斑竹林隧道软弱围岩段施工监控量测分析

高攀科

（陕西铁路工程职业技术学院 陕西渭南 714000）

斑竹林隧道软弱围岩段施工监控量测分析

高攀科

（陕西铁路工程职业技术学院 陕西渭南 714000）

通过斑竹林隧道软弱围岩洞段台阶法施工典型断面必测项目进行现场监控量测，对监测数据进行分析研究，并对监控量测数据进行回归分析，总结出围岩变形的基本规律，确定了二次衬砌的合理施作时间，用以指导施工实践。

隧道；软弱围岩；监控量测；回归分析

1 工程概况

表1 监测频度与监测次数

斑竹林隧道位于重庆市黔江区正城南办事处南家村境内，为一座上、下行分离的四车道高速公路特长隧道。斑竹林隧道左线全长3275m，右线全长3310m，最大埋深298m。选择采用断面利用率高承载力较好的三心圆曲墙式衬砌端面，其净空宽度10.50m，净高为5.0 m。隧址山体位于泥质、砂质碎屑岩分布区，岩性：页岩、砂质页岩、粉沙岩，局部互层状发育，以较软岩为主，其中粉沙岩、石英砂岩为硬岩。一般埋深约100～200m。

斑竹林隧道岩层呈近水平状分布且层间结合较差，隧道拱部围岩容易失稳，软弱围岩洞段为Ⅴ级。地层地质复杂，对其软弱围岩段如处治不当则会危及该隧道的正常施工建设和安全运营。因此有必要围绕该隧道围岩变形特征进行研究，有针对性地开展科研工作，从而指导施工实践、反馈分析设计参数的合理性。

2 监测实施方案

2.1 监测内容及频率

必测项目为日常施工管理必须进行的量测，监测内容主要包括拱顶下沉和周边水平收敛。其量测方法简单、可靠性高、费用少，对修改设计、指导施工所起的作用较大[1][2]。监测频度与监测次数如表1所示[3]。

2.2 测点布设

斑竹林隧道右线软弱围岩洞段为Ⅴ级围岩，受地下水作用影响强烈，风化、破碎，自稳能力较差。支护类型为S5c衬砌类型，实际施工采用上下台阶开挖法。本段监控量测项目采取每隔10m设置一个必测项目监测断面；洞身Ⅳ级围岩段每隔20m设置一个必测项目监测断面，每个必测断面埋设拱顶下沉测点3个；埋设拱腰周边水平收敛测点一对（一测线）、边墙周边水平收敛测点一对（二测线），在隧道开挖后，马上进行埋置测点（如图1所示），并及时进行量测。

图1 监控量测必测项目测点布置

3 现场监控量测分析

隧洞开挖后产生的洞周收敛变形主要来自于开挖。对于坚硬岩体，一般来讲洞周的内空收敛变形主要来源于隧道的开挖，但对软弱岩体和极软岩体来讲，则与坚硬岩体不尽相同，围岩不仅变形量大，其变形规律也比较特殊。如何正确地认识软弱围岩的变形规律，是正确进行该类隧道设计和安全施工首先解决的问题之一[5][7]。

为了解决斑竹林隧道遇到的这一问题，在施工过程中进行了大量软弱围岩变形观察和量测。现选取右线软弱围岩洞段典型监测断面分析如下。

3.1 软弱围岩变形特征分析

3.1.1 周边水平收敛

由斑竹林隧道软弱围岩洞段典型监测断面ZK36+620断面的周边水平收敛位移历时曲线（图2）可知，上、下测线周边水平收敛变化曲线分别呈似阶梯形和抛物线形。总结斑竹林隧道ZK36+620断面上测线周边水平收敛变形特征，列于表2，可知似阶梯形曲线呈现四个变形阶段模式，即快速增长阶段→缓慢增长阶段→快速增长阶段→趋稳阶段。在上台阶开挖后的前5天，上测线周边收敛变化曲线进入快速增长阶段，收敛值累计达4.519mm，已占总收敛量的60.21%，平均收敛速率达0.904mm/d（图3）；在测点埋设后5天至18天，上测线周边水平收敛变化曲线呈缓慢增长状态，变形增量比较小，仅为0.695mm，说明初期支护对围岩进一步变形的约束作用明显。上台阶开挖18天后进行下台阶开挖，上测线周边收敛速率明显增加，最大值达到0.855mm/d。下台阶开挖6天后，上测线变形速率明显减小，30天后其变化曲线逐渐趋于稳定，稳定收敛值为7.505mm；上台阶开挖过程中的变形量为5.214mm，占上测线总收敛值约69%，下台阶开挖过程中产生变形量为2.291mm，占上测线总收敛值约31%，表明下台阶开挖对上测线水平收敛变形会产生一定影响。

