摘要 為探究土石交界地層雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工圍巖變形與壓力分布規(guī)律，通過現(xiàn)場監(jiān)測對(duì)白塔山隧道圍巖壓力與收斂沉降變形進(jìn)行研究分析。結(jié)果表明：下臺(tái)階施工易導(dǎo)致拱腰和拱腳圍巖壓力產(chǎn)生突變，最大增量可達(dá)70%，而對(duì)拱肩影響較小;相較于巖石地層，黃土層穩(wěn)定性差，更易受隧道施工擾動(dòng)影響導(dǎo)致圍巖變形大、穩(wěn)定距離長，黃土層穩(wěn)定距離比巖石層長4～9 m;土石交界地層圍巖壓力呈現(xiàn)快速增加緩慢增加逐漸穩(wěn)定的變化趨勢，在快速增長階段巖石層荷載釋放率高達(dá)80%，大于黃土層荷載釋放率;斷面圍壓分布呈現(xiàn)出明顯的不對(duì)稱性，表現(xiàn)為“黃土側(cè)大，巖石側(cè)小”的分布規(guī)律。因此，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法下穿土石交界地層時(shí)，建議在下臺(tái)階工序交替時(shí)保留部分土體進(jìn)行反壓控制，并提高下臺(tái)階錨桿布設(shè)密度，黃土層應(yīng)做好超前支護(hù)預(yù)加固，并提高初期支護(hù)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞

隧道工程;土石交界地層;現(xiàn)場監(jiān)測;圍巖壓力;控制措施

中圖分類號(hào)：U455文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1004-0366（2024）03-0114-09

在隧道建設(shè)中，圍巖壓力是地下結(jié)構(gòu)分析的重難點(diǎn)，研究隧道圍巖壓力的分布特征，能夠?yàn)橥晟扑淼乐ёo(hù)方法及分析圍巖壓力作用機(jī)制提供參考［1］。在常規(guī)隧道圍巖壓力的相關(guān)研究中：孫振宇等［2］研究分析了垂直圍巖壓力與單洞開挖寬度、埋深和凈距的關(guān)系;于麗等［3］通過對(duì)18座黃土隧道的44個(gè)監(jiān)測斷面的圍巖壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析了黃土隧道圍巖壓力的分布特征及垂直圍巖壓力隨隧道埋深、跨度的關(guān)系;劉夏冰等［4］綜合數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測，研究推導(dǎo)出考慮導(dǎo)坑掌子面三維開挖影響的圍巖壓力計(jì)算方法;杜建明等［5］基于極限平衡法求解變坡面淺埋偏壓隧道深、淺埋側(cè)推力，進(jìn)而推導(dǎo)出變坡面下獨(dú)立考慮黏聚力與內(nèi)摩擦角的圍巖壓力計(jì)算方法。以上研究為單一介質(zhì)地層條件下的隧道圍巖壓力與隧道設(shè)計(jì)參數(shù)的確定提供了參考。但在隧道工程中土石交界復(fù)合地層屢見不鮮，土石交界地層力學(xué)參數(shù)和變形特征與單一介質(zhì)地層存在顯著差異［6］，單一地層的圍巖壓力理論無法在土石交界地層中直接應(yīng)用。

在土石交界地層圍巖壓力理論研究方面：肖明清等［7］通過分析經(jīng)典修正慣用法在復(fù)合地層圍巖壓力計(jì)算中存在的問題，提出盾構(gòu)隧道位于軟硬土復(fù)合土層及軟土硬巖復(fù)合巖土層的荷載計(jì)算模式;王志偉等［8］按照應(yīng)力傳遞原理，通過分層積分推導(dǎo)出可反映節(jié)理產(chǎn)狀和風(fēng)化層厚度影響的淺埋大跨隧道圍巖松動(dòng)壓力計(jì)算公式;陳松［9］基于應(yīng)力傳遞原理，根據(jù)預(yù)測擬合的圍巖松動(dòng)破壞邊界形狀，推導(dǎo)建立了上軟下硬巖質(zhì)地層中淺埋大跨隧道圍巖壓力計(jì)算的解析公式。以上研究推導(dǎo)的上軟下硬地層圍巖壓力計(jì)算公式形式復(fù)雜，多針對(duì)特定地層，其適用性還有待驗(yàn)證。

