长28 m, 左洞纵坡采用双向坡, - 纵坡度2. 4% , 坡长636. 62 m, 另一纵坡坡度- 2. 6% , 坡长9. 38 m。右洞隧道III级围岩长495 m, IV级围岩113 m, V级围岩长72 m, 明洞长19 m, 右洞纵坡采用单向坡, 坡度1. 9% , 坡长699 m。主要技术标准为城市II级公路, 设计速度60 km/h。

该隧道穿越低山丘陵地貌, 地形起伏较大, 相对高差> 200 m, 山体植被较不发育。进出口段为浅埋、偏压地段, 节理发育, 围岩软弱, 地下水较发育, 隧道整体穿越凝灰质粉砂岩夹砂砾岩、角砺凝灰岩地层。

2 数值模拟

本文利用ANSYS、FLAC有限分析软件, 分别分析了隧道6 m净距, 20 m埋深状态下, 偏压坡度分别为15°、20°、30°时围岩竖向和水平变形和应力特征。导坑分步开挖法最大的特点是集台阶分步开挖法能及时施作拱部初期支护、稳定性好和双侧壁导坑控制地表沉降与围岩变形好的优点。开挖顺序为先开挖浅埋侧隧道, 再开挖深埋侧隧道。单个隧道开挖顺序见图3 ~ 4, 各数值见表1 ~ 4。

本文在其基础上, 继续研究。利用ANSYS、FLAC模拟分析 ( 见图5) 。

3 结论

由第二节模拟分析得出以下主要结论: (1) 导坑分步开挖法, 在大跨度偏压小净距隧道施工时, 对围岩竖向位移主要危险部位为拱顶和拱底, 围岩水平位移危险部位为拱肩左右侧, 浅埋侧拱脚和深埋侧拱腰; (2) 导坑分步开挖法, 在大跨度偏压小净距隧道施工时, 围岩竖向位移而言, 随着开发顺序, 顶部开挖后出现变形最大, 左右导坑开挖时拱顶沉降会逐渐减小, 但在去除临时支撑浇筑完拱底后会再一次变大, 因此, 施工的时候要注意对这两步开挖时拱顶沉降进行监控; (3) 深埋侧隧道的施工对浅埋侧隧道拱顶沉降、拱底竖向变形有较小的影响; (4) 隧道开挖中, 左右导坑的竖向变形也较大达6 ~ 8 mm。浅埋侧导坑的竖向位移大于深埋侧导坑竖向位移; (5) 随着坡度的增加, 相同埋深的隧道, 拱顶沉降逐渐增加, 并偏向于深埋侧。施工中采取相应的加固措施; (6) 导坑分步开挖法, 在大跨度偏压小净距隧道施工时, 围岩水平位移而言, 变形最大的是顶部开挖后, 顶部支护的两角。而后在导坑开挖以及最后完整圈浇筑会逐渐减小。施工中要注意监控和采取相应的加固措施; (7) 深埋侧隧道的开挖对浅埋侧隧道围岩水平位移有一定的影响。双隧道都支护好后, 水平位移最大处两隧道均出现在浅埋侧拱脚和深埋侧拱腰。施工中要及时加固和监控; (8) 随着坡度的增加, 拱肩的水平位移并不是逐渐增加, 本文浅埋侧隧道开挖时部分水平位移先增加后减少, 后经分析由于埋深的影响导致。坡度的增加对水平位移影响较小。对竖向位移影响较大。[ID: 002622]

摘要：对于V级围岩大跨偏压小净距隧道, 传统的施工工法双侧壁导坑法有时并不能满足施工要求, 本文以浙江路湾隧道工程为依托, 以导坑分步开挖法的新工法为背景, 利用ANSYS、FLAC有限元软件分析偏压程度对新工法围岩变形的影响情况, 继而给施工一定的指导作用。

关键词：偏压程度,有限元分析,围岩变形

参考文献

[1]彭琦, 罗威, 李亮.浅埋偏压小净距隧道围岩压力及施工力学研究[J].铁道建筑, 2009, 49 (12) :34-37.

[2]王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M], 北京:人民交通出版社, 2007.

软弱围岩隧道施工质量控制分析 篇5

随着我国道路建设的`快速发展,出现了大量软弱围岩隧道开挖,存在围岩类别多、地质情况复杂、施工环境要求高、工期短等困难.分析了软弱围岩隧道施工质量控制的要点及质量控制重点,从而为软弱围岩隧道施工工期及施工安全提供有力保障.