表2 斑竹林隧道ZK36+620断面上测线周边水平收敛变形特征

图2 ZK36+620断面周边水平收敛变化曲线图

图3 ZK36+620断面周边水平收敛速率曲线图

图4 ZK36+620断面拱顶下沉变化曲线图（中间测点）

图5 ZK36+620断面拱顶下沉速率曲线图

该断面下测线周边收敛历时变化曲线呈抛物线形，总体经历了快速增长变形阶段和缓慢变形、趋稳阶段。下台阶开挖8天后，下测线收敛速率开始显著减慢，其变形曲线逐渐稳定，最终稳定收敛值在下台阶开挖30天后达到2.234mm。

3.1.2 拱顶沉降

拱顶中间测点的沉降变化历时曲线呈似阶梯形（图4）。埋设测点之后前11天，拱顶沉降变化曲线进入快速增长阶段，沉降值增量较大，达到6.3mm，占中间测点总沉降量的70%（表3）， 其平均沉降速率为0.57mm/d（图5）；在接下来的7天，拱顶沉降变化曲线变化平缓，其沉降增量相对较小，仅为0.5mm。下台阶开挖后，拱顶测点的沉降产生一定程度的突变，增长量为2.0mm，占上测线总收敛值的22.22%，这说明下台阶开挖对拱顶沉降的影响不是很显著，上下台阶开挖法施工合理可行。最终，中间测点沉降变化曲线在测点埋设26天后逐渐趋于平缓，中间测点沉降速率迅速降低，在这一阶段其平均沉降速率也已接近于0，拱顶围岩逐渐趋于稳定。

表3 斑竹林隧道ZK36+620拱顶沉降变形特征

表4 斑竹林隧道ZK36+620断面围岩变形回归分析

3.2 监控量测回归分析

由于偶然误差的影响而具有离散性，为此，对上述现场实测数据应用数学方法进行处理。考虑到台阶法施工中，下台阶的开挖对已开挖隧道上部围岩的二次扰动，在对斑竹林隧道ZK36+620断面原始测量数据回归分析时采用分段函数进行曲线拟合，以期达到更加合理、科学的结果，得到表4处理结果，并将其以图表形式绘制于图2、图4。图中，实测数据曲线和回归拟合曲线较好吻合。由表4可知，上测线周边水平收敛当t=28d，理论周边收敛值为7.421mm，实测周边收敛值为7.454mm，预计最终上测线周边收敛值为7.505mm，已产生的收敛值占总收敛值的99.3%；下测线周边水平收敛当t=31d，理论周边收敛值为2.047mm，实测周边收敛值为2.065mm，预计最终上测线周边收敛值为2.234mm，已产生的收敛值占总收敛值的92.4%，且上、下测线变形速率均于0.1mm/d以下；拱顶沉降左、中、右边测点当t=24d，理论周边收敛值分别为7.0mm、8.5mm、6.9mm，实测周边收敛值分别为7.0mm、8.6mm、6.9mm，预计最终周边收敛值分别为7.2mm、9.1mm、7.8mm，已产生的收敛值占总收敛值分别为97.2%、93.4%、88.5%；且拱顶沉降左、中、右测点沉降速率均小于0.15mm/d，可见斑竹林隧道ZK36+620断面已可以施作二次衬砌。

4 结语

根据监控量测信息进行数据分析和综合分析研究，对完善设计及正确指导施工至关重要。本文通过对斑竹林隧道软弱围岩段台阶法施工的现场监测量测分析，研究了隧道围岩的稳定状况，得出如下主要结论：

（1）斑竹林隧道软弱围岩洞段拱顶下沉和周边水平收敛实时监测变形曲线可以分为快速变形阶段、缓慢变形阶段和趋稳三个阶段。

（2）通过现场实测数据的回归分析，可较精确地预测围岩的最终变形量，评判围岩和支护结构的稳定性状态，监测分析结果表明下台阶开挖一个月后就可以适时施作二次衬砌。

（3）现场监测综合分析结果表明，斑竹林隧道软弱围岩洞段采用台阶法施工是适宜的。

[1]王建宇.隧道工程监测和信息化设计原理[M].北京：中国铁道出版社,1990.