在土石交界地層隧道的施工措施和沉降分析方面：謝壯等［10］通過現(xiàn)場測試與數(shù)值分析提出了土石交界地層隧道不對(duì)稱支護(hù)措施;孔超等［11］對(duì)上軟下硬復(fù)合地層初支拱蓋法施工力學(xué)特性進(jìn)行研究，得出拱蓋拱腳處圍巖強(qiáng)度是保證拱蓋承載能力的關(guān)鍵;HUO等［12］利用Mindlin解和隨機(jī)介質(zhì)理論預(yù)測了上軟下硬土層中曲線盾構(gòu)隧道施工引起的土體變形;閆軍濤等［13］對(duì)上軟下硬地層條件下盾構(gòu)施工引起的開挖面變形及開挖面前方地表沉降、隆起規(guī)律進(jìn)行了分析;GUO等［14］對(duì)上軟下硬地層采用雙層疊加初級(jí)支撐拱蓋法創(chuàng)建大跨度地鐵站，有效地抑制拱形結(jié)構(gòu)的變形并減少了地表沉降;王志杰等［15］采用室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬、現(xiàn)場監(jiān)測等研究方法，得出土砂分界地層隧道中雙側(cè)壁導(dǎo)坑法控制變形最好的結(jié)論。從上述研究認(rèn)識(shí)到，在土石交界地層中的施工措施及其引發(fā)的沉降變形機(jī)理均不同于單一介質(zhì)地層條件中的隧道施工，但相關(guān)研究集中于初支拱蓋法、盾構(gòu)法的現(xiàn)場施工，對(duì)于土石交界地層雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工隧道圍巖壓力以及沉降變形的監(jiān)測和分析較為匱乏。

鑒于此，針對(duì)白塔山隧道存在土石交界地層以及下穿古建筑群的復(fù)雜地質(zhì)條件，控制隧道圍巖壓力及變形對(duì)保證隧道安全開挖及上部古建筑穩(wěn)定至關(guān)重要。本文通過現(xiàn)場監(jiān)測，分析黃土與片麻巖交界地層隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工過程中圍巖壓力與施工工序、掌子面距離的關(guān)系，討論黃土與片麻巖交界地層圍巖壓力、圍巖荷載釋放率與時(shí)間關(guān)系，對(duì)比黃土與片麻巖交界地層隧道初支的沉降收斂規(guī)律，揭示出黃土與片麻巖交界地層隧道全斷面圍巖壓力分布規(guī)律?；谏鲜鲅芯浚M(jìn)一步探究土石交界地層隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法工法優(yōu)化問題，提高施工安全性，為相同地質(zhì)條件下的隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工提供了參考和借鑒。

1工程概況

1.1工程簡介

白塔山隧道位于甘肅省蘭州市城關(guān)區(qū)，整體貫穿白塔山山體，最大埋深為95 m，斷面尺寸高達(dá)150 m2，屬特大斷面隧道。隧道穿越地層以強(qiáng)～中等風(fēng)化片麻巖地層為主，兩側(cè)洞口段為純黃土地層，在洞口向隧道中間過渡段為下部片麻巖與上部黃土的土石交界地層。其中，黃土以粉粒為主，稍密稍濕，具有微弱水平紋理;片麻巖體為淺色長石帶和深色云母帶相互交錯(cuò)，節(jié)理、裂隙強(qiáng)烈發(fā)育，縱向、橫向不均勻分布有花崗巖、石英巖侵入體。在土石交界地層中施工，由于圍巖性質(zhì)差異，易引發(fā)大變形、掌子面擠出、支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞甚至坍塌的工程災(zāi)害［16］。監(jiān)測斷面基本參數(shù)見表1。

1.2施工方案

白塔山隧道圍巖條件較差，土石交界地層中黃土結(jié)構(gòu)松散，片麻巖節(jié)理、裂隙強(qiáng)烈發(fā)育，且隧道下穿古建筑，對(duì)隧道變形控制要求嚴(yán)格。因此，為更好地控制隧道圍壓變化、地表沉降及圍巖穩(wěn)定性等方面，故采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法分部施工，如圖1所示。現(xiàn)場開挖順序?yàn)棰?、③、②、④、⑤，兩?cè)導(dǎo)坑掌子面相距10 m，單側(cè)導(dǎo)坑上下臺(tái)階相距4～11 m?？v斷面施工如圖2所示。初期支護(hù)方式采用鋼架+錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土的支護(hù)形式并輔以超前小導(dǎo)管的超前支護(hù)方式，支護(hù)方式如圖3所示。

