某山隧道施工监控量测与围岩稳定

雪峰山隧道施工监控量测与围岩稳定分析1、工程概况雪峰山隧道为上下行分离的双洞隧道，左线隧道全长6946m，右线隧道全长6956m，为邵怀高速公路上最大的控制工程，隧道的开通可缩短公路里程约30km，隧道进口（邵阳端）距邵阳市洞口县江口镇约3km，位于怀化市洪江市塘湾乡兰家村，出口（怀化端）位于洪江市铁山乡小溪村，隧道穿过的山体为单脊山峰―中间最高，两端逐渐变低，隧道最大埋深约850m。雪峰山隧道左右洞室净距在洞口段控制在15~20m左右，洞身深埋地段控制在35m左右。左右线隧道纵坡均为人字坡：进口段为+1.14%的上坡，长约400m，其余地段为-0.95%的下坡。隧道横穿雪峰山主脉，属侵蚀深切中山地貌，隧道与山脊线近于正交。东侧山坡整体坡度约22°，西侧山坡整体坡度约27°，两侧山坡略呈台阶状，主要溪沟有5条，大致与隧道轴线平行或小角度斜交。坡面植被发育，以乔木为主。隧道主要地层岩性为：亚粘土分布在较平缓的地段，碎石、块石土在山坡上及小的溪沟中广泛分布，漂石土主要分布在5条主溪沟中，灰绿色，中~厚层状或块状硅化砂质板岩，变质砂岩分布于隧道内，岩石坚硬，构造片岩、构造角砾岩、糜棱岩、构造石英岩、碎裂岩分布于断层带中。隧道区内地下水主要为孔隙水、基岩裂隙水、构造裂隙水，主要受大气降水补给，除全~弱风化基岩及构造带的局部为弱透水，大部分为微透水层或不透水。隧道区有山顶倒转背斜、王公店―锅塘冲复式向斜两个大的褶皱，规模较大的断层共有8条，对隧道有影响的共有5条，均为逆断层，主要有五组节理，其中四组与隧道轴线平行或大角度相交的剪节理，延伸长度大，一组与隧道平行或小角度相交的张节理，将影响隧道围岩的稳定性。2、量测项目监控量测可以及时提供地下结构的变形和受力情况等信息，判断施工工艺的可行性、设计参数的合理性，提出更加恰当的施工方法和合理的支护措施，实现隧道信息化动态施工控制，达到既能安全快速施工，又能节省工程造价的目的。根据规范要求，结合雪峰山隧道施工的实际工程情况，开展了以下的现场监控量测工作：必测项目：（1）地质和支护观察、（2）周边收敛量测、（3）拱顶下沉量测、（4）锚杆内力量测。必测项目量测方法简单，量测密度大，量测信息直观可靠，贯穿在整个施工过程中。选测项目：（1）地表下沉量测、（2）围岩内部位移量测、（3）围岩与喷射混凝土间接触压力量测、（4）喷射混凝土与二次衬砌间接触压力量测、（5）喷射混凝土内应力量测、（6）二次衬砌内应力量测、（7）钢支撑内力量测。埋设选测项目断面遵循的原则是①地质恶劣，节理裂隙发育，岩石破碎；②围岩类别渐变；③隧道埋深较浅；④偏压严重；⑤断层破碎带；⑥施工方案变更时所处断面。以便更深入地掌握围岩稳定状态与支护效果，对支护措施有效监控，作出安全性评价，指导施工。图1.必测项目测点布置图图2.选测项目测点布置图现场监控量测工作根据隧道工程的实际进展开展，在隧道的施工中，及时根据围岩的变化情况埋设量测断面，尤其对围岩稳定性差、易发生塌方事故的地段，在同一断面埋设选测和必测项目，便于各量测项目进行相互对照、印证，全面分析围岩的变形和支护结构的受力情况，对围岩和支护结构的稳定性作出准确的判断。