作 者：于文金  作者单位：江西省交通工程质量监督站,江西南昌,330008 刊 名：四川建筑 英文刊名：SICHUAN ARCHITECTURE 年，卷(期)：2010 30(1) 分类号：U455.49 关键词：软弱围岩   隧道施工   质量控制  

隧道围岩 篇6

【关键词】隧道；软弱围岩；变形；监控测量

0.工程概况

本铁路隧道1#斜井DK134+870～DK134+890段是太原至兴县线静游至兴县段隧道。该段处于第四系上更新统坡洪积粉质黄土层，吕梁山群赤坚岭组灰白色加黑色斑状片麻岩，红色伟晶岩，黑色云母片岩等。隧道埋深较浅，上覆黄土一般厚20-40米，具II级自重湿陷性，下伏基岩顶部有一层10-20米厚全风化层，岩体节理发育，及破碎，呈碎石土状，地表黄土层沟壑发育，DK134+100段地表有河流穿过，常年不断，地下水位高，涌水量大。

变形段原设计为IV级围岩，开挖过程中实际掌子面围岩以强风化黑色云母片岩、红色伟晶岩，砂砾性碎石土为主，岩体及破碎，节理、裂隙发育，局部部位渗水，岩体遇水剥层脱落、掉块、坍塌，围岩稳定性极差。经与设计、监理现场勘查变更为V级围岩支护施工。

根据设计图纸，本铁路隧道1#斜井DK134+870～DK134+890段采用台阶法进行施工， 围岩地质状况差，斜井进入正洞采用门架式挑顶施工，在挑顶过程中，掌子面多次出现小型坍塌。在施作中导及下导时，由于围岩为云母片岩，加之水量大，导致频频出现不同程度的塌方。在下导施作完成6小时后，发现拱腰以下已严重侵限（初支预留变形量22cm），里程为DK134+809-801。为了控制变形，及时施作喇叭口段仰拱，对正洞边墙部分进行注浆加固。但是大里程施工数米后，变形段逐步延伸，变形主要表现为拱腰大面积喷射混凝土开裂、掉块，钢拱架局部变形扭曲，喇叭口处大里程段斜井拱架向正洞径向方向压弯。监控量测数据显示拱顶下沉及水平收敛值均已超出允许范围，沉降最大值已超出15.8cm，最大收敛超出50cm，拱顶下沉日收敛最大达到160mm。

1.围岩施工方案

根据工程项目的复杂、难易程度，施工单位制定了专门的施工方案《本铁路隧道1#斜井变形段换拱施工方案》。

（1）从2#斜井弃碴场拉石碴及时对DK134+870～890段中下导坑进行回填反压处理，回填高度3.5米，控制收敛变形，确保DK134+870～DK134+890整体稳定，防止变形加大导致隧道整体坍塌灾害。

（2）对变形体段DK134+870～+900段已成型中上导坑初期支护进行全断面径向注浆固结处理，预防替换拱架施工造成二次扰动变形加大，导致坍塌不安全隐患事故发生。

（3）注浆完毕待注浆强度符合要求后，从DK134+870开始用风镐在变形初期支护的两榀钢拱架之间开槽凿除初期支护侵限部分，槽宽50cm，测量满足设计断面要求后，安装新的I20钢拱架，并按设计要求施作好系统锚杆，锁脚锚管（Φ42mm×3.5mm无缝钢管、锚管长3.5m，每处2根）。采用同样方法继续施工处理、安装第二榀新I20工字钢拱架，施工系统锚杆、锁脚锚杆后利用风镐凿出两榀拱架之间侵限初期支护喷射混凝土及拆除变形旧I18钢拱架，安装钢筋网片，纵向连接筋，报监理检查合格后立即喷射混凝土封闭。以此类推间隔替换侵限格栅拱架施工至DK134+890。

（4）仰拱、二衬及时跟进封闭成环确保DK134+870～890段落整体施工安全。

2.监测与分析

2.1分点锚固式多点伸长计原理

测杆件和测头组成分点锚固式多点伸长计。其原理是：首先将伸长计的锚头锚固于钻孔中的各测点上，然后通过测杆将锚固头延伸至孔口测试面板旁，透过百分表观测相对位移，即测点与隧道岩体上各参考点的相对位移。通常在百分表测杆上置放球面状表托，增加测试杆与测试面板的接触和保证垂直性，减少测量误差和增加测试的重复度。

分点锚固式多点伸长计的安装步骤：钻孔后测量深度，准备一套安装杆（和辅助安装设备），要求其深度与孔深一致；连接锚固件和杆件，往锚固筒中灌注水泥砂浆；利用安装杆将组装好的测试器送至测试点，利用杆件间的相对移动挤出水泥，完成第一个测点的安装，将锚固筒锚固于孔；卸下安装杆，重复上述步骤，安装其他测试点；清理孔口，按顺序把连接各侧头并套入护管和把连接面板的测头锚固筒插入孔口，并保持1m左右的测量空间。

本工程研究采用4点监测，测量精度为0.101mm，量程为0～100mm。测杆件安装孔直径为76mm，测头安装孔直径为110mm。

2.2变形监测内容及频率

隧道软弱围岩变形监测点选取很重要，关系着监测结果的可靠与准确。综合考虑测量方法的可操作性和可靠性、成本和指导作用等因素，选取拱顶下沉和周边水平收敛作为变形监测必测项目，用于日常施工管理使用。

布置监控测量点，对初支变形段在施工过程中产生的变化进行观测，提供数据指导换拱施工。监控量测的频率根据相应规范要求进行，由于原初期支护变形量大，每天监测频次不少于4次，监测结果及时反馈。如果发现围岩变形突变，应该马上停止换拱施工，分析突变原因，并及时向相现场管理人员汇报，研究进一步处理方案。根据初期支护断面测量检测成果，确定初期支护拱架替换里程段落，为防止换拱作业过程中初期支护变形，在换拱施工前对换拱段落初期支护进行全断面注浆预加固处理，然后再采用风镐凿除两榀拱架之间喷射混凝土，重新安装I20钢拱架进行二次初期支护。