2土石交界隧道現(xiàn)場監(jiān)測

以白塔山北線隧道土石交界NK1+560典型斷面為例進(jìn)行監(jiān)測。斷面埋深為20 m，隧道斷面左上部為Ⅴ級(jí)黃土狀粉土，右側(cè)和下部均為Ⅴ級(jí)強(qiáng)風(fēng)化片麻巖，開挖跨度16 m，開挖高度11 m。為獲取NK1+560斷面圍巖壓力，采用YTZX0300型振弦式雙模土壓力盒（最大量程為200 kPa，測量誤差為0.1 kPa）進(jìn)行監(jiān)測，土壓力盒共布置7個(gè)，測點(diǎn)位置如圖4所示。

圖4中①號(hào)導(dǎo)坑拱肩、拱腰監(jiān)測點(diǎn)和⑤號(hào)導(dǎo)坑拱頂監(jiān)測點(diǎn)位于黃土層，②號(hào)導(dǎo)坑拱腳和③號(hào)、④號(hào)導(dǎo)坑監(jiān)測點(diǎn)均位于巖石層。為獲取變形數(shù)據(jù)，布設(shè)反光測點(diǎn)測量拱頂沉降和凈空收斂，采用索佳KG0846全站儀，在①號(hào)、②號(hào)、③號(hào)和④號(hào)導(dǎo)坑分別布設(shè)水平收斂測線，但②號(hào)、④號(hào)導(dǎo)坑測點(diǎn)由于下導(dǎo)坑施工導(dǎo)致測點(diǎn)被破壞。所以僅對(duì)①號(hào)、③號(hào)導(dǎo)坑進(jìn)行收斂量測。其中，拱頂沉降監(jiān)測點(diǎn)和①號(hào)導(dǎo)坑測線位于黃土層，③號(hào)導(dǎo)坑測線位于巖石層。

3監(jiān)測結(jié)果與分析

3.1圍巖壓力與施工工序關(guān)系

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工工序時(shí)間，在圍巖壓力變化過程中的相應(yīng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注，圖5給出了圍巖壓力與施工工序關(guān)系的示意圖。由圖5（a）、（c）可知，當(dāng)①號(hào)導(dǎo)坑監(jiān)測至第15天時(shí)，③號(hào)導(dǎo)坑開挖至監(jiān)測斷面，而①號(hào)導(dǎo)坑圍壓曲線未發(fā)生明顯變化。其主要原因?yàn)橄乳_挖側(cè)導(dǎo)坑圍壓已經(jīng)趨向穩(wěn)定，同時(shí)中間導(dǎo)坑臨時(shí)支撐形成隔斷，降低了對(duì)稱側(cè)導(dǎo)坑開挖產(chǎn)生的影響。

當(dāng)考慮上導(dǎo)坑拱肩圍巖壓力受隧道施工影響程度時(shí)，依據(jù)圖5（a）、（c）可知，①號(hào)導(dǎo)坑拱肩監(jiān)測至第40天圍巖壓力變化不足1%，③號(hào)導(dǎo)坑拱肩監(jiān)測至第24天圍巖壓力變化僅3%。且發(fā)現(xiàn)同側(cè)下部導(dǎo)坑開挖至監(jiān)測斷面，拱肩圍壓變化較小，原因是拱肩位置初支建立時(shí)間較長，圍巖應(yīng)力重分布已基本穩(wěn)定，初支承載作用發(fā)揮較好，且拱肩與下部導(dǎo)坑相距較遠(yuǎn)所導(dǎo)致。

按照開挖順序和施工進(jìn)度，下部導(dǎo)坑開挖滯后于上部導(dǎo)坑，因此下導(dǎo)坑的圍巖壓力與施工關(guān)系分析主要是對(duì)拱腰和拱腳的圍巖壓力進(jìn)行討論。結(jié)合圖5（a）和（b）分析發(fā)現(xiàn)，①號(hào)拱腰監(jiān)測至第40天時(shí)，受②號(hào)導(dǎo)坑施工開挖影響，圍巖壓力變化2 kPa（變化量約為5%），而②號(hào)拱腳在監(jiān)測至第8天時(shí)，圍巖壓力迅速由急劇增長狀態(tài)趨于平緩。分析原因可能是此時(shí)工序由②號(hào)導(dǎo)坑開挖調(diào)整為①號(hào)導(dǎo)坑開挖，需要對(duì)下部導(dǎo)坑進(jìn)行土體回填修建斜坡道，而土體的回填使得下部導(dǎo)坑圍巖受到由隧道內(nèi)向圍巖施加的壓力，平衡了隧道圍巖向內(nèi)的壓力，促使該位置圍壓趨于穩(wěn)定。