量测断面的埋设根据实际的工程进展和工程情况进行，如雪峰山隧道左线进口，考虑到该段为浅埋偏压地段，洞内开挖对围岩的扰动很大，围岩和支护结构的稳定性很差，极易发生塌方事故，因此对地表下沉量测断面进行了适当的加密，该段共埋设了3个地表下沉量测断面。3、数据采集和分析为保证量测数据采集的真实可靠及连续性，采取了以下措施：量测仪器专人保管；量测设备、传感器等各种器件校准合格后方可投入使用；在监测过程中严格遵守实施细则；量测数据的存储计算管理均采用计算机系统进行；现场量测的测点埋设、数据采集，围岩及相关信息采用专门表格记录，全部实行表格化管理等。现场监控量测人员按规范和监控量测大纲规定的频率坚持每天到洞内采集数据和进行地质跟踪调查，如发现量测数据出现异常变化或围岩地质情况变差，则及时分析引起变化的原因并通知有关各方，使问题得到及时处理，同时量测频率在规范规定的基础上增加。监控量测数据分析和处理采用自行开发的专门用于隧道围岩监控量测的软件：“隧道围岩监控量测数据管理系统”，该系统采用数据库技术实现了对监控量测数据的储存和管理，保证了数据的完整和准确性，系统具有查询、添加、修改、删除数据等功能，能够生成应力、变形随时间、空间变化而形成的时间效应、空间效应曲线，全面分析隧道施工中的时间效应和空间效应，同时对深孔量测项目生成围岩内部分布图，判断出围岩内部的松动范围，围岩内部变位的分布情况，支护结构的受力状况，为确定正确的施工方案提供依据，对隧道分步开挖围岩稳定情况和支护的受力情况进行分析，及时预报围岩软弱段的变形发展趋势。隧道围岩监控量测数据管理系统所生成的时间空间效应曲线和深孔量测项目围岩内部分布图，在一张图纸上综合反映了量测断面桩号、量测断面隧道埋深、施工方法、工程进度、测点位置等信息，能够全面地分析随着时间的推移和掌子面的向前推进，量测断面的围岩变形和支护结构受力的大小和发展趋势，准确判断围岩和支护结构的稳定性，围岩内部的松动范围，对每一个断面的各量测项目分别进行分析，判断变形和应力是已趋于稳定或是有继续发展的趋势，给出一个明确的判断，对隧道施工起到了积极的指导作用。4、典型断面围岩稳定性分析趟4.1稀ZK95唱+89派3骂断面夫ZK95皮+893雁断面量测插位于合F凉8腰断层破碎尤带和冲沟渡浅埋段内撕，断面岩孔性为灰色山、褐黄色植薄奇~笨中层状含软砂泥质板从岩，岩石祸板理发育武，岩石质械软，破碎患，局部为祥褐灰色粘代土层，粘侨土固结差伪、松散，射断面岩石锦自稳能力舍极差，易哲掉块或坍郑塌。破碎崇带中角砾摘岩和节理山裂隙发育丧，角砾岩剥成分为砂唐岩，角砾抗形状呈扁己平状、次践园状等，益裂隙面光两滑、平直瘦，见泥质曾充填物。蛛施工采用促上下导坑聪法开挖，厦其中上导调坑预留核原心土、弧择形导坑法裹开挖。主师要支护参粒数如为新：绢1杠、初期支浓护：接（荷1广）秘C2没0膛喷射混凝卖土最厚满26c疮m错。骗（肉2查）典Ⅰ纹1祝8跌工字钢钢摧拱架，间竖距撑75c蛮m梳。兴（榨3喝）场D2纱5斩中空注浆铸锚杆展，丘L=30射0c研m督，间渔距境75c秀m掩（纵占）糠x100婆c拦m羞（环），默按核梅花形布饱置。故（坚4看）祖Ф班8塔双层钢筋塌网，间露距勇20cm拌x20c舞m鉴。额2仍、二次衬范砌宪：块C2自5塘钢筋混凝珍土砼袄厚截45c晒m喉。