分析监控量测在软岩大变形隧道中的应用

分析监控量测在软岩大变形隧道中的应用

张赟，罗雪涛，郑小洋

（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川 成都  610041）

【摘要】结合药王谷隧道监控量测数据实际情况对监控量测技术在软岩大变形隧道中的应用进行分析，体现出了监控量测在施工工程中验证支护结构效果，为支护参数和施工方法的准确性提供依据，为优化和变更设计提供参考意见的重要性。

【关键词】 监控量测  软岩大变形  隧道工程

1 引言   

从大量的工程经验中分析可知，隧道监控量测是确保施工安全和结构安全可靠、指导施工过程和施工安全监控的重要手段。监控量测是指在隧道施工中，对围岩、地表、支护结构的变形和稳定状态，以及周边环境动态进行的经常性观察和量测工作，以便实时掌握围岩和支护工作状态、判断围岩稳定性、支护结构的合理性和隧道整体安全性，确定二次衬砌合理的施作时间，为在施工中调整围岩级别、变更设计方案及参数、优化施工方案及施工工艺提供依据。

2 九绵高速公路药王谷隧道工程概况

九绵高速公路药王谷隧道进口为一座分离式隧道。左线隧道起止点桩号为 ZK197+505～ZK201+650，长度为4145m。右线隧道起止点桩号为K197+470～ZK201+720，长度为4250m。

受区域地质构造的影响，隧址区内裂隙或破碎带内岩体十分破碎，其成洞性差，隧道施工到这些破碎带和构造裂隙时，容易引起掉块，甚至是洞壁岩体发生剥离等现象，这些均不利于隧道的稳定性。同时这些破碎带一般是地下水的富集地带，为区内的富水层，当隧道施工到破碎带时，常发生涌水现象。受区域构造的影响，构造裂隙深切岩体，也降低了隧道的稳定性。

隧址区位于四川盆地西北部， 地形地貌受地层岩性及构造控制明显，隧道区地貌类型属溶蚀、剥蚀型中-低山，山顶呈平台状，为花溪景风景区。隧道区高程为666.7～935.5m，相对高差约269m，地形起伏较大，地表植被发育，多为低矮的灌木、杂草及部分松树等。

隧道洞身围岩级别主要以IV、V级为主，洞身岩体主要为泥盆系中统观雾山组（Dgn)石灰岩等；泥盆系中统养马坝组（Dzy）灰岩等；泥盆系中统甘溪组（Dzg）泥质砂岩、泥岩及页岩等。通过钻探情况可知，泥盆系中统甘溪组（Dzg）泥质砂岩、泥岩及页岩等节理裂隙发育，岩体破碎、较破碎，主要分布于隧道小里程段，以V级围岩为主；泥盆系中统观雾山组（Dgn）石灰岩等、泥盆系中统养马坝组（Dny）灰岩等岩体较完整、较破碎，以IV级为主，但隧道围岩为可溶岩，开挖可能遇溶洞，应加强超前地质预报，以防涌水、突泥危害，同时应对溶洞的处理作专门设计预案。

3  位移监控量测

为了能够充分地了解围岩支护的实际情况，了解围岩支护变形情况，确定最终稳定时间，优化各个施工环节应严格按照国家标准和行业规范要求，制定软岩变形严重部分的具体监控量测实施方案，进行可以掌握其受力变形的状态，规范准确地分析岩层稳定性和支护性能。本工程中的监测断面分布状况如图1~2所示。

根据本次工程中所选定的K197+795、K197+805两个监测断面，可以获得拱顶下沉、周边收敛速率时态曲线和拱顶下沉、周边收敛累计值时态曲线具体数据对比曲线如下图3~6所示。

