第一篇：(附件4)軟巖富水隧道各部位變形監(jiān)測及分析

附件4 關(guān)于軟巖富水隧道初支變形監(jiān)測及分析 工程背景

福寶山隧道位于湖北省利川市境內(nèi)，齊耀山背斜東南翼，出露以砂巖為主的須家河組和泥巖夾砂巖、頁巖、泥灰?guī)r為主的巴東組地層。該區(qū)大氣降水是地下水的主要補給來源。地表地形起較伏大，溝谷切割較深；地下水以裂隙滲流為主，地下水位基本連續(xù)；地表地下水露頭極少。測區(qū)內(nèi)T[3]xj及J[1]z的碎屑巖類為透水層，T[2]b地層為阻水層，在二者交界處（一般在山前坡腳處）易形成下降泉或上升泉，故山前一般地下水較發(fā)育。向斜為儲水構(gòu)造，在其軸部含水量豐富，是新建渝利鐵路六大高風(fēng)險隧道之一。

其中中鐵五局一公司隧道十隊負(fù)責(zé)施工的DK259+016～DK258+200段圍巖以泥巖為主，夾薄層砂巖，圍巖破碎～極破碎，巖質(zhì)軟，含水（滲水），局部呈雨淋狀，圍巖級別為Ⅳ～Ⅴ級，穩(wěn)定性差，泥巖膨脹系數(shù)高達(dá)1.78。隧道初支面變形嚴(yán)重（見圖1，圖2），給前期的施工帶來了極大的困難。

圖1

圖2 隧道監(jiān)測方案

由于地質(zhì)條件比較差，采用三臺階七步法開挖，開挖與支護的步序多，且泥巖膨脹系數(shù)較高，尤其是富水地段，直接影響著隧道圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，特別是初期支護階段，受力更為復(fù)雜，而目前國內(nèi)可供借鑒的工程經(jīng)驗不多，施工方法都還不太成熟。復(fù)雜的環(huán)境條件對地面沉降控制提出了非常高的要求。一進入該地段，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)型式、施工工藝、開挖后圍巖應(yīng)力重分布和現(xiàn)場施工經(jīng)驗得出：1）拱頂主要為上部圍巖產(chǎn)生的豎向應(yīng)力；2）拱腰上中臺階連接處受到豎向和橫向應(yīng)力的作用，主要變現(xiàn)形式還是以下沉為主；3）中下臺階連接處受到上部環(huán)向軸力傳遞和附近圍巖擠出效應(yīng)的疊加影響，主要表現(xiàn)以凈空收斂為主；4）內(nèi)軌頂上1m處受到附近圍巖擠出效應(yīng)的影響，表現(xiàn)為凈空收斂。監(jiān)測項目和典型測點布置斷面如表l和圖3所示。根據(jù)鐵路規(guī)范對布置點進行每日一測，直至仰拱施工完畢成環(huán)。

表1 隧道變形監(jiān)測項目監(jiān)測項目測點布置部位拱頂沉降沿初期支護每5-10在拱頂布置一個點沿初期支護每5-10在上中臺階連接位置左右各布置一個點沿初期支護每5-10在中下臺階連接處布置一處測點沿初期支護每5-10在內(nèi)軌頂上1位置布置一處測點拱腰沉降水平收斂1水平收斂2

拱頂沉降拱腰沉降拱腰沉降水平收斂1水平收斂2內(nèi)軌頂圖3 典型斷面測點布置圖3 監(jiān)控數(shù)據(jù)分析

本文重點對典型部位的變形監(jiān)測成果進行了分析研究。3.1 拱頂沉降

下圖4所示為初支結(jié)構(gòu)施作后拱頂沉降量隨時間的變化曲線，可以看出： 1）拱頂由于受到上部豎向應(yīng)力的作用，存在較大的沉降量，在10～15cm之間。2）由于DK258+925～905段水壓較大，掌子面呈雨淋狀，透過初支面滲出，此段沉降量相比于DK258+950～925段大5cm。

3）初支結(jié)構(gòu)在上臺階支護成型初期和下部臺階開挖的時候變形量占有較大比例。其中爆破對圍巖和初支結(jié)構(gòu)的擾動是主要因素，另外，初支結(jié)構(gòu)的自身重量（噴射混凝土）也會對沉降產(chǎn)生一部分影響。

初支拱頂沉降時程曲線圖160.00140.00120.00下沉量/mm100.0080.0060.0040.0020.000.00***17192123時間/dDK258+940DK258+920DK258+910

圖4 DK258+940~910段初支拱頂沉降時程曲線圖

3.2 拱腰沉降

下圖5所示為初支結(jié)構(gòu)施作后拱腰沉降量隨時間的變化曲線，可以看出： 1）拱腰由于部分應(yīng)力轉(zhuǎn)化成水平收斂，沉降量與拱頂相比要小，在10～12cm之間。但收斂量相對沉降量較小，變形還是以沉降為主。

