地鐵隧道圍巖監(jiān)測(cè)及變形規(guī)律研究

摘 要：為分析某地鐵隧道大斷面隧道圍巖的變形規(guī)律，本研究以某地鐵工程隧道為研究對(duì)象，采用進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方式，分析該隧道工程的變形及受力情況，得出以下結(jié)論：在監(jiān)測(cè)的前期，拱頂沉降的增長(zhǎng)趨勢(shì)顯著，當(dāng)監(jiān)測(cè)時(shí)間大于30d時(shí)，拱頂沉降變化趨勢(shì)逐漸趨于平緩，分析原因是當(dāng)30d時(shí)，隧道處于二次襯砌澆筑，說(shuō)明襯砌結(jié)構(gòu)可抑制隧道圍巖的變形。在同一監(jiān)測(cè)位置下，F(xiàn)C3的周邊收斂變形大于FC2，不同位置的周邊收斂變形具有一定的差異性，其中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)C1與其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)的周邊收斂變形差異顯著，說(shuō)明FC2段與FC3段的周邊收斂變形主要集中于圍巖上部。隧道的跨度與其圍巖變形間呈正相關(guān)關(guān)系，本研究采用的支護(hù)方案效果較好，各測(cè)點(diǎn)的變形及沉降均在規(guī)范限值內(nèi)。

關(guān)鍵詞：大斷面隧道；圍巖變形；拱頂沉降；周邊收斂變形

中圖分類號(hào)：U 451 " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

大斷面隧道施工過(guò)程及受力情況復(fù)雜，其圍巖的變形情況對(duì)其施工過(guò)程的穩(wěn)定性及安全性至關(guān)重要，許多專家學(xué)者針對(duì)隧道圍巖變形進(jìn)行相關(guān)研究。侯俊敏等[1]以某大斷面隧道為研究對(duì)象，對(duì)其隧道建設(shè)過(guò)程的圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析其圍巖變形機(jī)理及破壞形態(tài)，結(jié)果表明，該隧道的圍巖變形及沉降具有一定的時(shí)序特征。魏?jiǎn)⒚鞯萚2]以某巷道隧道為研究對(duì)象，建立其數(shù)值模擬模型，分析巷道圍巖的位移及受力情況，并將其數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，在施工過(guò)程中，巷道圍巖的變形趨勢(shì)較為顯著。康天慧等[3]基于數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，以某巷道為研究對(duì)象，分析該巷道圍巖的破壞機(jī)理，研究支護(hù)措施對(duì)其變形的抑制作用，結(jié)果表明，該研究提出的新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的加固效果良好。潘子葉[4]建立某隧道有限元模型，分析不同施工方案的隧道圍巖的變形規(guī)律。結(jié)果表明，錨桿和噴射混凝土可提高隧道圍巖的穩(wěn)定性。王瑞林[5]以某隧道工程為研究對(duì)象，分析圍巖變形的機(jī)理及其應(yīng)力分布特征，結(jié)果表明，隧道圍巖變形主要集中于其上部。本研究以某地鐵工程隧道為研究對(duì)象，對(duì)其沉降及其受力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析不同施工段的圍巖變形及受力情況，得出地鐵隧道大斷面隧道圍巖的變形規(guī)律。

1 工程概況

本研究以某地鐵工程隧道為研究對(duì)象，隧道左洞口采用削竹式洞門(mén)，隧道內(nèi)輪廓采用標(biāo)準(zhǔn)斷面，拱部采用R=840cm的半圓，邊墻為R=505cm的大半徑圓弧仰拱與側(cè)墻間用半徑R=200cm的小半徑圓弧連接，仰拱半徑R=2200cm，IV級(jí)V級(jí)圍巖采用C30鋼筋混凝土襯砌，III級(jí)圍巖采用C30混凝土襯砌。主洞路面寬度13m，拱頂凈空高度8.0 m，拱頂凈空高8.789 m，隧道內(nèi)縱坡-0.789 %。該隧道加寬段支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2 大斷面隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)

為分析該隧道工程的變形及受力情況，須對(duì)其沉降及所受的軸力及壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由于不同施工段的跨度不同，因此須分別對(duì)FC2、FC3與FC4、FC5進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其中，F(xiàn)C2、FC3段分別在其圍巖拱頂設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量其拱頂沉降，距離圍巖底部3.5m、6.5m、9.5m處設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量其周邊收斂變形，分別為C1、C2、C3；FC4、FC5段分別在圍巖拱頂設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量其拱頂沉降，距離圍巖底部6.5m、10.5m處兩側(cè)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量其周邊收斂變形，分別為ZC1、ZC2、YC1、YC2。監(jiān)測(cè)方案如圖1、圖2所示。

