王 亮

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 40074）

隧道開挖工序?qū)鷰r支護(hù)的變形影響與空間效應(yīng)

王 亮

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 40074）

利用隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析直觀的反應(yīng)圍巖變形穩(wěn)定情況并對(duì)下一步施工工序作出指導(dǎo)性建議；而今天隧道結(jié)構(gòu)的形式多元化，隧道施工技術(shù)日益成熟，不同的施工工序?qū)λ淼绹鷰r結(jié)構(gòu)的改變也不盡相同，由于施工過程中掌子面不斷推進(jìn)，圍巖巖層的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)也隨之經(jīng)歷破壞重組再破壞再重組的循環(huán)當(dāng)中，此過程中重組的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不能形成最終的穩(wěn)定狀態(tài)。

監(jiān)控量測(cè)；空間效應(yīng)；圍巖位移；開挖工序

1 工程概況

隧道單洞凈寬13.75m，凈高7.85m，連拱開挖總跨度達(dá)34.36m，屬六車道雙聯(lián)拱大跨度隧道，左右洞之間通過 2.9m厚的中隔墻相連，隧道凈寬 32.10m（14.60+2.90+14.60），隧道長280m，其中明洞長20m，暗洞長260m，隧道洞身圍巖主要以粉砂質(zhì)泥巖、砂巖互層為主，洞身圍巖均為V級(jí)，隧道最大埋深35m。隧道采用圖2-2所示步驟開挖支護(hù)，即采用左右側(cè)壁上下臺(tái)階法。

本文以四川某公路隧道為例運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)隧道施工過程中圍巖支護(hù)變形特性、開挖施工工序、開挖過程中產(chǎn)生的空間效應(yīng)等因素進(jìn)行理論分析，得出相關(guān)結(jié)論并運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)反饋法的三個(gè)準(zhǔn)則[1]～[3]以對(duì)后期施工及類似工程施工提供一定參考依據(jù)，并對(duì)圍巖支護(hù)變形進(jìn)行預(yù)測(cè)以及得出圍巖支護(hù)變形規(guī)律。

2 監(jiān)控量測(cè)

本隧道施工采用新奧法施工，本文對(duì)斷面頂部沉降與周邊收斂進(jìn)行分析。測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況[4]～[6]：現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)在5～10m間距布設(shè)一個(gè)斷面測(cè)點(diǎn)測(cè)線，每個(gè)斷面布設(shè)3個(gè)沉降測(cè)點(diǎn)（分別為拱頂、左、右拱腰測(cè)點(diǎn)），上、下臺(tái)階兩個(gè)水平收斂測(cè)線。見圖2-1所示

圖2-1 測(cè)點(diǎn)測(cè)線布設(shè)及施工工序

2.1 空間效應(yīng)

隧道在施工過程中由于掌子面不斷施工推進(jìn)，而掌子面附近圍巖不能立即釋放全部彈性位移，形成了由開挖面推進(jìn)產(chǎn)生的圍巖變化的特性，即空間效應(yīng)[7]，其中周邊圍巖受到兩種不同的約束方式，即“半圓弧”約束和“環(huán)形約束”，開挖時(shí)掌子面附近存在“虛擬支撐力作用”；而隧道施工的空間效應(yīng)主要表現(xiàn)在由“位移釋放系數(shù)”得出的“位移釋放規(guī)律”[8]上。

在現(xiàn)在的公路隧道工程中為了滿足車流量大的問題，隧道斷面也進(jìn)入了雙車道或三車道及以上。對(duì)于這類隧道的施工，大多數(shù)情況都是采用非全斷面開挖，但非全斷面開挖就分多種方法，本文依據(jù)如圖所示開挖步驟，以具有代表性的左洞斷面 K1+100上測(cè)點(diǎn)測(cè)線為例對(duì)每個(gè)開挖步驟對(duì)周邊圍巖支護(hù)的位移變化影響分析研究并作出總結(jié)。

3 量測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)過程中得到的數(shù)據(jù)，以K1+100斷面為例對(duì)該斷面圍巖支護(hù)變形特性進(jìn)行分析。由于施工現(xiàn)場(chǎng)條件限制，在施工開挖到K1+101時(shí)進(jìn)行對(duì)K1+100斷面的布設(shè)以及初次量測(cè)。（以下所述掌子面均為工序一處開挖施工的掌子面）

圖3-1 各測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)隨掌子面掘進(jìn)沉降圖

由左拱腰測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)可以看出在掌子面推進(jìn)距該斷面0～6m的過程中左拱腰測(cè)點(diǎn)處于快速下降狀態(tài)，沉降量急劇增長，此為工序一開挖向前推進(jìn)過程，在而在隨后急劇下沉的狀態(tài)緩慢降低，說明該斷面左側(cè)壁開挖部分已經(jīng)進(jìn)入緩慢增長階段，最大下沉量為5.6mm；在工序二即掌子面在11～20m左右范圍內(nèi)時(shí)，施工開挖過程中由于右側(cè)壁巖體被挖掉導(dǎo)致已趨于緩慢變化的左側(cè)壁再次發(fā)生比較大的下沉狀態(tài)，但這種變化并沒有之前的急劇下沉明顯，最大下沉量為 8.7mm。而在距掌子面在20m以上的工序三、四對(duì)施工開挖則對(duì)左側(cè)壁的影響效果甚微，下沉量并沒有發(fā)生大的變化并處于平緩增長直至不再增長，最終下沉量為9.6mm。