地表采他用砂浆锚凯杆加固，绣洞内辅助抱施工措施撑采用超前贪长管棚。期地表下沉岔：其变化势曲线呈现侮出一定的登规律性，腐从时间空牌间变化曲行线进行分俘析，总体戒上分三个矩阶段嘉（嫂1遵）缓慢增薄长阶段，智从洞内开释挖逐步靠友近本量测拨断面开始任，直到开具挖面距离碌本量测断界面赢为极5糕m三，平均变降形速率在雾0.06穿1啊~0.1化9商4mm骂/筋d品之间；稻（威2恶）快速增燕长阶段，份从开挖面斑距离本量落测断妄面碰5嗽m绿开始，直废到开挖面礼离开本量忠测断尖面绑10逃m恶，平均变发形速率在夏0.92悼5判~4.9稻3线mm/d谨之间，该雕阶段下沉馒完成总下这沉量兔的昂85渣%敌以上；钓（旦3兆）缓慢增膛长速--滑-兽逐渐趋稳临阶段，为柱开挖面离芬开本量测删断访面泼10谨m浅以后，平蛛均变形速腊率在蹲0.15刻~0.3赶5瓜mm/d充之间之间绕。机5限个测点的爷地表下沉链稳定值分塞别为杨：歼44泻mm至、圣60mm色、忌64贸mm延、熟37mm娃、辟16mm肉，呈现出进明显的左援侧下沉大纲、右侧下怖沉小的状胀态，与本晃地段偏压患的状态吻键合向。疯岂图疾3.ZK除95+8部93亏断面地表泳下沉曲线摧图晨蛾基植图废4.ZK描95+8看93晓断面喷砼题内部应力面曲线谦图饿基拱顶下沉奥：本断面段的拱顶下找沉波动较题大，三个烟测点的变苹化趋势基术本一致，厨测点埋设怠初期，在绒左侧偏压摔的作用下刃，拱顶下三沉测点先貌向上移动续，三个测旨点的最大蓄量测值分识别完为筋-2敢mm逗、律-7租mm抖、打-9赶mm宏，上台阶坦开挖面逐壳渐远离本平断面后，槐测点逐渐现向下移动停，稳定下他沉值分别进为读6痕mm厌、正2氧mm堂、币-2夜mm陡，围岩变馋形较小，皱处于比较隔稳定的状胜态。还周边收敛坟：拱腰的洒周边收敛扇逐渐增大饼，总体上鞋分两个阶词段，上台停阶开挖初伪期，拱腰拼的周边收选敛增加速暖度较快，游后逐渐减欺缓，下台晴阶开挖时趣，拱腰的荣周边收敛腥又短暂地漫有所增加啊，其稳定匪收敛值冻为赤12.4曾mm宗，边墙的虹的周边收葱敛量测值掏很小。粪接触压力股：围岩与遵喷射混凝流土接触压氏力呈中间停大两侧小申地状态，策拱顶测点怒的接触压冻力最大，窝接触压力汇达谁到器0怜.织433M酒p语a刺，挑3焦0独天后则趋臣于稳定，功喷砼与二博次衬砌接川触压力很放小，处于坐稳定状态宝。喷内部应力完：喷射混租凝土内部箭应力呈现询出左侧受棕拉右侧受春压的状态帅，与本断冷面左侧埋秩深大右侧垦埋深小，化呈偏压状械态吻合，携真实地反描映了的结兽构的真实鸟受力状态皮。其镇中右侧拱验腰的喷射江混凝土内晕部应力较堆大，测点凳埋设初期萌增加较快给，量隔测嘴2锯0没天后受力狠趋于稳定滚，其稳定回量测值始为飞1佛.朗9Mp蜂a掀，二次衬锦砌内部应恰力较小，析量测值小肉于手0壤.层4Mp惧a篇。贤钢支撑内议力：拱顶康测点的钢仰支撑内力株最大，测颗点埋设后敬的变化很载快蜻，蒙3屿0费天后拱顶具测点的钢文支撑内力缺已逐渐趋守于稳定，对稳定量测摇值律为理21K劣N同，其余测起点的量测酒值很小。蒜围岩内部难位移：本芦断面的围届岩内部位婶移较大，掀表明隧道忠施工开挖晒对围岩有永所扰动，宿其中左侧秘拱腰围岩混壁面和围稼岩内偏部锣0公.忆7拔m聋处的位移恳最大，量旷测值分别赏为歪10榨mm皱、啦8萌.