3.结论

本铁路隧道1#斜井DK134+870～DK134+890段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三个阶段：快速变形阶段、缓慢变形阶段和趋稳阶段。正确地认识软弱围岩的变形规律，是做好隧道设计和施工安全的前提；获取真实可靠的测量数据并对其进行数据分析和综合分析研究，可以完善设计方案和正确指导施工。通过施工现场监测测量综合分析结果表明，本铁路隧道1#斜井DK134+870～DK134+890段洞段采用台阶法施工是可行的。

【参考文献】

[1]赵小聪.连拱隧道中隔墙稳定性研究[D].西安：西安科技大学，2009.

[2]杨春.不良地质地段双连拱隧道施工技术研究[J].中国科技信息，2012（1）：59-60.

巴朗山隧道围岩分级研究 篇7

在隧道工程的勘察与设计过程中, 隧道围岩分级问题是最根本、最核心的问题, 其直接影响着隧道工程的设计、施工、以及造价。省道S303线巴朗山隧道工程长7 945 m, 围岩地质条件复杂, 在勘察设计过程中需要对隧道围岩分级进行深入分析。

1工程概述

巴朗山隧道位于小金、汶川、宝兴三县交界处的巴朗山, 是新建省道S303线的重点工程, 是连接九环线和卧龙大熊猫自然保护区及四姑娘山的唯一道路。隧道全长7 945 m, 起于巴朗山南东坡的邓生～塘房之间的小魏家沟附近, 止于巴朗山北西坡的濑哨～对房沟沟口之间。隧道越岭段地势十分险峻, 气候恶劣、高寒、高海拔 (公路通过垭口段海拔4532 m) , 隧道最大埋深868 m。

2隧道围岩地质特征

根据地面调查和钻孔揭露, 隧道穿越区围岩主要为松散堆积层、砂岩、板岩夹薄层千枚岩、结晶灰岩等, 其中主要以砂岩及板岩为主。

2.1 围岩物理力学性质

(1) 松散层。

主要为崩坡积、冰水堆积的变砂岩、板岩质碎块石构成, 松散～密实, 呈松散结构。

(2) 岩石。

依据本次在钻孔中取样试验, 砂岩、板岩的物理力学性质见表1。

2.2 岩体结构特征

2.2.1 岩体结构面发育特征

因隧址区岩层紧密褶皱, 使其岩体节理裂隙发育, 浅部主要为风化裂隙, 呈网状发育, 产状杂乱无序, 隙面多被铁锰质渲染, 岩体多成角砾状散体结构。向下风化渐弱, 岩体呈裂隙块状, 构造裂隙主要发育走向178～263～355°, 倾角一般大于50°, 三组, 隙面多平滑, 局部呈舒缓弧状, 一般闭合, 充填方解石或石英, 呈条纹、团块及脉状, 在褶皱核部、挤压揉皱带密集发育, 岩体呈碎裂状散体结构。

2.2.2 岩体完整程度

根据地表节理裂隙量测和钻孔物探声波测井及岩块纵波测试成果统计分析, 得到隧道岩体完整程度。其中, 强风化砂岩及板岩, 结构面发育程度为密集网状, 整体为为碎裂、散体状岩体结构;中～微风化砂岩, 结构面发育程度5～12条/m, 岩体纵波速度 (2.61～4.32 km/s) , 岩块纵波速度 (3.86～5.41 km/s) , 为裂隙块状、厚层岩体结构;中～微风化板岩, 结构面发育程度8～15条/m, 岩体纵波速度 (2.39～4.17 km/s) , 岩块纵波速度 (3.065～3.67 km/s) , 为中薄层岩体结构。

3隧道围岩分级

根据隧道围岩的工程地质特征及水文地质条件, 采用BQ法对该隧道进行围岩级别划分。BQ法隧道围岩分级分为两个步骤, 首先利用岩石的坚硬程度 (Rc) 值和岩体完整程度 (KV) 值确定岩体基本质量指标BQ, 之后结合地下水影响系数 (K1) 值、主要软弱结构面产状影响修正系数 (K2) 值、初始应力状态影响系数 (K3) 值, 修正岩体质量指标值BQ, 最终利用该值进行隧道围岩分级。

3.1 隧道围岩分级参数计算

利用BQ法对该隧道中各类型围岩, 进行理论定性及定量计算, 并通过修正系数进行修正, 得到修正后的岩石质量指标及围岩级别计算结果见表2。

3.2 隧道围岩级别划分

通过对该隧道各里程段围岩的特征进行深入分析, 得出该隧道的围岩分级主要集中在Ⅲ-Ⅴ级, 其中Ⅴ级约占20%左右, 具体的围岩分级情况见图1。

隧道中各级围岩的主要工程地质特征及存在的工程地质问题如下:

Ⅲ级围岩主要工程地质特征为:中～微风化, 砂岩硬脆, 板岩较软, 砂、板岩相间分布, 岩体以较完整、裂隙块状结构为主, 局部较破碎。其中含少量基岩裂隙水, 多呈滴水渗出, 局部有细股水流。在该类围岩中存在的主要工程地质问题包括, 拱部围岩无支护时可发生小～中塌方, 爆破震动过大易坍塌, 侧壁基本稳定。

