软弱围岩隧道现场监测及围岩变形特性分析

资源及环境　巾国科技信息２。ｉ　４年第０８期　ＣＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ａｐｒ．２０１４　软弱围岩隧道现场监测及围岩变形特性分析　汪朱兵　中国中铁四局集团城市轨道交通工程分公司，安徽合肥２３００００　Ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｏｆ　ｓｏｆｔ　ｒｏｃｋ　ｔｕｎｎｅＩ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓＵｒｒＯＵｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　Ｗａｎｇ　Ｚｈｕｂｉｎｇ　摘要　在深埋隧道施工过程中，需对隧道中穿越的软弱地层进行围岩变形实时监　测，掌握围岩变形规律，及时对支护参数进行调整，以保证隧道施工快速安　全有效地进行。本文选取某在建隧道软弱泥灰岩断面围岩两帮收敛变形、拱　顶下沉、围岩内部位移等关键参数进行实时监测并分析对比，得出该地层围　岩变形基本特征，判定出围岩松动圈范围，为类似地层隧道施工提供参考依　据。　汪朱兵　汪朱兵（１　９８６－）　男．安徽安庆　人，２００７年毕业于　安徽理工大学土木　工程专业，主要从　事隧道施工与管理　工作。　，关键词　软弱围岩；表面收敛；拱顶下沉；多点位移　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｂｕｒｉｅｄ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｎｅｅｄ　ｔｏ　ｔａｋｅ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｎ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔ　ａｎｄ　ｗｅａｋ　ｓｔｒａｔａ，ａｎｄ　ｍａｓｔｅｒ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｒｕｌｅ　ａｎｄ　ｔｏ　ａｄｊｕｓｔ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎ　ｔｉｍｅ　ＳＯ　ｈａｔｔ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｓａｆｅ、ｅｆｉｃｉｆｅｎｔｌｙ、　ｒａｐｉｄｌｙ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ、ｖａｕｌｔ　ｓｉｎｋｉｎｇ、ｉｎｔｅｍａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ，ｏｂｔａｉｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｈｅ　ｔｄｅｆｏｒｍｍｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｈｅ　ｓｃｏｐｅ　ｏｆ　ｔｔｈｅ　ｒｏｃｋ　ｌｏｏｓｅ　ｃｉｒｃｌｅ，　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｓｏｆｔ　ａｎｄ　ｗｅａｋ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ；ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ；ｖａｕｌｔ　ｓｉｎｋｉｎｇ；ｍｕｌｔｉ—ｐｏｉｎｔ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ＤＯＩ：１０３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—８９７２．