羊5编mm想，均为向逝隧道内空貌移动，右猪侧拱腰围但岩内段部驶2须.着1鲁m励处的位移询最大，量劈测值等为礼6洽mm链，为向隧饰道外移动茂，分析表脱明在偏压贞的作用下予，围岩和恒隧道结构铺有向右移乞动的现象煌。环锚杆轴力擦：本断面词的锚杆轴握力以受压费为主，基查本上都呈授现出往围食岩内部轴恢力逐渐减情小的状态欲，稳定量叉测值均小拳于值8K危N接，分析表唐明锚杆的语作用尚未牢充分发挥阶出来，因僵此，可适跳当增加锚库杆的长度疾。口4.2脾YK96吹+69宿0舒断面们本断面位礼于雪峰山躁隧道邵阳埋端涌水处饭治地段，申该段裂隙板水很大，谜呈股状、塘线状的涌具水点多达禽几十处。备施工采用贿全断面法精开挖。采棚用局部注据浆堵水、运排堵结合撑。国断面岩石式为深灰色史厚层状硅蒙化砂质板膀岩，岩石箭板理发育盖，板理恋厚售0.3~化0.7c指m贞，岩石坚骆硬、性脆启、完整性事好，自稳由能力强。场断面内节煮理较发育率，裂隙不帐发育，节虫理与开挖造方向斜交暖或垂直。伯拱顶下沉外：本断面彻的拱顶下摸沉不大，害量测值缓蔑慢增大，削左侧、拱营顶、右侧蒙点的量测找值分别依为窄2.9m犁m抹、泽2.54天m菠m址、虚2.45就m肉m笨。拣周边收敛昏：本断面摧的周边收节敛值缓慢嘉增大，拱饥腰、边墙艰的量测值告分别谎为山1.9m足m扒、特1.71染m挖m笋，本断面梨的周边收泼敛已稳定找。屡接触压力绕：本断面烈的围岩与线喷射混凝嘱土接触压倦力值很小浮，各测点鸦的接触压吩力均小喘于钞0.1M吨P监，且变化螺不大，从宗接触压力滴的时间空胡间曲线分估析，本断搏面的接触苏压力已稳她定。喷混义凝土与二怎次衬砌接从触压力很搁小，均小盆于读0.1M森P限a旷，处于稳锤定状态。垦内部应力仅：二次衬芝砌内部应镇力不大，颤其中左侧目边墙、左曾侧拱腰和光右侧边墙奉的二次衬田砌内部应竿力为拉力价，最大值默为耀0.4M溜p惹a从，拱顶和六右侧拱腰刑为压力，拜内部应力陷最大值议为勿0.24脂Mp惠a己的压力，贡二次衬砌撑内部应力厘基本稳定渗。拴围岩内部融位移：本堆断面左侧呜边墙的围怀岩为向隧壳道外移动率，其中围辛岩内渗部牺1.4倒m国和届2.1歌m山处的位移悉最大，量碌测值分别善为驴1重.镇9坚mm膊、豪1.6m弟m拌，左侧拱衫腰的围岩殿也是向隧暂道外移动按，围岩内刃部法1碍.乡4催m样处的位移拥最大，量吩测值浓为景8剂.渴9盐mm腔，其余测早点的量测蛇值小川于浑6瞒mm瓣，右侧边个墙的围岩套位移较大稠，其中围兴岩内牛部苗1结.小4皇m装处的位移丰最大，达夺到圣5押.经2绵mm未，为向隧细道外移动南，其余测箱点的量测您值小遣于录4阳mm掉，从量测躁成果分析埋，围岩松缸动范围漫在逼1年.封4~2.仇1辟m趁，围岩主茫要向隧道合外移动，疑表明注浆茶加固发挥雨了作用。耽图监5命.YK9跃6+69峡0滨左侧拱腰暗围岩内部若位移曲线新图扰届掉式图月6级.络Z都K97+蚁195顶拱顶下沉也曲线图油4.3逼ZK97狭+19桌5额断面服断面岩石粉为深灰色蝇中锣~梅厚层状变楚质硅化细行砂岩，岩菜石变余砂税状结构明该显，岩石冒坚硬、性京脆，较完叼整，自稳雾能力较强晋，拱顶右族侧易掉块溉，局部见河滴水。断衬面内节理笼裂隙较发河育，裂隙膏为压性裂粘隙，裂隙跑面墨宽疤0.5~努1.25我c温m