拱頂測(cè)點(diǎn)在工序二施工開挖及掌子面向前推進(jìn)過程中，在10～23m階段拱頂測(cè)點(diǎn)下沉量迅速猛增，最大下沉量為6.1mm；而在23～31m階段增長速度進(jìn)入緩慢階段，下沉速率明顯平緩，此時(shí)工序三已開始施工開挖，表明工序三對(duì)拱頂測(cè)點(diǎn)的影響不大，即下沉量沒有急劇增加，最大下沉量為6.6mm；進(jìn)入31～42m階段工序四的開挖也并沒有對(duì)拱頂測(cè)點(diǎn)造成多大影響，拱頂測(cè)點(diǎn)下沉量增長不明顯并緩慢趨于穩(wěn)定，最終下沉量為7.1mm。

右拱腰測(cè)點(diǎn)在10～21m階段右拱腰測(cè)點(diǎn)下沉量初期增長迅速，并開始出現(xiàn)區(qū)分快速增長與趨向增長緩慢的“節(jié)點(diǎn)”，其最大下沉量為6.2mm，在21～42m階段增長不明顯，下沉量已開始走向穩(wěn)定狀態(tài)，最終下沉量為 6.7mm；表明工序三、四的施工開挖對(duì)其影響沒有了較為明顯的效果。

圖3-2 上收斂測(cè)線隨掌子面掘進(jìn)收斂圖

由上收斂測(cè)線量測(cè)數(shù)據(jù)中看出，掌子面在11～22m時(shí)上收斂測(cè)線變化值處于迅速增長狀態(tài)，再隨后掌子面不斷推進(jìn)收斂變化值已進(jìn)入平緩增長或不增長狀態(tài)，表明在工序三、四施工開挖中對(duì)上收斂測(cè)線的影響效果甚微。

從下收斂測(cè)線數(shù)據(jù)明顯看出，看出在總體收斂變化值較小，在30～42m范圍內(nèi)變化值快速增長，但在隨后也明顯趨于穩(wěn)定狀態(tài)，最終變化值為1.24mm。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)上述圖形及分析不難看出距離隧道開挖面較近的斷面產(chǎn)生的圍巖變形比較大，在隨后開挖面逐漸推進(jìn)對(duì)其的影響開始減弱甚至消失。

（2）在開挖過后的斷面在無擾動(dòng)情況下逐步進(jìn)入緩慢變形最終穩(wěn)定。

（3）步入穩(wěn)定的斷面在周邊圍巖（工序二處斷面）被開挖后左側(cè)壁受到一定程度的影響，但在隨后的開挖過程中最終又進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

（4）由于左側(cè)壁先后受到工序二、三、四周邊圍巖的擾動(dòng)產(chǎn)生了不同程度的影響，其中工序二產(chǎn)生的影響最大，這與左側(cè)壁剛剛趨于穩(wěn)定又再次受到周邊圍巖的擾動(dòng)有關(guān)；而在工序三、四的施工中對(duì)其影響較小與開挖的上下臺(tái)階法有關(guān)，且上收斂測(cè)線受到下臺(tái)階（即工序三、四）開挖的影響過小也證實(shí)了這點(diǎn)。

（5）工序三、四開挖后下收斂測(cè)線并沒有產(chǎn)生像上收斂測(cè)線一樣大的收斂變形，是由于仰拱及時(shí)施作并封閉成環(huán)有關(guān)。

（6）左拱腰測(cè)點(diǎn)的最終沉降量大于拱頂、右拱腰測(cè)點(diǎn)，是受到圍巖多次擾動(dòng)的影響，這與施工中倡導(dǎo)的“少擾動(dòng)”相符。

[1]鐵路隧道施工規(guī)范(TB10204一2002).中國鐵道出版社.2002

[2]關(guān)寶樹.隧道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)集.人民交通出版社.2003

[3]]Eisenstein.Urban Tunneling Challenges&Progresses.2000

[4]熊創(chuàng)賢，洪亮．淺埋偏壓隧道幾種施工方法的比較與研究［J］．路基工程，2007(3):18－20．

[5]陳建勛，楊忠，袁雪戡．秦嶺終南山特長公路隧道大埋深段施工監(jiān)測(cè)及分析［J］．建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，23(3):71－75．

[6]李曉紅．隧道新奧法及其量測(cè)技術(shù)［M］．北京:科學(xué)出版社，2002．

[7]溫玉忠．軟巖支護(hù)系統(tǒng)研究［J］．煤炭技術(shù)，2007，26(4):79-91．

[8]孫鈞，朱合華.軟弱圍巖隧洞施工性態(tài)的力學(xué)模擬與分析.巖土力學(xué)，1994，15（4）20～33

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