连拱隧道施工监测与围岩稳定性的探究

金华福　金旖旎

【摘 要】 近年来，随着我国交通事业的发展，陆地交通基础设施的建设得到了越来越多人的关注，其中，很多地方都修建了公路隧道，在公路隧道的修建过程中，不可避免的遇到了许多问题。本文主要对公路的连拱隧道的施工过程中遇到的围岩问题进行探讨，以期能对连拱隧道的施工、围岩监测提供有益的参考意见。

【关键词】 连拱隧道 隧道施工 围岩 围岩稳定性

近年来，我国连拱隧道的建设呈现蒸蒸日上的发展趋势。主要原因有以下三点。一是地形原因。由于我国地域辽阔，地形千变万化，高原、丘陵、盆地、平原、山区等，所以要结合当地的实际情况，进行连拱隧道施工，完善公路线形。例如云南省绝大部分的高速公路，都是连拱隧道。二是为了节约空间资源，现在土地资源越来越紧张，可供使用的越来越少，所以通过连拱隧道的方式节约空间资源。例如在大城市里地下隧道的建设。三是随着连拱隧道的施工水平的逐渐提高，其工程投资也慢慢降低，节省了人力和财力，所以在国内外，采用连拱形式进行隧道建设的工程正在增多。

然而，事物都有两面性。连拱隧道虽然在改善公路线型、节省占地、节省工程投资有着重要意义，但是，其结构比较复杂，施工的工序相对于暗挖隧道而言，工序更加繁琐，施工期间围岩的稳定性是关系到隧道安全和人民生命的关键性问题。特别是围岩的稳定性问题，值得我们提高注意力。

1 连拱隧道与围岩

连拱隧道，我们可以生动形象的理解为“m”隧道，它是针对独立隧道而言，具有往返双边车道。而围岩是指在隧道周围一定的范围内，对隧道洞身的稳定性有影响的岩体或土体。其中，在工程地质学中，把重分布应力影响范围内的岩体称为围岩，绝大部分为6r，r即洞室的半径。

在以往的连拱隧道的设计、施工过程中，由于经验不足，对围岩与连拱隧道的受力结构难以把握，没有考虑到软弱岩体流变的特性，使得连拱隧道的使用期间，围岩、结构仍然不断的变形，几十年以后，连拱隧道出现结构被“侵限”、破裂，甚至失去稳定性等情况，大大影响了使用安全，对人民的生命和财产造成了严重的威胁。

2 连拱隧道施工监测

多年以来，国际上一直在进行隧道施工监测，由于隧道工程的受力特征以及复杂性，他们主要通过对地下工程的量测，来实现对围岩和支护的稳定性的监测，并把监测结果应用于设计的修正和施工的指导。其中，在新奥法支护结构的设计方面，很多专家都寻求过数值解。但这个目的往往很难实现，因为岩石的生成条件和地质作用都非常的复杂，岩石本身的结构也是千变万化、难以捉摸的；除此之外，在对隧道的建设过程中，隧道如何开挖，采取了什么支护类型、支护参数，以及其支护时机是否恰当等等问题，都会对隧道围岩的稳定性产生影响，所以想通过寻求正确反映岩体的物理力学模型来解答问题是非常困难的。

目前，新奥法的设计工作是应用工程类比法与数理初步分析法进行，通过隧道建设的过程对围岩的量测所得的信息，然后分析、综合判断所得的数据，从而提高对围岩稳定性的监测的技术，完善连拱隧道设计，再采取合理的、科学的施工对策，保证连拱隧道的安全建设。新奥法监测工作不仅在施工之前要开展，它也贯穿着整个施工过程，一方面对围岩的稳定性进行监测，另一方面还对支护结构的合理性问题进行检验。所以说，监测工作是监视设计是否合理、建设是否正确的重要保障。

对连拱隧道的施工进行监测，有助于了解围岩的动态、掌握支护结构工作状态，；通过检测结果的分析和总结，对设计进行修改，对隧道建设的施工过程进行指导，并预测未来的险情和事故，防患于未然；同时还可以积累大量的指导资料，为以后的隧道建设提供参考，作为以后设计、施工的类比依据；为确保隧道的安全提供可靠的信息，为二次衬砌提供合理的支护时机；还可以把它作为原始依据，方便进一步的理论研究。与此同时，位移速率也是判断围岩未定性的重要手段之一，（图1）为隧道周边的相对位移值需满足要求：