Ⅳ级围岩主要工程地质特征为:中风化砂岩、板岩, 受构造影响, 裂隙发育, 为较软～较坚硬岩, 岩体以较破碎为主, 局部较完整, 呈中薄层状～碎裂状结构。其中含基岩裂隙水, 砂岩及裂隙多呈淋雨状, 局部细股状渗出, 板岩含水较弱。在该类围岩中存在的主要工程地质问题包括, 拱顶围岩无支护时, 短期可发生变形、小塌方, 如不及时处治, 可发展成中～大塌方, 侧壁经常小坍塌。注意局部的股状出水。

Ⅴ级围岩主要工程地质特征为:第四系堆积层呈松散结构, 富含孔隙潜水, 呈淋雨或股状渗出。或强风化砂岩、板岩及裂隙密集发育带、褶皱挤压破碎带, 岩石软～极软, 岩体破碎～极破碎, 呈散体～碎裂结构, 其中富含风化裂隙水, 多呈淋雨或细股渗出。在该类围岩中存在的主要工程地质问题包括, 受孔隙潜水影响严重, 围岩开挖后易坍塌, 洞口或浅埋段易冒顶。或拱顶围岩易坍塌, 侧壁经常小坍塌, 及裂隙密集发育带、褶皱挤压破碎带存在涌、突水可能。

4结论

本文通过对巴朗山隧道围岩地质条件的综合分析, 结合BQ法对该隧道的围岩等级进行了详细研究, 并最终对隧道中各里程段的围岩进行准确分级, 为工程设计提供合理的参考。 [ID:7183]

参考文献

[1]周虎勋.河南武西高速公路栗川至西峡段隧道围岩分级研究[D].西安:长安大学, 2011.

软弱围岩隧道塌方处理措施 篇8

青烟威荣城际铁路正线长度为299.18 公里 (其中利用既有胶济线13.3 公里) , 总投资371.3 亿元, 为客运专线铁路, 正线数目为双线。项目设计时速250 公里, 预留每小时300 公里。全长5505m的蓁山隧道位于青烟直通线上, 为全线最长隧道, 是全线的工期控制性工程。隧道位于山东省烟台市境内, 隧道的最大埋深124.3 米。

隧道所处地质条件复杂, 跨越两道断裂带, Ⅳ、Ⅴ级围岩比例达63%, 结构组成以强风化片岩为主, 塌方段处于断裂带小里程侧40m, 经超前地质预报揭示该段围岩破碎, 地震反射界面较明显, 隧道围岩节理裂隙发育, 结构面杂乱, 含裂隙水, 岩体结构面破碎较严重, 围岩节理极发育, 疑为断层破碎带位置前移, 围岩完整性和稳定性很差。

2 隧道坍塌原因分析

设计院和施工单位通过在现场一起查看后综合分析得出隧道塌方的主要原因为设计围岩级别与实际围岩级别相差太大, 隧道前方围岩在开挖后产生失稳坍塌并引起的已施作的初支结构坍塌, 坍塌部位为拱腰以上, 具体为拱顶以上7m的空腔向拱腰部位延伸。塌方段后方按设计为Ⅳ级围岩, 采取0.8m每循环格栅钢架支护, 围岩稳定性一般。在开挖至塌方段后发现围岩岩性突变, 岩体呈松散体, 裂隙水较发育, 拱顶岩体稳定性极差, 伴随掉块。后方初期支护钢架变形明显。人员及机械撤离后半小时拱顶即发生坍塌并向后方延伸10m。

3 处理措施

3.1 方案概述

根据塌方后地质综合分析, 塌方体位于拱顶以上8m向两侧拱腰延伸, 后方10m范围内被塌方松散体掩埋。拟采取设置止浆墙并在拱部泵送自流式混凝土结合超前大管棚支护的方案进行处理。注浆之前先施作止浆墙, 并预埋泵送管接入塌腔内泵送自流式混凝土形成护拱提前固结掌子面上方松散体。再在止浆墙上打设大管棚并注浆固结拱顶以下及塌方体前方的松散体。

3.2 止浆墙施工

止浆墙采用C25 混凝土浇筑, 厚2m, 周边采用2 排环向间距1.2m, 排距1.2m, 长2.5m的 Φ25mm砂浆锚杆, 嵌入围岩1.2m。周边预埋2m长的 Φ42mm小导管, 止浆墙浇注完成后, 通过导管进行注浆对止浆墙与初支护间的裂隙进行封闭。止浆墙施工过程中, 基础必须落在基岩上, 基底虚渣必须清理干净, 防止虚土引起止浆墙下沉和注浆过程中漏浆。混凝土浇筑前对前方流水进行集中引排, 防止流水对止浆墙混凝土强度造成影响。止浆墙混凝土浇筑前在空腔位置埋设2 根混凝土输送管, 待止浆墙浇筑后对塌方体上方空腔进行泵送C20 自流式混凝土回填。