２０１４．０８．０１４　．１概述　深埋隧道在施工过程中，往往需要穿越具有高应力、　软弱破碎带岩层、岩溶地貌发育等特殊地层。由于这些地　支护参数。本文针对西部地区某在建深埋隧道为例，进行　隧道围岩变形相关参数现场实测，为类似地层隧道施工提　供参考依据。　层地质条件复杂多变，因此在隧道施工中不确定性因素较　多，易造成隧道围岩局部塑性变形大，导致围岩支护困　难，甚至发生塌方坍塌事故，加大了施工难度，并对隧道　施工工期、工程造价等产生很大影响。Ｉ１前我国对深埋软　弱围岩变形机理及支护结构相互作用研究尚不够深入，因　此在隧道施工过程中需对围岩变形、锚杆受力等关键参数　进行实时量测，掌握隧道围岩变形规律，反馈出隧道围岩　支护效果，并及时对支护参数进行调整，获得最适合围岩　－２工程概况及测试方案　某在建隧道埋深７００ｍ～１　Ｏ００ｍ，穿越地段地应力水平　较高，岩溶发育，地质条件复杂，地层以软弱泥质砂岩、　粉砂岩为主，岩层裂隙发育，强度较低，遇水易出现泥化　现象。隧道采用马蹄形型断面，采用复合式衬砌，初期支　护以锚杆＋钢筋网＋喷射混凝土为主，辅以钢拱架、注浆小　导管等手段；二次衬砌采用Ｃ２５整体混凝土浇筑支护。本　６０——　中国科技信息２０１　４年第。８期ＣＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ａｐｔ。２０１４　资源及环境　文监测断面所处岩层为泥灰岩，基本物理力学参数为：弹　性模量７８００ＭＰａ，泊松比０．２４，内摩擦角４０．１。，内聚力　４．２ＭＰａ，饱和抗压强度１　４．３ＭＰａ，所采用混凝土喷射厚度　２２ｃｍ，锚杆长度３５０ｃｍ，间距１ｏ０×１００ｃｍ，钢筋网直径　６．５ｍｍ，间距２０×２０ｃｍ，二次衬砌混凝土厚度５５ｃｍ。　为判断深埋隧道偏压及围岩稳定性情况，掌握隧道支　护效果，并确定二次衬砌最佳时间，为隧道施工施工提供　指导性建议，需对隧道特殊断面进行表面收敛位移、围　岩内部变形关键参数进行实时监测。在起拱线、拱肩、　拱顶等位置埋设测试元件，测点位置见图１所示，其中　１＃、２＃测点布置在起拱线位置，３＃、４＃位于拱肩位　置，５＃位于拱顶位置。　图２　ＪＳＳ３０Ａ型数显收敛计结构图　位移计　图３多点位移计结构简图　Ａ一　州∥　、　辩　∞　图１测点布置图　测试内容及方案如下：　（１）隧道表面收敛位移量测：指利用收敛计对隧道　开挖后两帮水平收敛量以及隧道顶部下沉量进行量测。　翟～　本文采用ＪＳＳ３０Ａ型数显收敛计，测试不同时间段测点　１＃一２＃、３＃一４＃、４＃一５＃、３＃一５＃之间的距离，换　算获得两帮之间收敛位移量、拱顶下降量随时间变化关　系。　（２）隧道围岩内部变形量测：指利用多点位移计进　行围岩内部位移量测，判断隧道开挖后围岩松动圈范围，　以确定支护锚杆最佳长度，达到最佳支护效果。本文分别　图４隧道表面变形随时间变化曲线　在３＃、４＃测点位置埋设多点位移计，分别对围岩内部　／＝　＿以　０　０㈠＾，　ｐＬ～　ｉ，　　㈠　；　０ｍ、０．５ｍ、１．０ｍ、１．５ｍ、２．０ｍ、２．５ｍ６个不同位置变形情　况进行监测。　Ｂ一。　表面收敛计与多点位移计结构简图分别见图２、图３所　示。　３测试结果分析　通过对现场监测数据进行整理，获得了隧道表面收敛　位移、围岩内部变形、锚杆受力等随时间变化关系。　３．１隧道表面收敛位移量测　隧道表面收敛位移变化情况见图４、图５所示。　从图４、图５可以看出，隧道两帮收敛与拱顶下沉变化　特征均经历三个阶段：　Ａ．快速增长阶段：该阶段两帮收敛变形出现在隧道开　挖后０～１０．５ｄ左右，变形量累计达到２１．２１ｍｍ，变形速率　介于０．８４　ｍｍ／ｄ～４．