3 围岩稳定性探究

连拱隧道作为地下工程，所处的环境比较复杂，所以，在隧道建设的可行性以及设计、施工和使用年限过程的分析中，都要把围岩的稳定性作为思考的重要一环。从力学的观点上看，连拱隧道之所以失去了稳定性，是由于围岩的应力水平达到甚至超过了岩体的强度范围，以致形成了一个连续贯通的滑动面和塑性区，并渐渐产生较大的移位，最终导致全部失稳。

3.1 围岩稳定性问题存在原因

围岩稳定性又叫围岩自撑能力，它是围岩依靠自身的强度来保持平衡的能力。在工程岩体中，一方面，岩体的力学特征表现出非常复杂的非线性和时间效应两个问题，即流变特性，这主要是由于岩体中普遍存在着断层、裂隙、节理、软弱夹层和蚀变带等地质结构面而造成的。另一方面，对软弱岩体而言，其本身就具有很大的流变性。因此，为了能针对这些问题采取有效的工程对策，我们应该根据围岩岩体流动变形带来的具有不同特征的变形现象和破坏现象进行研究，分析岩体变形的程度，以及岩体变形的原因、发展趋势和最终状态。

然而，我们需要注意的是，围岩和支护衬砌结构的变形，都是蠕变形的，对软弱围岩或者节理裂隙发育的岩体，其蠕变性就更加显著。因此，我们在实际的连拱隧道施工过程中，不仅要考虑围岩的弹塑性，还要考虑围岩变形的时效性，这样才能做到科学合理的进行连拱隧道建设。

因此，对围岩稳定性的探讨，实际上就是对围岩岩体介质的应力和变形进行分析和探讨。围岩失稳是一个相当复杂的、非线性科学问题，通常会伴随着变形的非均匀性、非连续性和大移位等特点。

3.2 围岩稳定性判别标准

由于连拱隧道开挖的跨度比较大，施工工序繁多，开挖与支护相互交错，因此，围岩的应力变化和衬砌荷载的转换十分复杂，特别是连拱隧道中的中墙受力问题，存在着压、扭、弯、拉、剪等等情况。另外，在连拱隧道的施工过程中，由于围岩的应力分布、以及衬砌受力等变形状况不明显，很难辨析，所以左右洞施工时，对中墙的影响难以把握，使隧道施工变形和围岩稳定控制的难度加大，稍有不慎，就会造成隧道塌方，直接威胁着施工人员的生命安全。

所以，围岩稳定性的判别参考标准，是比较复杂的，因为影响围岩稳定性的既有客观原因，也有主观原因。为了保证能够与实际的标准比较符合，我们可以根据这三个判别标准进行综合分析。第一，是根据实测位移或预计最终位移值判别；第二，根据位移变化速率判断；第三，根据位移变形加速度判断。首先，很据实测位移或预计最终位移值进行判断。以某一个临界值作为参考，在连拱隧道建设开挖的过程中，若发现量测的位移超过了参考值，或者根据已回归函数预计最终位移，就表明在连拱隧道的建设过程中，围岩的稳定性不高，需要加强支护。其次，根据位移变化速率判断。在施工过程中，根据工程的特点和围岩的相关条件，从而制定本工程的位移临界变化速率的标准。最后，根据位移变形的加速度判断。当围岩趋于稳定时，那么位移的速率就会不断下降，表明支护也是安全的；当变形速率保持了长时间的稳定，则应该及时对施工程序进行调整，并加强支护系统的强度和刚度；当变形速率慢慢增加时，则表示围岩已经到了危险的地步，其状态已经非常的不稳定，施工人员必须立即停工，对围岩进行加固。

结束语

在很多特殊地形的情况下，修建连拱隧道是一种很有效的方法。但是不可否认的是，在连拱隧道施工监测中，围岩的稳定性如何，直接影响了工程质量和人民的生命财产。因此，我们应该在实践中，对连拱隧道施工的监测和围岩稳定性进行更深入的探讨和研究。

参考文献

[1] 黄润秋，肖华波.浅埋双连拱隧道围岩—边坡体系变形机理及稳定性研究[J].工程地质学报，2008（5）

[2] 王亚琼，谢永利.连拱隧道在我国的发展与研究[J].公路，2008（6）