右側(cè)導(dǎo)坑拱腰和拱腳處的圍巖壓力與施工工序關(guān)系如圖5（c）、（d）所示。圖5（c）、（d）顯示，④號(hào)導(dǎo)坑圍巖壓力變化受施工影響與②號(hào)導(dǎo)坑相比表現(xiàn)更明顯。③號(hào)拱腰監(jiān)測至第24天時(shí)，受下部導(dǎo)坑開挖影響，圍巖壓力增加了28 kPa，變化量達(dá)到70%。分析原因認(rèn)為，右側(cè)導(dǎo)坑的工序交替時(shí)間為24 d，短于左側(cè)的40 d，相比之下右側(cè)導(dǎo)坑監(jiān)測斷面與施工掌子面距離更近，易受影響，而左側(cè)導(dǎo)坑圍巖應(yīng)力重分布已趨于穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)合②號(hào)拱腳所受施工影響，④號(hào)導(dǎo)坑在第3天、第25天土體回填降低了圍巖卸壓速率使拱腳圍巖壓力趨向穩(wěn)定。當(dāng)④號(hào)導(dǎo)坑監(jiān)測至第16天時(shí)，下部導(dǎo)坑的再次開挖使圍壓由緩慢增長狀態(tài)變?yōu)榭焖僭鲩L狀態(tài)，且再次出現(xiàn)卸壓現(xiàn)象，圍壓增量超過50%。

基于上述分析，在施工過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注下臺(tái)階施工工序交替對(duì)圍巖以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。下臺(tái)階開挖工序完成后可適當(dāng)增加錨桿布設(shè)密度，在原有設(shè)計(jì)（錨桿環(huán)距1 m）基礎(chǔ)上增加錨桿密度;在回填和二次開挖下臺(tái)階時(shí)，適當(dāng)保留部分土體對(duì)圍巖進(jìn)行反壓控制。

3.2圍巖壓力變化分析

隧道開挖導(dǎo)致初始地應(yīng)力場遭到破壞，且隨著隧道開挖圍巖荷載釋放，地應(yīng)力不斷變化并重新分布，達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。通過對(duì)土石交界地層隧道圍巖壓力的分析，探究圍巖壓力在隧道施工時(shí)重新分布過程的特點(diǎn)，并研究隧道達(dá)到最終穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，隧道圍巖壓力的分布特征。

為便于分析隧道圍巖壓力的釋放過程，將圍巖荷載的釋放過程視為圍巖的穩(wěn)定過程，并定義某時(shí)刻的荷載釋放率α為：初始時(shí)刻至某一時(shí)刻的累計(jì)壓力值與最終穩(wěn)定后的累計(jì)壓力值之比［17］，即

α=F_t／F_s，（1）

其中：Ft代表初始時(shí)刻至某一時(shí)刻的累計(jì)壓力值;Fs代表最終穩(wěn)定后的累計(jì)壓力值。

通過討論圍巖荷載釋放率與時(shí)間的關(guān)系，對(duì)不同地層的荷載釋放過程定量分析，若短時(shí)間內(nèi)荷載釋放率較大，且快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，則圍巖自穩(wěn)能力好;反之，圍巖自穩(wěn)能力差。