3.3 径向注浆加固

为了保证超前大管棚注浆过程中后方初支安全, 对止浆墙后方12m范围内上台阶初支采用小导管进行径向注浆加固, 加固范围为塌方体前12m范围, 径向为初支轮廓线外3.5m, 注浆采用普通水泥单液浆。

3.4 拱墙及时施工

为保证掌子面塌方处理的施工安全和防止因后方支护结构变形过大引起后期拆换拱架, 在施工止浆墙和径向注浆期间, 尽快将仰拱跟进至距离止浆墙25m处, 二衬跟进至距离止浆墙45m处。

3.5 超前大管棚支护

径向注浆加固完毕后, 多功能地质钻机进场开始打超前大管棚, 超前大管棚钢性支护长25m, 开孔沿初支轮廓线内50cm, 环向间距35cm, 外插角5~7 度, 共布设43 根, 管棚孔可兼作周边上断面检查孔。大管棚采用外径 Φ89mm, 壁厚5mm热轧无缝钢管加工, 每节长3m, 两端分别设7cm长的内外连接丝扣, 前端加工成椎形尖端并封闭。管壁沿两条垂直直径布设四排 Φ10mm对称溢浆孔, 梅花形布设, 孔间距45cm, 每根管棚侵线部分采用推进器将管棚推入孔底, 以便于开挖支护, 管棚安设完成后进行全孔一次性管棚注浆, 注浆参数同径向加固注浆。加固范围为外圈终孔上台阶在开挖轮廓线外6m, 中台阶在开挖轮廓线外5m, 仰拱在开挖轮廓线外3m。

3.5.1 注浆顺序

3.5.1.1 先施作G23、G35、G15 三个孔作为超前探孔, 对坍方体情况进行判释, 在这3 个孔钻孔过程中如遇到较大空腔直接下入钢管泵送低标号砂浆对空洞进行回填。泵送砂浆回填空洞的孔仍需要进行布孔注浆, 确保注浆加固效果。

3.5.1.2采取先外后内、由上到下、间隔跳孔的施工方式进行。

3.5.2注浆过程记录。该段设计注浆量约为1200m3, 由于加固段处于坍塌体内, 其洞顶存在空腔, 实际注浆量可根据现场注浆情况进行动态调整, 做好记录。

3.5.3 注浆效果检查。注浆过程采取P-Q-t曲线分析、反算浆液充填率、堵水率及检查孔等方法对注浆效果进行评判。检查孔数量为帷幕注浆孔的10%, 重点检查异常区域, 检查孔无涌泥, 不塌孔, 涌水量小于1.5L/min·m。

3.5.4 注浆结束。单孔注浆结束标志为注浆压力逐步升高至设计终压, 并稳定10min以上, 单孔注浆进浆速度为开始进浆速度的1/4。当所有孔都注浆完毕后, 检查孔有浆液流出时即可停止注浆。

3.6 破除止浆墙开挖塌方段

注浆结束后即可破除止浆墙, 首次爆破采用小剂量药包, 先破除中心部位混凝土墙, 再对周边进行修复爆破, 切忌一次装药量过大, 造成二次塌方。止浆墙破除后按照变更后Ⅴ级加强施作初期支护结构。塌方段处理完后及时对前方地质进行超前探测, 根据前方地质情况及时变更支护级别, 确保施工安全。

4 结论

按照此方案安全的通过了塌方段, 总结此次塌方处理经验主要有以下几点:

在隧道出现掌子面塌方的时, 要对隧道靠近掌子面塌方段已施作初支段落采取径向注浆进行加固, 同时加快二衬仰拱及拱墙的施作, 及时封闭成环;再保证已施作段安全的前提下再对塌方形成的松散体进行固结处理。

4.1 当隧道塌方后, 不要轻易去清除塌方渣体, 一般应先待塌方体相对稳定后, 对塌方体表面进行喷混凝土封闭, 防止塌方体滑移, 然后再加固未塌方地段, 防止塌方范围扩大, 最后向塌方体注浆加固为后序开挖做好准备。只有通过前方封堵, 后方加固, 对塌方区形成合围, 才是防止塌方恶化的有效方法。

4.2 一般隧道坍塌后形成的松散体巨大, 前方围岩情况不明, 打设超前大管棚要打入到前方原状岩体中, 利用浆液将前方松散体固结成整体, 从而为二次开挖提供安全工作面。

4.3 施工中要根据超前地质预报结果及时调整支护参数, 重视地质预报工作, 不可偏信既有设计结论。每次开挖后都要认真进行地质素描工作, 为动态调整支护结构形式提供依据。

参考文献

[1]客运专线铁路隧道施工技术指南 (TB_TZ214-2005) .

[2]饶军.隧道问题塌方处理研究 (2007) .

[3]黄成光.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社, 2004.