1)K197+795预留变形量为12cm采用I20b工字钢钢架。拱顶(GD)累计沉降424.4mm ，周边收敛(SL) 累计收敛562.7mm。

2)K197+805预留变形量为12cm采用I20b工字钢钢架。拱顶(GD)累计沉降715.5mm ，周边收敛(SL) 累计收敛913.5mm。

分析数据可知，该隧道的2个断面拱顶下沉曲线的变化状态较大，采用I20b工字钢钢架支护措施下，可以分成如下的 几个变化阶段：掌子面结构部分开挖施工0~30d监测数据变形较大，这是因为药王谷隧道进口右洞掌子面为V级围岩，掌子面以坡堆积体为主，夹少量碎石土，呈灰褐色:掌子面围岩强度低，遇水易软化，岩体局部渗水。受近段时间雨季影响，隧道初支监测断面拱顶下沉和周边收敛监测数据大，预警频发，局部初支开裂(肉眼可见)。锚杆与喷射混凝土结构部分并不完全达到支撑的需要，不能有效地控制变形；掌子面在开挖进入到30~55d，下沉的速度减缓，整体的沉降趋势有所减缓，这是因为初期支护结构部分已经可以达到必要的支撑要求能够有效地抵抗变形 ，但因为收敛压力在逐步增大导致初期支护逐渐损坏，初期衬砌开裂，脱落掉块，拱架扭曲变形。

4 软岩大变形控制措施

有关地质、隧道专家对九绵高速29标药王谷隧道右洞初支大变形问题进行现场勘察，并听取施工方现场实际情况介绍，认为药王谷隧道右洞进口端位于总体稳定的堆积体上，隧道进口右洞掌子面里程位置，埋深约45m，掌子面围岩为黄色块石土夹灰白色粘土，右洞掌子面有地下水渗流，围岩遇水极易软化，加之受工法限制，导致隧道出现较大的收敛和沉降变形，初期支护出现局部剥落和环向裂缝。经查看专家组提出如下意见及建议:

1)为保证施工安全，掌子面目前应暂停掘进，待仰拱封闭成环至掌子面小于10米时，采用三微台阶法进行施工。

2)为限制沉降及收敛，同时考虑到地表分布有建筑物，后续开挖段落需加强超前支护和结构参数，具体建议：超前支护宜采用中管棚，布设范围为上台阶140°﹔初期支护钢架可采用l22b工字钢，间距可调整为50~45cm；拱脚可结合现场施工工艺采用大拱脚并加强锁脚，锁脚可采用D75~108注浆钢花管，每处采用下插脚45°和20”各1根，长4~6m；二次衬砌配筋宜加强。

3)为确保初期稳定和拆换施工安全，建议对掌子面进行反压回填、上台阶段落增加临时仰拱封闭成环和增设临时拱架、需初期支护拆换的段落宜采取径向注浆加固措施。拆换需在加固措施完成后方能进行，并应同时封闭成环。

4)若初期支护封闭成环后，仍存在沉降变形，可采取对底部进行钢花管注浆加固。

5)现场施工时需进一步加强现场管理，拱脚基础应低于台阶开挖面，并加强监控量测，必要时可在上台阶增加临时横撑，以提高初期支护的稳定性。

5 优化施工后变形情况

优化后施工情况 K197+800~K197+850预留变形量暂用40cm采用l22b工字钢支护。变形典型断面为 K197+820如图7~8所示。拱顶(GD) 累计沉降34.00mm，收敛(SL)累计收敛37.16mm，封闭成环时间一般8~12d。

6 结语

1)隧道结构部分的围岩性能差，结构稳定性不足，从而使得开挖之后的拱顶存在严重变形的情况。在采用了l22b工字钢增加了相应措施后沉降和收敛都得到了较大控制，拱顶沉降与上台阶收敛变形均控制在预留变形量以内并趋于稳定，可以有效控制软岩大变形的发展。

2)高速公路隧道施工过程中会面临各种不良地质情况，做好施工过程中的监控量测特别重要，保证监测数据的真实性和及时性，指导现场施工作业安全、高效地开展。

参考文献：

【1】吴佳欣.分析监控量测在软岩大变形隧道中的应用[J].工程建设与设计.2020(4).

【2】赵河.西太平山隧道监控量测与稳定性分析研究[J].北方交通.2009(8).

【3】叶樵.隧道工程监控量测工作实施与控制[J].铁道工程学报.2009(7).

【4】廖浩然.高速公路隧道施工监控量测技术应用[J].交通世界.2021(7).

作者简介：张赟（1993.10~），男，陕西宝鸡人，本科，助理工程师，从事公路水运试验检测工作。