[2]李晓红.隧道新奥法及其量测技术[M].北京：科学出版社,2002.

[3]JTGD70-2004,公路隧道设计规范[S].

[4]蒋树屏，赵阳.复杂地质条件下公路隧道围岩监控量测与非确定性反分析研究[J].岩石力学与工程学报,2004,23(20): 3460～3464.

[5]高攀科.斑竹林隧道软弱围岩变形特征与控制措施研究[D].硕士学位论文.重庆：重庆交通大学,2009.3.

[6]朱维申，何满潮.复杂条件下围岩稳定性与岩体动态施工力学[M].科学出版社，1996.

[7]杨健华.软岩隧道稳定性及监测技术研究[D].西安：西安科技大学，2005.

责任编辑：余咏梅

顶层住宅卫生间渗漏处理

管根渗漏是住宅工程中较常出现的问题，其原因是：防水层施工质量差，细部处理不到位；屋面混凝土顶板预留孔灌注不密实；材料质量差，防水层提前老化、变形；住户安装太阳能热水器造成人为破坏等。然而，某住宅小区新建四栋住宅楼在入住l～2年后顶层住户均反映排水主立管顶部管根处发生不同程度的渗漏。通过查阅施工日志、监理记录等资料并实地勘察发现：防水层及抽气孔出屋面节点均按照规范和图集节点作法施工，且防水层也未出现破损、空鼓和老化现象。经研究确定，在设计和施工中，顶层卫生间内排水主立管往往伸出屋面，以形成抽气孔从而排出管道内的气体。由于该平屋顶为上人屋面，抽气孔伸出屋面部分考虑到PVC自身的抗老化性差、易折断、易破损等原因，施工时多被铸铁管道(带风帽)所代替。但是，当住户入住一段时间后，尤其在入住l～2年后，由于排水管道内聚集了大量的热气，气体上升遇冷空气凝结并附着在管道内壁。当PVC管和铸铁管连接节点处理不好时，铸铁管道内存在的大量的凝结水就沿着管内壁流至PVC管外表面。从而在排水主立管与混凝土顶板相交处的管根部周围的混凝土顶板上出现面积不一的洇水痕迹，甚至出现水滴与细小的水流，这种现象在冬季尤为严重。

解决管壁凝结水渗流的关键在于节点的施工，具体作法如下。

1．拆除铸铁管四周的防水层、找平层和保温层，露出混凝土顶板，将承插口周边混凝土全部剔除至板底。呈簸箕口式，取出铸铁管，清除混凝土洞口表面的浮石和残渣，用清水冲洗干净。

2．截15cm长PVC管材。直径同排水管材，将铸铁管承插口向上，把截好的PVC管材套入承插口内。四周用干硬性膨胀水泥捣密实，并至承插口上表面平，用油膏抹口封闭，作法同排水管地埋部分(铸铁)水泥连接。将PVC排水管剩余部分截至距承插口5cm处。用砂纸打毛外表面并清理干净，翻转倒置就位。

3．将户内PVC立管距管口5cm范围内用砂纸打毛外表面并清理干净。均匀涂上PVC专用胶，伸入PVC管箍内，旋转数次，直至牯结牢固、就位。

4．在PVC排水管外表面均匀涂上PVC专用胶，伸入PVC管箍另一侧内。保持铸铁管、PVC排水管、PVC管箍垂直就位，旋转数次，直至完全粘结牢固。

5．吊模，用比原顶板混凝土强度等级高一级的细石混凝土掺膨胀剂灌注管道洞口。振捣密实，做水泥砂浆阻水圈。

6．按设计图纸和规范要求做好屋面的保温及防水层恢复。

按此方法处理后，该节点的渗漏问题得到彻底根治。

Monitoring measures to Analyze Constructing Banzhulin Tunnel with Weak Surrounding Rock

Detailed analysis were performed to the spot monitoring data in a project needed to be measured in Banzhulin Tunnel's representative cross. Some basic rules standing for deformation of surrounding rock are obtained.Regression analysis for monitor data is performed by using a timed negative exponent partition function.Some accurate reasonable judgments to the stability of surrounding rock has been made,and two lining works construction time has been determined at the right moment.On this foundation,the author of this paper believes it also has instructive value to tunnel constructions.

tunnel;weak surrounding rock;monitoring and measurement;regression analysis

U458.3

A

1671-9107（2011）08-0019-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2011.08.019

2011-05-29

高攀科（1984-），男，河南郏县人，硕士，助教，主要从事隧道施工监控量测方面的研究、教学工作。