隧道破碎围岩的开挖与支护 篇9

1 隧道破碎围岩的地质特征

隧道破碎围岩一般为Ⅳ~Ⅵ类高级别围岩, 此类围岩一般出现在成洞面和覆盖层较薄地段, 还有一些由岩体本身决定的, 如膨胀地层、软弱黄土地层、含水未固结围岩、溶洞、断层、流沙等。萝卜岭隧道主要以节理发育较严重, 整体稳定性较差并含有裂隙水的软弱砂岩组成, 在实际施工中危害性极大, 常常出现大面积拱顶坍塌、掌子面围岩沿软弱夹层下滑的现象。对于这样的地段, 如果仅靠常规的开挖方法和支护措施是很难克服的, 必须采取针对性教强的辅助方法施工。

2 隧道破碎围岩受力分析

隧道开挖后破坏了原有岩体的自稳能力, 使应力重分布后达到一个新的自稳状态。其应力、应变的关系曲线成非线性状态, 其变形和破坏通常是沿某些软弱结构面或软弱夹层, 首先产生应力集中, 使岩体内部的结构和应力条件改变, 导致软弱部位出现应力达到或超过其抗减强度, 从而产生整体变形和破坏。因此, 破坏岩体的抗减强度大多受软弱结构面或软弱夹层所控制, 其软弱夹层在隧道稳定中尤其重要。同时由于岩体破碎, 常为地下水的通道和富水带, 地下水常常是控制隧道自稳能力的重要影响因素。

3 破碎围岩条件下隧道一般开挖支护方案及存在的问题

破碎围岩条件下, 隧道的衬砌断面常采用曲墙有仰拱的断面形式, 开挖方案多采用台阶法、环形开挖预留核心土法或侧壁导坑法, 支护采用 (钢架) 挂网喷锚支护方案, 从施工工艺、施工质量和经济方面考虑, 实际施工中锚杆类型多选用早强水泥卷锚固锚杆, 梅花型布置, 锚杆直径多为22~25mm, 长度2.5m~3.5m之间。

破碎围岩条件下, 隧道开挖支护方案中, 锚杆起着非常重要的作用, 但实际施工中最容易出现问题的环节却是锚杆施工。传统的早强水泥卷锚固锚杆施工中主要有以下几个方面的问题:

3.1 钻孔困难:

由于受围岩类别的限制, 选用环形开挖预留核心土法开挖作业方式, 由于作业空间狭小, 施工完成一个3m深的锚杆钻孔, 需要更换3次钻头或进行3个循环, 即先用1m长度的钻孔钻进1m后改用2m长度的钻杆, 最后再用3m长度的钻杆终孔, 不仅工作效率较低, 而且孔内掉渣问题无法克服。

3.2 填塞早强水泥锚固卷困难:

因隧道围岩破碎, 孔壁粗糙, 早强水泥锚固卷吸水后强度降低, 加之孔内掉渣问题的困扰, 很难填塞到位, 而且锚固卷很容易破裂碎毁。

3.3 锚杆安装困难:

因隧道围岩破碎, 加之填塞早强水泥锚固卷时的碰撞, 锚杆钻孔内很容易掉渣、掉块, 使锚杆安装不到位或无法安装。

3.4 垫板安装困难:

因锚杆杆体多采用直径为22~25mm的螺纹钢筋, 尾端不能直接安装垫板, 需要焊接专门加工的有丝扣的尾端, 质量难于保证。

综上所述, 钻孔→填塞锚固剂→锚杆安装→垫板安装等锚杆施工的各个环节, 均为控制锚杆质量的决定性因素。

4 隧道破碎围岩开挖支护方案的改进意见

破碎围岩条件下, 隧道开挖方法的选择决定了隧道的进度快慢和成本的高低。受围岩类别的限制, 在考虑工程质量、工程进度和工程成本的情况下, 多选用上台阶环形开挖预留核心土法开挖作业, 因为与台阶法相比环形开挖预留核心土法临空面比较小, 在台阶法的基础上有效的制止了掌子面围岩沿软弱夹层下滑, 相对较为安全;与侧壁导坑法相比上台阶环形开挖预留核心土法可以与挖掘机和装载机配合作业, 再用人工辅助作业, 大大加快了施工进度, 节约了工程成本。萝卜岭隧道塌方体施工中一直用此方法开挖, 不仅节约了时间, 而且安全通过并未发现任何不良现象。

要改进和克服传统锚杆施工中的问题, 就是改进锚杆施工中从钻孔→填塞锚固剂→锚杆安装→垫板安装等锚杆施工的各个环节, 选用迈式 (自进式) 锚杆是克服上述缺点的最好选择。

4.1 连续的螺纹使迈式 (自进式) 锚杆可任意切割, 连接, 适合在

狭窄的工作场地施工, 克服了锚杆钻孔成孔困难的问题, 同时, 连续的螺纹使迈式注浆钻进锚杆比光滑的钢管具有更强的黏结阻力。据试验结果所得, 黏结阻力高出光滑钢管2~3倍。