為分析不同地層中圍巖壓力的變化過程，繪制巖石地層和黃土地層中圍巖壓力隨時(shí)間變化曲線，如圖6所示。同時(shí)給出了巖石地層和黃土地層中圍巖荷載釋放率隨時(shí)間變化曲線關(guān)系，如圖7所示。通過圖6和圖7的圍巖壓力變化趨勢可知，在隧道施工過程中，圍巖壓力變化曲線去除受施工影響而產(chǎn)生顯著變化的部分，圍巖壓力變化規(guī)律基本符合快速增長→緩慢增長→逐漸穩(wěn)定3個(gè)階段。在隧道開挖初期即圍巖壓力快速增長階段，兩種地層圍巖荷載釋放率均超過50%，其中巖石地層高達(dá)80%，遠(yuǎn)高于其他圍壓變化階段。分析認(rèn)為該階段為土體卸荷過程，由于隧道開挖使土體裂隙不斷擴(kuò)張，造成土體松動(dòng)，使得圍巖松動(dòng)壓力增大［18］，在實(shí)際監(jiān)測中體現(xiàn)為圍巖壓力短時(shí)間內(nèi)大幅度增加。在圍巖壓力緩慢增長階段，圍巖荷載釋放率變化明顯降低，圍巖卸荷速率減慢。這與隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用發(fā)揮密不可分，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)承載一部分壓力，使土體裂隙得到了有效控制，促進(jìn)了圍巖應(yīng)力重分布，使得圍巖松動(dòng)壓力變化趨緩直至穩(wěn)定。

對(duì)圍巖荷載釋放率變化數(shù)值進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，巖石地層在初期（0～7 d）圍巖荷載釋放率達(dá)到80%，而黃土地層初期（0～7 d）圍巖荷載釋放率為50%～80%。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，巖石地層的穩(wěn)定時(shí)間（34～37 d）短于黃土地層的穩(wěn)定時(shí)間（40 d）。造成上述現(xiàn)象的原因與巖石自身結(jié)構(gòu)有關(guān)，因?yàn)閹r石結(jié)構(gòu)致密、變質(zhì)程度高、強(qiáng)度高，具有良好的自穩(wěn)能力。原始巖層遭到破壞后，短時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較大的荷載釋放，隨著應(yīng)力重分布，其破壞部位巖層短時(shí)間內(nèi)達(dá)到新的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)［20］。而黃土地層強(qiáng)度低、整體性差，且黃土地層的流變性、軟塑性等特性在受壓情況下較片麻巖地層表現(xiàn)更為突出，故隧道在黃土地層中開挖時(shí)應(yīng)力釋放值較小、荷載釋放時(shí)間較長［21］。

隧道開挖后，隨著圍巖卸壓荷載釋放，支護(hù)結(jié)構(gòu)逐步發(fā)揮作用，圍巖與隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用達(dá)到平衡狀態(tài)，圍巖壓力趨向穩(wěn)定，得到各測點(diǎn)圍巖壓力最終值如圖8所示。圖8中巖石地層為藍(lán)色區(qū)域，圍巖壓力的最終穩(wěn)定值均在60 kPa以內(nèi);黃土地層為黃色區(qū)域，圍巖壓力最高達(dá)到150 kPa，并最終形成“黃土側(cè)大，巖石側(cè)小”的圍壓分布規(guī)律。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)土石交界地層隧道圍巖壓力分布呈現(xiàn)出明顯的不對(duì)稱性，同一斷面各監(jiān)測點(diǎn)壓力值存在差異，反映了不同位置巖體的硬度和破碎程度也存在差異。究其原因：土石交界地層隧道原始地層初始應(yīng)力狀態(tài)并不均勻，且開挖輪廓周邊圍巖軟硬不均［19］;巖石和黃土具有不同的圍巖性質(zhì)，黃土結(jié)構(gòu)松散，自穩(wěn)能力差，開挖破壞其原始應(yīng)力狀態(tài)后將持續(xù)釋放壓力，最終穩(wěn)定后的圍巖壓力較大;而巖石地層整體性較好，強(qiáng)度較大，破壞后自穩(wěn)能力好，最終穩(wěn)定圍巖壓力小于黃土地層。

因此，施工中應(yīng)控制開挖進(jìn)尺，掌子面開挖之后及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，提高對(duì)圍巖的控制，防止因圍巖荷載釋放過大且支護(hù)不及時(shí)而發(fā)生坍塌。同時(shí)，結(jié)合隧道斷面圍巖的壓力分布，應(yīng)對(duì)黃土地層加強(qiáng)支護(hù)，可以采用提高錨桿長度、錨桿布設(shè)密度等措施進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)。

3.3圍巖壓力與掌子面距離關(guān)系

隨著監(jiān)測斷面與掌子面之間距離增加時(shí)圍巖壓力的變化趨勢，根據(jù)每施工進(jìn)尺1 m時(shí)當(dāng)天圍巖壓力的數(shù)值，繪制出不同地層中圍巖壓力與掌子面距離關(guān)系，如圖9所示。