3 結(jié)果分析

FC2段與FC3段的監(jiān)測(cè)時(shí)間-拱頂沉降曲線如圖3所示。由圖3可知，隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)，圍巖的拱頂沉降逐漸增大，且不同施工段的拱頂沉降曲線差異明顯，其中，F(xiàn)C3段的拱頂沉降變大，F(xiàn)C2段的拱頂沉降較小。對(duì)FC2來(lái)說(shuō)，不同斷面的拱頂沉降具有一定的差異性。在監(jiān)測(cè)的前期，拱頂沉降的增長(zhǎng)趨勢(shì)顯著，當(dāng)監(jiān)測(cè)時(shí)間大于30d時(shí)，拱頂沉降變化趨勢(shì)逐漸趨于平緩，當(dāng)監(jiān)測(cè)時(shí)間大于30d時(shí)，隧道處于二次襯砌澆筑，說(shuō)明襯砌結(jié)構(gòu)可抑制隧道圍巖的變形。當(dāng)時(shí)間大于40d時(shí)，F(xiàn)C2段與FC3段的拱頂沉降值逐漸趨于穩(wěn)定，其平均拱頂沉降量分別為5.2mm、9.1mm，根據(jù)隧道施工技術(shù)規(guī)范可得[6]，隧道工程的最終沉降量須小于50mm，本研究監(jiān)測(cè)得出的沉降量遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的限值，說(shuō)明該隧道工程的圍巖支護(hù)效果較好。

FC4段與FC5段的監(jiān)測(cè)時(shí)間-拱頂沉降曲線如圖4所示。由圖可知，監(jiān)測(cè)時(shí)間與沉降值間呈正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)監(jiān)測(cè)時(shí)間為0d時(shí)，左導(dǎo)洞開(kāi)挖，此時(shí)FC4-左導(dǎo)洞及FC5-左導(dǎo)洞拱頂開(kāi)始發(fā)生沉降，F(xiàn)C4段、FC5段左導(dǎo)洞的最終沉降為7.2mm、8.1mm；當(dāng)監(jiān)測(cè)時(shí)間為12d時(shí)，右導(dǎo)洞開(kāi)挖，此時(shí)FC4-右導(dǎo)洞及FC5-右導(dǎo)洞拱頂開(kāi)始發(fā)生沉降，F(xiàn)C4段、FC5段右導(dǎo)洞的最終沉降為9.2mm、9.5mm；當(dāng)監(jiān)測(cè)時(shí)間為32d時(shí)，右導(dǎo)洞開(kāi)挖，此時(shí)FC4-中導(dǎo)洞及FC5-中導(dǎo)洞拱頂開(kāi)始發(fā)生沉降，F(xiàn)C4段、FC5段中導(dǎo)洞的最終沉降為2.5mm、4.9mm；當(dāng)監(jiān)測(cè)時(shí)間為52d時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行二次襯砌澆筑，此時(shí)左導(dǎo)洞、右導(dǎo)洞、中導(dǎo)洞的監(jiān)測(cè)時(shí)間-拱頂沉降曲線逐漸趨于平緩，說(shuō)明襯砌結(jié)構(gòu)可抑制FC4段、FC5段圍巖的變形。對(duì)比不同施工段的拱頂沉降可得，F(xiàn)C4、FC5段左導(dǎo)洞及右導(dǎo)洞的拱頂沉降差異并不明顯，F(xiàn)C4、FC5段中導(dǎo)洞的拱頂沉降差異較為明顯，且FC段的拱頂沉降小于FC5段。

FC2段與FC3段的周邊收斂變形（沉降）曲線如圖5所示。隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)，F(xiàn)C2段與FC3段的周邊收斂變形逐漸變大。其中，F(xiàn)C3-C1的周邊收斂變形最大，F(xiàn)C2-C2的周邊收斂變形最小。對(duì)比不同施工段的周邊收斂變形可得，在同一監(jiān)測(cè)位置下，F(xiàn)C3的周邊收斂變形大于FC2，與以上2種施工段的拱頂沉降變化具有一致性。不同位置的周邊收斂變形具有一定的差異性，其中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)C1與其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)的周邊收斂變形差異顯著，說(shuō)明FC2段與FC3段的周邊收斂變形主要集中于圍巖上部。當(dāng)監(jiān)測(cè)時(shí)間大于32d時(shí)，各施工段的周邊收斂變形變化逐漸趨于平緩，其最大周邊收斂變形為8.6mm，此時(shí)隧道正在進(jìn)行二次襯砌澆筑，說(shuō)明襯砌結(jié)構(gòu)能有效抑制隧道圍巖的周邊收斂變形。