4.2 迈式 (自进式) 锚杆能高效的注浆, 充填裂缝, 固结岩体和土层, 控制地下水, 具有良好的注浆扩散半径及可靠的锚固质量。

显而易见比填塞早强水泥锚固卷锚固效果要好的多。

4.3 迈式 (自进式) 锚杆钻杆及锚杆合二为一, 在破碎围岩条件

下不需套管护壁, 即能形成锚孔, 克服了和锚杆安装困难的问题, 保证锚固和注浆效果。操作简便, 快捷省时, 节省大约25%工作量, 减少工程成本。

4.4 迈式 (自进式) 锚杆的尾端, 采用专用螺帽即可直接安装锚杆垫板。克服了传统锚杆垫板安装困难的问题。

迈式 (自进式) 锚杆就是一种将钻进、注浆、锚固功能合为一体的中空自钻注浆锚杆, 能够保证在破碎围岩条件下的锚固效果, 具有可靠、高效、简便的特点。萝卜岭隧道因围岩破碎, 并受偏压影响, 在YK100+286~+362段和YK100+247~+276段初期支护完成后, 出现裂缝, 最宽裂缝为5cm, U25型钢支撑外漏, 并且持续发展, 针对这种情况, 决定采用迈式 (自进式) 锚杆进行加固处理, 目的在于稳定初期支护变形后进行换拱处理。根据上述换拱方案, 两天 (24个台班) 采用手持气腿式风钻共完成了3.5m长度的迈式 (自进式) 锚杆

308根, 平均每个台班完成12.8根, 而施工相同长度的早强水泥卷锚固锚杆, 平均每个台班只能完成6~8根锚杆钻孔的施工, 由此可见, 迈式 (自进式) 锚杆的施工工效提高一倍以上, 通过对萝卜岭隧道相同长度的传统早强水泥卷锚固锚杆和迈式 (自进式) 锚杆的拉拔试验结果对比, 迈式 (自进式) 锚杆的拉拔力均>5t/根, 抽检合格率达到100%, 明显大于早强水泥卷锚固锚杆。在后来的换拱工作中, 发现迈式 (自进式) 锚杆充填裂缝, 固结岩体的效果很好, 使得换拱工作得以顺利进行。

5 结论

上官隧道围岩稳定性监测 篇10

上官隧道地处阳新县富水镇以北,处于构造溶蚀~剥蚀低山区,整体呈近东西向展布,左幅里程桩号为ZK58+779~ZK60+750(全长1971米),右幅里程桩号为YK58+780~YK60+744(全长1964米)。

该隧道与下盘区域断层(黄家坳逆断层)大致平行,走向交角较小,穿越地层不多,主要穿越K2-E、S、O基岩(O1以下地层未被揭露)。隧道进出口为Ⅳ级、Ⅴ级围岩,洞身局部有Ⅲ级围岩。

隧道岩体的分级宜定性和定量划分。上官隧道围岩大部分由软质岩组成,包括K2-E1g粉砂质泥岩、S1x页岩、O3S1l炭质页岩,受构造作用影响,成洞条件较差;局部段为较坚硬岩:O2-3b鲕状灰岩,存在岩溶问题,并且由于洞身段灰岩厚度不大,分布不稳定,影响其围岩稳定性。

1 围岩稳定性监测方案

由于岩土工程的复杂性和特殊性,在隧道施工过程中一般需要根据施工过程中洞内外地质调查、洞内观察、现场监控量测及岩土物理力学实验等施工反馈信息,进一步分析确定围岩的物理力学参数,以最终确定和修改隧道施工方法和支护方式。本隧道支护结构应用新奥法原理采用复合衬砌,现场量测是新奥法的三大支柱之一,必须通过监测分析对原设计参数进行优化,从而使设计、施工更符合现场实际。

根据本隧道的实际情况,在施工过程中必须进行的监控量测项目有洞口浅埋地段地表下沉观测、洞室周边位移变形监控量测以及日常观察与施工调查。

在隧道洞口地段,观测断面纵向间距约10~15米,每端洞口至少设置一个观测断面。在进行洞室开挖施工过程中,必须进行洞室周边位移变形监控量测,每次爆破施工后应进行掌子面地质及支护状态的观察。洞室周边位移量测断面在Ⅴ级围岩地段纵向间距5~10米左右应设置一处,在Ⅳ级围岩地段纵向间距10~30米左右设置一处,在Ⅲ级围岩地段纵向间距30~50米左右设置一处,在围岩分级比较零碎的地段每一级围岩段至少要设置一处监测断面。测点布置图如图一所示。

2 监测数据分析

由于上官隧道布置的监测断面较多,且74%的围岩为Ⅳ级,其他还包括Ⅲ级和Ⅴ级。围岩大部分由软质岩组成,其中页岩居多。因此选取了4个典型断面进行分析。其中断面桩号为YK59+078与ZK59+193,Ⅳ级围岩,中风化粉砂质泥岩,稳定性较差,渗水;YK60+560与ZK60+470,Ⅳ级围岩,中风化鲕状灰岩,破碎,顶板薄稳定较差,渗水或局部涌水。表一为围岩的物理力学性质。

本文通过采用非线性回归分析处理监测数据,较好地绘制了时间与累计收敛量、沉降量以及时间与收敛速率、沉降速率的关系曲线。

采用回归分析时,根据监测数据散点分布规律[3],选用了下列函数关系式:

(1)多项式,例如:

(2)幂函数,例如:

(3)指数函数,例如:

(4)对数函数,例如:

2.1 水平收敛

(1)断面YK59+078

断面YK59+078监测时间为58天,1号测线位移量为30.6mm,最大收敛速率为1.7mm/d。分别采用多项式以及乘幂对累计收敛量以及收敛速率与时间关系进行拟合,如图二、三所示,拟合函数参数列于表二中。