由圖9可知，在黃土地層中①號(hào)導(dǎo)坑監(jiān)測斷面與掌子面相距21 m時(shí)，圍壓趨向穩(wěn)定。而⑤號(hào)拱頂監(jiān)測斷面與掌子面相距25 m時(shí)，拱頂位置趨向穩(wěn)定，穩(wěn)定距離大于拱肩和拱腰。主要原因?yàn)楣绊斘恢檬芰κ菄鷰r自重所產(chǎn)生的法向應(yīng)力，且埋深淺、上覆黃土層較薄，圍巖難以成拱形成較好的自承體系，從而導(dǎo)致拱頂穩(wěn)定距離長，更易受前方掌子面開挖擾動(dòng)影響。與黃土地層相比，巖石地層中相關(guān)監(jiān)測點(diǎn)穩(wěn)定距離為16～21 m，圍巖壓力穩(wěn)定距離整體小于黃土地層。這是由于巖石地層本身結(jié)構(gòu)致密、具有良好的圍巖性質(zhì)和自穩(wěn)能力，受隧道前方施工影響小于黃土地層。其中，巖石地層中的③號(hào)拱腰和④號(hào)拱腳穩(wěn)定距離達(dá)到21 m，較巖石地層其他位置穩(wěn)定距離明顯變長。這主要是由于該位置受到了較為明顯的施工影響，圍壓變化劇烈不易穩(wěn)定，導(dǎo)致其穩(wěn)定距離增長。

因此，對(duì)黃土地層應(yīng)重視超前支護(hù)，可以適當(dāng)增加超前小導(dǎo)管或者管棚的布設(shè)密度和長度進(jìn)行預(yù)加固，或者選用強(qiáng)度更大的支護(hù)材料，提高支護(hù)效果。

總體上，圍巖壓力隨著監(jiān)測斷面與掌子面之間的距離增大，呈現(xiàn)出快速增長→緩慢增長→逐漸穩(wěn)定的變化規(guī)律，且變化趨勢與前文中圍壓隨時(shí)間變化趨勢基本一致，體現(xiàn)了圍壓變化的總體規(guī)律相同。

3.4隧道變形分析

（1） 拱頂沉降

在隧道開挖過程中，拱頂沉降監(jiān)測尤為重要，隧道拱頂沉降變化趨勢如圖10所示。由圖10可知，拱頂總沉降量為7.2 mm，單日最大沉降量為0.4 mm/d，開挖后第40天達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。拱頂位置初期（0～7 d）變形2.2 mm，占總變形量的30.6%。這是由于開挖后圍巖卸荷使初期支護(hù)承受較大壓力導(dǎo)致變形快速增加。同時(shí)，由于監(jiān)測斷面與掌子面距離較近，受隧道開挖擾動(dòng)影響大。根據(jù)現(xiàn)場情況分析，⑤號(hào)導(dǎo)坑開挖時(shí)距離兩側(cè)導(dǎo)坑掌子面較遠(yuǎn)，且間隔時(shí)間長，距離最近的④號(hào)導(dǎo)坑已超過30 m，時(shí)間間隔達(dá)到32 d，圍巖應(yīng)力重分布已經(jīng)趨于穩(wěn)定，先開挖導(dǎo)坑對(duì)拱頂沉降影響可以忽略。

（2） 隧道收斂

為了對(duì)比①號(hào)導(dǎo)坑黃土地層和③號(hào)導(dǎo)坑巖石地層中圍巖收斂變形差異，二者收斂變形曲線如圖11所示。由圖11可知，①號(hào)導(dǎo)坑黃土層最大收斂值為8.5 mm，變形穩(wěn)定時(shí)間為31 d，最大變形速率1 mm/d，根據(jù)規(guī)范要求，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，并做好加固準(zhǔn)備［22］。③號(hào)導(dǎo)坑巖石層最大收斂值為4.9 mm，變形穩(wěn)定時(shí)間為26 d，最大變形速率為0.4 mm/d。黃土層最大收斂值和最大變形速率均大于巖石層，從變形的角度進(jìn)一步驗(yàn)證了巖石地層更加穩(wěn)定的圍巖性質(zhì)。