９６ｍｍ／ｄ；而该阶段拱顶下沉变形较　－图５隧道表面变形速率随时间变化曲线　两帮收敛变形量要大，急剧增长时间也较长些，出现在隧　道开挖后０～１５ｄ左右，下沉量累计达到７２．１　ｌｍｍ，变形速　率介于１．４８　ｍｍ／ｄ～ｌ１．２５ｍｍ／ｄ。　６１——　资源及环境　中国科技信息２０１　４年第ｏ８期’ＣＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ａｐｒ．２０１４　１１．８９ｒａｍ，表叫左侧隧道　力要高ｊ　ｔ　侧隧道。　４小结　利川表面收敛仪羊¨多点位移计时隧道断面进行表　收　敛位移、闹岩内部变形等关键参数进行实时监测，得…隧　道两帮收敛变形、拱顶下沉量随时『【１】均经　快述增长一一　缓慢增长——趋于稳定三个阶段，　时测得存隧道围岩内　部不同位置位移变化情况，划定Ｈ爿岩松动幽范…，获得ｒ　软弱岩层隧道断面变形特征。　１ｉｉ６　３＃测点围岩内部位移随时间变化曲线图　参考文献　…靳晓光，李晓红．高地应力区深埋隧道软弱围岩支护结构　力学特性研究…．公路交通科技，２ｏ０８（２）：１０１—１Ｉ）６．　ｆ２ｌ赵瑜，彭海游，卢义玉．深埋隧道围岩与支护结构相互作　用的非线洼动力学棒｝生研究ｌ　Ｊｌｌ公路交通科技，２【ｘ】９（１１）：　９８－１ｆ】２．　【３ｌ谢锦昌．　隧道复合衬砌的受力分析ＵＪ．　兰州铁道学院学　报．１９８７．６（３）：１～７．　Ｉ４ｌ　贾仁辉．隧道工程【ＭＩｌ重庆：重庆大学出版社，２（）（）１．　【５１赵卫，韦猛，刘俊，舒振杰．基于监控量测数据的隧道失　稳分析【『１＿探矿工程，２（）１２（３）：１６７２－７４２８　『６】赵勇．隧道软弱围岩变形机制与控制技术研究ＩＩ）ｌｌ北京交　通大学，２（）１２．　７　４＃￣ｌＪ点围岩内部位移随时间变化曲线　Ｂ．缓慢增　；，、段：该阶段两帮收敛变肜较小，出现在　隧道丌挖　１０．５ｄ～２４ｄ左　，变形量仪为４．２７ｍｍ，累计　达到２５．４８ｍｎ１，变形速率介下０．１４ｍｍ／ｄ～０．４６ｍｍ／ｄ；　该阶段拱顶　｝）Ｃ变形较两帮收敛变形量婴大，急剧增长时　Ｉ＇ｎＪⅡ土较长　，ｆ¨现　隧道　挖后１　５ｄ一４２ｄ庀右，下沉量仅　为７．４２ｍｍ，祟汁卜沉量达到７９．５３ｒａｍ，变形速率介于　０．１　Ｏｍｍ／ｄ～０．６６ｍｍ／ｄ　Ｃ．稳定阶段：该阶段隧道断　处于褴体稳定状态。在　隧道ｔｌ：］￣２４ｄ～７０ｄ之『Ｉ｛１时　段，两帮收敛仅３．４２ｍｌｎ，平　均收敛速率为０．０７４ｒａｍ／ｄ；ｆ￣ｊ［－挖４２ｄ～７０ｄ之间时间段，　拱顶ｌｑＫ　为２．２２ｍｍ，平均速率为０．０７９ｍｍ／ｄ。　３．２隧道　『人Ｊ　变形　测　隧道…岩　邮变化情７兄见　６、图７所爪。　从ＩＨ６、．　７・叮以石出，３＃（　侧）、４＃（右侧）测　　ｒ《中国科技信息》杂志社声明　１、目前在各类搜索网站输入关键词“中国科技信　息”，搜索出的结果基本都不是我们的官方网站。　请记住我们的官网地址：ＷＷＷ．ｃｎ￣ｊｘｘ．ｃｏｒｎ。　点Ｈ爿岩　邮　ｆ　变化趋势一致，体现Ⅲ以Ｆ儿点特征：　（１）隧道　挖　短时ＩｉｉＪ『人】刚岩变形快速增长，各位　均任ＪＦ挖后３ｄ　彳　蚓岩变形速率最大，随着围岩暴露时　持续，Ⅲ岩１人】郝备ｆＩ）＝置变形继续加火，但变形速率逐渐　减小。　２、我们审稿从不会收取初审、复审、终审之类的　费用，如果对方要求您缴纳这类费用，千万不要相　信！　（２）从Ｉ划ＩｆＪ　ｎ　以看出，左、右两侧围岩各测点变形　位移肢速率均为２．０ｍ　Ｌｊ２．５ｍ处相接近，其余各测点变形差　值卡｝Ｉ　ｊ，灰ＨＪ川日　ｉ　ｉ松动圈范围处于２．Ｏｍ～２．５ｍ之间。　５、我们从来没有在地方开设任何读者服务部、论文　部、学术部，特此提醒作者注意！　（３）／Ｊ：侧　岩『人】郎丰ｌ＿１　位置测点变形较右侧要大，　如扎ｆ　１（０ｉｎ）处，／ｌ：侧变形达剑１　３．５ｍｍ，而右侧为　一６２一