(1)YK59+078洞内收敛回归分析图

(2)YK59+078收敛速率回归分析图

从以上数据分析图中看出,该断面水平收敛变形缓慢,变化量不大,变化速率波动较小,对整体趋势未造成影响;随时间的增长位移量缓慢增长,收敛速率则逐渐减小,趋于零,逐渐稳定。

(2)断面YK60+560

断面YK60+560监测时间为40天,1号测线位移量为80.4mm,最大收敛速率为11.9mm/d。监测数据及拟合分析如表三所示。

(1)YK60+560洞内收敛回归分析图

(2)YK60+560收敛速率回归分析图

从以上数据分析图中看出,该断面收敛变形整体上趋于稳定,收敛速率也由小变大再逐渐减小,并趋于零。其中,在收敛速率迅速增大时,经过采取提前施作仰拱等措施后,速率逐渐减小,使得位移量增长减小,最终趋于稳定。

(3)对比分析

由上述分析中得知断面YK60+560收敛变形与收敛速率波动变化比断面YK59+078大得多,且断面YK60+560最大收敛速率也比断面YK59+078大许多。根据两断面的地质情况可知,YK59+078与YK60+560同处于Ⅳ级围岩,稳定性都较差且渗水,但YK59+078围岩岩性为粉砂质泥岩,而YK60+560围岩岩性为鲕状破碎灰岩。可见,断面的围岩岩性不同对收敛变形产生不同的影响,此处灰岩岩性弱于泥岩,收敛变形更大,稳定性更差。

断面ZK59+193累积收敛量为18.6mm,最大收敛速率为2mm/d,而断面ZK60+470累积收敛量为41.9mm,最大收敛速率为2.2mm/d。现象比之断面YK60+560与YK59+078轻微,但也明显看出围岩岩性对于不同断面收敛变形的影响。

2.2 拱顶下沉

(1)断面YK59+078

断面YK59+078拱顶Ⅲ号测点沉降最大,累计位移量为34.1mm,最大下沉速度为3.3mm/d。分别采用多项式及幂函数对沉降量以及沉降速率与时间关系进行拟合,如表四所示。

(1)YK59+078洞顶下沉回归分析图

(2)YK59+078洞顶下沉速率回归分析图

从以上数据分析图中看出,该断面整体而言,拱顶沉降不大。前期拱顶沉降变化缓慢,沉降速率较小,后期随沉降速率迅速增大,位移量也快速增大。但随沉降速率逐渐趋于零,位移量趋于一稳定值,而逐渐趋于稳定。

(2)断面YK60+560

断面YK60+560不均匀沉降明显,左侧拱腰Ⅱ号测点与拱顶Ⅲ号测点累计沉降分别为69.8mm与66.2mm,而拱腰Ⅳ号测点沉降最大,累计沉降为106.1mm,最大下次速度为13.2mm/d。

(1)YK60+560洞顶下沉回归分析图

(2)YK60+560洞顶下沉速率回归分析图

从以上数据分析图中看出,该断面沉降变化由快速增长逐渐变为缓慢增长,最终趋于稳定。沉降速率由前期波动起伏大到后期变小,并逐渐减小,最终趋于零。

(3)对比分析

由上述分析中得知断面YK60+560拱顶沉降与沉降速率波动变化比断面YK59+078大得多,且断面YK60+560最大收敛速率也比断面YK59+078大许多,且断面YK60+560拱顶沉降由快速增长变为缓慢增长与断面YK59+078情形正好相反。根据两断面的地质情况,同样可以得出断面的围岩岩性不同对沉降变形产生不同的影响,此处灰岩岩性弱于泥岩,沉降变形更大,稳定性更差。

断面ZK59+193拱顶Ⅲ号点累积沉降量为12mm,最大沉降速率为1.8mm/d,而断面ZK60+470拱顶Ⅲ号点累积沉降量为35.1mm,最大沉降速率为1.3mm/d。这两个断面沉降变形较小,对于围岩稳定性影响微小,但明显看出围岩岩性不同对于沉降变形的影响,与以上两断面现象一致。

3 结束语

(1)上官隧道围岩稳定性受到了许多因素的影响,围岩变形表现形式主要有地表沉降、洞内位移、初支开裂和塌方。综上所述,在围岩等级同等的情况下,围岩岩性对围岩变形的影响是显而易见的,灰岩岩性弱于泥岩,变形更大,稳定性更差。

(2)从数据中可以看出,施作仰拱对于控制隧道围岩变形有重要的作用。

(3)对收敛和拱顶下沉监测数据进行回归分析,可以预测最终变形。

总之,通过对实测数据的分析不仅可以及时指导施工,还可以深入评定各影响因素对围岩稳定性的影响,进而保障该隧道的稳定运行,且有利于其他类似工程施工设计。

摘要：本文通过对隧道的拱顶下沉、水平收敛等数据进行分析,确定监测数据的处理方法,得出了该隧道不同围岩岩性对隧道围岩变形的影响,确保了隧道的安全施工。采用多项式、乘幂、指数函数等分别对水平收敛量及拱顶量测数据进行回归分析,从而判断围岩的稳定性。

关键词：围岩稳定性,回归分析,围岩岩性

参考文献

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