2）通過對拱腰位置沉降樁的觀測可以充分證明，其中爆破對圍巖的擾動會對初支結(jié)構(gòu)造成較大的影響。DK258+920中下臺階左線和右線施工時間間隔為四天，因此時沉曲線也相應(yīng)的向后位移四天。而DK258+910處左右線施工間隔僅為一天，因此時沉曲線位移并不大，兩條曲線幾乎是一致的。3）由于此段隧道埋深均在50米以上，巖層傾角不大，幾乎與隧道內(nèi)軌頂線是平行的，因此未產(chǎn)生偏壓，左右線拱腰沉降量相差不大。

初支拱腰沉降時程曲線圖120.00100.00下沉量/mm80.0060.0040.0020.000.00135791113時間/d151719DK258+920右腰DK258+920左腰DK258+910右腰DK258+910左腰

圖5 DK258+925~905段初支拱腰沉降時程曲線圖

3.3 水平收斂

下圖6所示為初支結(jié)構(gòu)施作后水平收斂量隨時間的變化曲線，可以看出： 1）DK258+925～905段水壓較大，掌子面呈雨淋狀，透過初支面滲出，泥巖在富水地段長期受水侵蝕，由膨脹引起的擠出效應(yīng)更明顯，因此與此段沉降量一樣，相比于DK258+950～925段要大。

2）通過水平收斂量測數(shù)據(jù)分析可以得出仰拱開挖和施工對相應(yīng)里程的水平收斂影響較大，原先趨于穩(wěn)定的水平收斂出現(xiàn)二次較大的收斂變化，并以20mm/d的速度遞增，由于擠壓速率過快，下臺階局部會出現(xiàn)橫向裂縫，沿著仰拱施作方向發(fā)育（見圖2）；在兩環(huán)仰拱開挖連接處存在受力差異還會出現(xiàn)沿環(huán)向的裂縫（見圖1）。因此，仰拱開挖后必須加快施工進度，確保工程安全。

3）通過DK258+920位置兩個收斂觀測點的比較，2號觀測點較之1號觀測點水平收斂值更大。在初支落底到仰拱開挖之前2號收斂觀測點（內(nèi)軌頂上1m位置）相比1號觀測點（中下臺階連接位置）收斂值要小，此階段初支中部位置水平收斂較大；而在仰拱開挖和施工階段，2號收斂觀測點相比1號觀測點收斂時程曲線跨越幅度更大，在此階段，初支下部位置收斂值變化較之中部位置要大得多。

4）仰拱施工完畢后收斂基本無變化，曲線趨于平穩(wěn)。

初支收斂時程曲線圖160.00140.00120.00100.0080.0060.0040.0020.000.00***1719時間/d

圖6 DK258+950~905段初支水平收斂時程曲線圖

DK258+920水平收斂1號觀測點DK258+920水平收斂2號觀測點DK258+940水平收斂1號觀測點凈空收斂量/mm4 施工測量及保護措施

通過對DK258+950~905段監(jiān)控量測及數(shù)據(jù)分析，為了保證工程的安全，有效控制初期支護變形的發(fā)展。施工中采取了以下措施：

1）根據(jù)監(jiān)控量測提供的數(shù)據(jù)，根據(jù)不同圍巖特點制定不同的預(yù)留沉降、收斂值。泥巖浸水地段全環(huán)放大15cm放樣，遇到前方掌子面滲水呈雨淋狀或出現(xiàn)股水，提前一環(huán)將預(yù)留值放大至20cm。

2）針對富水軟巖地段穩(wěn)定性很差的情況，對松散地層進行注漿加固，從而改善支護結(jié)構(gòu)受力情況，達(dá)到加固土體和止水的目的。（見圖1）3）嚴(yán)格控制進尺長度，開挖后立即施作初期支護，將上部地層壓力傳到未被擾動巖層上，并進一步通過樁傳到深部地層中，保證圍巖的穩(wěn)定。型鋼腳趾用木楔子墊緊，嚴(yán)禁在腳趾位置回填虛碴。

4）仰拱和二襯施工及時更近，保證安全距離，尤其是加快仰拱施作。隧道雖然屬于軟巖富水隧道，且斷面尺寸比較大，但由于施工過程中結(jié)合監(jiān)測資料反饋信息及時采取了有效的工程措施來控制變形，因此整個隧道施工過程中，除局部初期支護出現(xiàn)不可避免的開裂現(xiàn)象和侵限外，之后將近一千米的施工均為出現(xiàn)侵限現(xiàn)象，并且很好的保證了工程進度，并在2010年9月份創(chuàng)出了Ⅳ級圍巖三臺階工法開挖支護141米的公司記錄。