FC4段與FC5段的周邊收斂變形曲線如圖6所示。由圖可知，F(xiàn)C4段與FC5段的周邊收斂變形與監(jiān)測(cè)時(shí)間呈正相關(guān)關(guān)系，其中，F(xiàn)C5-ZC1的周邊收斂變形最大，其最大值為10.6mm，F(xiàn)C5-YC1的周邊收斂變形最小，其最大值為2.3mm。對(duì)比圍巖左右兩側(cè)的周邊收斂變形可得，位于圍巖左側(cè)的周邊收斂值均大于位于圍巖右側(cè)的周邊收斂值，說(shuō)明圍巖的周邊收斂主要集中于其左側(cè)。在監(jiān)測(cè)的前期，隧道右導(dǎo)洞、中導(dǎo)洞開(kāi)挖，此時(shí)FC4、FC5段的周邊收斂曲線增長(zhǎng)趨勢(shì)顯著，當(dāng)監(jiān)測(cè)時(shí)間大于32 d時(shí)，隧道進(jìn)行仰拱澆筑，F(xiàn)C4段與FC5段的周邊收斂變形增長(zhǎng)趨勢(shì)減緩，當(dāng)檢測(cè)時(shí)間大于52 d時(shí)，隧道進(jìn)行二次襯砌澆筑，此時(shí)FC4段與FC5段各測(cè)點(diǎn)的周邊收斂值變化趨勢(shì)逐漸趨于平緩，說(shuō)明采用仰拱澆筑及二次襯砌澆筑可有效抑制圍巖的周邊收斂變形。綜上所述，隧道的跨度與其圍巖變形間呈正相關(guān)關(guān)系，且本研究采用的支護(hù)方案效果較好，各測(cè)點(diǎn)的變形及沉降均在規(guī)范限值內(nèi)。

4 結(jié)論

本研究以某地鐵工程隧道為研究對(duì)象，對(duì)其沉降及其受力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析不同施工段的圍巖變形及受力情況，得出以下3個(gè)結(jié)論。1）當(dāng)時(shí)間大于40 d時(shí)，F(xiàn)C2段與FC3段的拱頂沉降值逐漸趨于穩(wěn)定，其平均拱頂沉降量分別為5.2mm、9.1mm，根據(jù)公路隧道施工技術(shù)規(guī)范可得，隧道工程的最終沉降量須小于50 mm，本研究檢測(cè)得出的沉降量遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的限值，說(shuō)明該隧道工程的圍巖支護(hù)效果較好。2）當(dāng)監(jiān)測(cè)時(shí)間大于32 d時(shí)，各施工段的周邊收斂變形變化逐漸趨于平緩，其最大周邊收斂變形為8.6 mm，此時(shí)隧道正在進(jìn)行二次襯砌澆筑，說(shuō)明襯砌結(jié)構(gòu)能有效抑制隧道圍巖的周邊收斂變形。3）FC4段與FC5段的周邊收斂變形與監(jiān)測(cè)時(shí)間呈正相關(guān)關(guān)系，其中FC5-ZC1的周邊收斂變形最大，其最大值為10.6 mm，F(xiàn)C5-YC1的周邊收斂變形最小，其最大值為2.3 mm。隧道的跨度與其圍巖變形間呈正相關(guān)關(guān)系，且本研究采用的支護(hù)方案效果較好，各測(cè)點(diǎn)的變形及沉降均在規(guī)范限值之內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

[1]侯俊敏，薛召杰.隧道洞口段軟弱圍巖變形特征及機(jī)理分析[J].山西建筑，2023，49（7）：168-171.

[2]魏?jiǎn)⒚?，趙俊杰，王虎，等.小煤柱巷道圍巖變形的力學(xué)機(jī)理及演化過(guò)程研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2023，19（3）：73-78.

[3]康天慧，韓進(jìn)東，孫傳保，等.深部動(dòng)壓巷道圍巖變形破壞機(jī)理與控制技術(shù)研究[J].煤炭技術(shù)，2023，42（3）：96-100.

[4]潘子葉.偏壓小凈距公路隧道施工圍巖變形破壞規(guī)律研究[J].粉煤灰綜合利用，2022，36（6）：22-27，34.

[5]王瑞林.變質(zhì)巖片區(qū)山嶺隧道圍巖變形破壞機(jī)理研究[J].工程與建設(shè)，2022，36（6）：1570-1572.

[6]中交一公局集團(tuán)有限公司.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范：JTG/T 3660—2020[S].北京：人民交通出版社，2020：20-25.