由圖11還可以發(fā)現(xiàn)，黃土側(cè)初期支護(hù)變形過程中出現(xiàn)較多小幅度的擾動(dòng)變化，而巖石側(cè)初期支護(hù)變形過程中僅出現(xiàn)1次較大的擾動(dòng)變化。究其原因：黃土側(cè)初期支護(hù)承載壓力遠(yuǎn)大于巖石側(cè);結(jié)合隧道現(xiàn)場施工情況，掌子面施工、混凝土掃面、工序交替等均會(huì)對(duì)隧道初支變形產(chǎn)生擾動(dòng)影響;同時(shí)黃土側(cè)穩(wěn)定距離和穩(wěn)定時(shí)間均較大。而巖石側(cè)的變形受隧道內(nèi)大擾動(dòng)的施工操作影響明顯，結(jié)合圍巖壓力變化曲線，在第20天前后下臺(tái)階開挖促使圍巖變形出現(xiàn)了大的擾動(dòng)。因此，在同等支護(hù)條件下，黃土側(cè)更易受施工影響導(dǎo)致隧道變形出現(xiàn)較多擾動(dòng)。

4結(jié)論

根據(jù)白塔山隧道現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)土石交界地層隧道圍巖壓力分布和變化規(guī)律進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1） 土石交界地層隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工過程中，下臺(tái)階施工易導(dǎo)致拱腰和拱腳圍巖壓力產(chǎn)生突變，圍巖壓力最大增量可達(dá)70%;施工對(duì)拱肩影響小，拱肩圍壓最大變化量僅3%;而兩側(cè)導(dǎo)坑圍巖壓力受施工影響不明顯。

（2） 黃土層穩(wěn)定性弱于巖石層。黃土層圍壓穩(wěn)定時(shí)間為40 d、變形穩(wěn)定時(shí)間為31 d，監(jiān)測斷面與掌子面相距21～25 m，圍壓穩(wěn)定;而巖石層圍壓穩(wěn)定時(shí)間為34～37 d、變形穩(wěn)定時(shí)間為26 d、監(jiān)測斷面與掌子面相距16～21 m，圍壓穩(wěn)定。黃土層的收斂變形量和變形速率均大于巖石地層，且受擾動(dòng)頻繁，相較于巖石層更易受隧道施工影響。

（3） 土石交界隧道圍巖壓力呈現(xiàn)快速增長→緩慢增長→逐漸穩(wěn)定的變化規(guī)律。在快速增長階段，圍巖荷載釋放率均超過50%，且?guī)r石層圍巖荷載釋放率達(dá)80%，大于黃土層圍巖荷載釋放率。

（4） 土石交界地層隧道斷面圍巖壓力分布呈現(xiàn)出明顯的不對(duì)稱性，黃土層最終圍巖壓力整體高于巖石層，表現(xiàn)為“黃土側(cè)大、巖石側(cè)小”的分布規(guī)律。

參考文獻(xiàn)：

［1］梁慶國，房軍，賀譜.基于現(xiàn)場監(jiān)測統(tǒng)計(jì)的隧道圍巖壓力特征分析［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2020，16（2）：555|566.

［2］孫振宇，張頂立，房倩，等.淺埋小凈距公路隧道圍巖壓力分布規(guī)律［J］.中國公路學(xué)報(bào)，2018，31（9）：84|94.

［3］于麗，呂城，王明年，等.黃土隧道圍巖壓力統(tǒng)計(jì)規(guī)律分析［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2018，55（增刊2）：901|908.

［4］劉夏冰，賀少輝，汪大海，等.淺埋超大跨四線高鐵隧道施工期初期支護(hù)體系的力學(xué)特性［J］.中國鐵道科學(xué)，2021，42（6）：90|102.

［5］杜建明，房倩.考慮黏聚力與內(nèi)摩擦角的變坡面淺埋偏壓隧道圍巖壓力計(jì)算方法［J］.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，49（1）：165|173.

［6］吳波，黃惟，吳兵兵.復(fù)合地層隧道穩(wěn)定機(jī)理及量化評(píng)價(jià)研究進(jìn)展［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2020，20（33）：13529|13537.

［7］肖明清，封坤，李策，等.復(fù)合地層盾構(gòu)隧道圍巖壓力計(jì)算方法研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2019，38（9）：1836|1847.

［8］王志偉，喬春生，宋超業(yè).上軟下硬巖質(zhì)地層淺埋大跨隧道松動(dòng)壓力計(jì)算［J］.巖土力學(xué)，2014，35（8）：2342|2352.

