松散破碎围岩浅埋隧道施工及监测分析

张建军 黄诒宝 沈增辉

(1.中铁十二局集团第七工程有限公司，湖南长沙 410004; 2.中南大学地学与环境工程学院，湖南长沙 410083)

当前，新奥法已成为隧道特别是软弱围岩隧道修建的主要方法［1］。作为新奥法的重要组成部分，监控量测的必要性也得到了越来越广泛的关注。本文介绍了李家冲隧道的主要施工技术，并对监测结果进行了分析。

1 工程概况

京珠复线长湘高速公路李家冲隧道采用双向六车道，隧道所穿越山体为低山丘陵地貌，存在断层破碎带，出露的地层上部为第四系粉质粘土，厚约40 cm，该段围岩主要为板溪群五强溪组变质砂岩夹砂岩板岩，节理发育且有渗水，岩体破碎。围岩类别为Ⅴ级围岩。隧道全线均为浅埋，左线最大埋深35 m，右线最大埋深39 m，隧道经过区域左洞侧上方有一500 kV高压电线塔，属于艾鹤Ⅱ号线，塔号014，塔高27 m，塔基中心线位于隧道ZK147+103左13 m。该高压线路担当了长沙至湘潭的输电任务，十分重要。施工时必须控制隧道的施工不对该电力铁塔的正常使用产生影响，保证该电力线的正常运营，施工的难度很大。

2 主要施工技术

隧道按照新奥法原理进行设计，采用复合式衬砌，以钢筋网、锚杆、喷射混凝土等为初期支护，并辅以工字钢钢架、超前小导管、超前管棚等预支护措施。隧道在施工开挖前，为保证高压铁塔安全，对山体表面进行注浆固结，使整个电力塔基与山体连接成整个“拱圈闭合环”，组成完整的受力体系。隧道采用零仰坡进洞的方式进洞，以减少破坏山体的植被，来保证仰坡及边坡体不受南方雨水的冲刷而失稳。洞口采用挖机结合人工掏槽的形式掏出套拱段位置，保证套拱管棚施工。套拱长度为5 m，采用双层管棚超前支护。隧道采用三台阶七步流水法施工，三台阶起步开挖法以光面爆破为主，挖机配合自卸车出碴，弱爆破尽量减少对周围围岩的扰动。主要施工步骤如下:1)上部弧形导坑环向开挖，施作拱部初期支护;2)中、下台阶左右错开开挖，施作墙部初期支护;3)中心预留核心土开挖，隧底开挖，施作隧底初期支护。

每部开挖后均应及时支护，隧底初期支护后应及时施作仰拱，尽早封闭成环。

3 监控量测

隧道监控量测的目的是掌握围岩动态，了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布，对围岩稳定性作出评价，以指导隧道设计和施工［2］。根据隧道新奥法施工的具体要求和现场工程地质条件，主要进行了地质及支护观察，周边位移收敛、拱顶下沉、地表沉降量测等，隧道断面测点布置如图1所示。

3.1 周边位移收敛

根据周边地质条件和工程要求，选取ZK147－080和ZK147－120两个监测断面进行观测研究。断面ZK147－080位于隧道左洞入口位置，ZK147－120位于隧道左洞塔基正下方。

两个断面的周边位移收敛曲线如图2，图3所示。

由图2可知，断面ZK147－080在前15天周边位移收敛值较大，最大变化速率达到了1.33 mm/d，之后变化速率缓慢减小，说明围岩趋于稳定。另外，断面ZK147－080的后期收敛值出现了一定数值波动，这是由于受施工环境的影响，如喷射混凝土，立钢拱架，打锚杆等。

由图3可知，断面ZK147－120的累计位移值为29.23 mm，比断面ZK147－080的大，是由于监测断面位于隧道中心处，受到的周边围岩应力要大于隧道入口处。断面ZK147－120在开始的12 d内变化相对较大，平均变化速率都达到了1 mm/d，最大变化速率达到了1.43 mm/d，之后周边位移变化速率趋于稳定。但在第19天，周边位移突然变大，达到了3.71 mm/d，这是由于隧道爆破施工对围岩造成了一定的扰动。

3.2 拱顶下沉

监测断面的拱顶沉降曲线如图4，图5所示。

从图5中可看出，断面ZK147－080的累计位移值为17.75 mm，断面ZK147－120的累计位移值为21.01 mm，要大于断面ZK147－080的累计位移值。原因有两点:1)监测断面ZK147－120位于隧道中心处，埋深要大于隧道入口处，围岩的自重应力相对较大;2)ZK147－120断面上方存在上部荷载，即高压铁塔，铁塔自重通过围岩作用于拱顶，造成拱顶位移相对较大。

3.3 地表下沉

本次监测共布置两个监测断面，每个断面7个测点，测点间距3 m，断面里程分别为ZK147－080和ZK147－120，两断面各测点的地表位移沉降曲线如图6所示。

从图6中可以看出，两个断面地表沉降的总体趋势大致相同，地表沉降都呈现以拱顶为中心的中间大两头小的槽形分布形式。对比图4和图5，可以看出，地表沉降和拱顶下沉的变化趋势是相同的，但两个断面的地表沉降量都要大于拱顶沉降量，这是由于拱顶下沉的初始量测不同于地表量测，地表测量在隧道施工至监测断面之前就已经开始观测，而拱顶下沉要在开挖至监测断面之后才能开始测量。

4 结语

1)由于隧道地表沉降位移的变化趋势要比洞内观测项目的变化趋势要早，因此可以通过观察地表沉降的变化趋势，来定性地预测拱顶下沉的动向，从而使工程技术人员能及时的调整设计方案，指导隧道施工。

2)隧道中心段由于位于山体正下方，上方又存在高压铁塔，受到的围岩应力要大于隧道入口处，可以通过加强支护来减少拱顶下沉。

3)通过采取正确合理的施工方法，能有效地控制地表和建筑物的沉降，可以为今后的类似工程提供借鉴。

4)由于隧道工程的复杂性和围岩的不确定性，对隧道围岩和支护结构进行监测是保证隧道工程安全质量重要的手段。

［1］杜菊红，黄宏伟，雷新文.平年小间距隧道监控量测分析［J］.地下空间与工程学报，2007，3(8):1417-1420.

［2］李晓红.隧道新奥法及其量测技术［M］.北京:科技出版社，2002.

［3］刘岳蔗.变形观测和地质超前预报相结合分析围岩稳定性［J］.商品与质量，2011(1):23-25.