［9］陳松.上軟下硬巖質(zhì)地層中淺埋大跨地鐵隧道圍巖壓力統(tǒng)計(jì)特征研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2020.

［10］謝壯，何金峰，石鈺鋒，等.偏壓地形土石交界地層隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力測試及支護(hù)措施研究［J］.工程勘察，2013，41（5）：23|27.

［11］孔超，高新強(qiáng)，姚勇，等.上軟下硬復(fù)合地層初支拱蓋法圍巖變形與力學(xué)特性研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2020，39（增刊1）：2634|2644.

［12］HUO X，CHEN S.Research on reliability of excavation face stability during shield tunneling in upper|soft lower|hard ground［J］.Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2013，9（4）：854|853.

［13］閆軍濤，姜新佩，王梟華，等.上軟下硬地層隧洞開挖面極限支護(hù)力及變形規(guī)律［J］.人民長江，2018，49（21）：61|67.

［14］GUO X，JIANG A.Study on applicability of double layer superimposed primary support arch cover method for large|span station in upper soft and lower hard stratum［J］.KSCE Journal of Civil Engineering，2021，26（3）：1|12.

［15］王志杰，李金宜，徐海巖，等.富水土砂分界地層隧道施工工法研究［J］.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2021，18（10）：2660|2670.

［16］龔林金，任銳，王亞瓊，等.隧道斜穿不同傾角斷層破碎帶圍巖變形特征分析［J］.公路，2021，66（7）：313|319.

［17］陳建勛，刁鵬升，陳麗俊，等.軟弱圍巖隧道施工過程荷載釋放特性［J］.中國科技論文，2018，13（7）：840|846.

［18］葉萬軍，吳云濤，陳明，等.大斷面古土壤隧道圍巖壓力分布規(guī)律及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特征分析：以銀西高鐵早勝3號(hào)隧道為例［J］.隧道建設(shè)（中英文），2019，39（3）：355|361.

［19］趙勇，李術(shù)才，趙巖，等.超大斷面隧道開挖圍巖荷載釋放過程的模型試驗(yàn)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，31（增刊2）：3821|3830.

［20］王士民，彭小雨，陳兵，等.上軟下硬地層盾構(gòu)隧道圍巖應(yīng)力釋放率研究［J］.隧道建設(shè)（中英文），2022，42（4）：594|601.

［21］李鵬飛，趙勇，張頂立，等.基于現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的隧道圍巖壓力分布規(guī)律研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013，32（7）：1392|1399.

［22］中華人民共和國交通運(yùn)輸部.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范：JTG/T 3660|2020［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2020.

Research of surrounding rock pressure and deformation in

tunnel construction by double side heading methodin the soil|rock boundary layer

DUAN Xuhan1，ZHANG Mingli1，JIANG Chunhai2，ZHENG Zhao3，MA Zhao1

（1.College of Civil Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China;

2.Shanghai Municipal Engineering Design Research Institute （Group） Co.，Ltd.，Shanghai 200092，China;

3.Shanghai Municipal Engineering Design Research Institute Group Tenth Municipal

Design Institute Co.，Ltd.，Lanzhou 730000，China）

AbstractIn order to explore the law of deformation and pressure distribution of the surrounding rock in the construction of the double side heading method in the soil|rock boundary layer，the surrounding rock pressure and convergent settlement deformation of the Baitashan Tunnel were studied and analyzed through on|site monitoring.The results show that the construction of lower steps will easily lead to sudden changes in the surrounding rock pressure of the arch waist and arch foot，and the maximum increase can reach 70%，but the impact on the spandrel is small.Compared with rock formations，the loess layer is less stable and more susceptible to tunnel construction.The influence of the disturbance leadsto large deformation of the surrounding rock and a long stable distance.The stable distance of the loess layer is 4～9 m longer than that of the rock layer.The release rate is 80% higher than the load release rate of the loess layer.The distribution of confining pressure on the section presents an obvious asymmetry，showing the distribution law of \"the loess side is large and the rock side is small\".Therefore，when the double side heading method is used to penetrate the soil|rock boundary stratum，it is recommended to retain part of the soil for back pressure control when the steps are alternated，and to increase the density of anchor bolts at the lower steps.The loess layer should be pre|reinforced with advanced support，and increase the initial support strength.

Key wordsTunnel engineering;Soil|rock boundary layer;Field monitoring;Surrounding rock pressure;Control measures

（本文責(zé)編：毛鴻艷）