昌宁高速石马隧道围岩稳定性分析

王学增

(中交一公局桥隧工程有限公司，河北高碑店074000)

昌宁高速石马隧道围岩稳定性分析

王学增*

(中交一公局桥隧工程有限公司，河北高碑店074000)

以江西昌宁高速石马隧道为例，采用现场监控量测和数值计算的方法，分析评价了该隧道在施工全过程的围岩稳定性情况。分析结果表明设计方案实际可行，现场隧道实际变形量较小，硐室安全稳定。

隧道；监控测量；数值模拟；稳定性

1 工程概况

南昌至宁都高速公路冈上至宁都段是起于南昌县冈上镇境内的沪昆高速公路上，经南昌县、丰城市、乐安县、永丰县，终于宁都县赖村镇境内的泉南高速公路上，路线全长248.601km。石马隧道为一分离式隧道，其起止桩号为ZK175＋035～ZK178＋195，隧道长度为3160m，净空宽×高为10.75m×5m，该隧道属于公路特长隧道。进洞口左线设计标高302.019m，右线设计标高302.132m，隧道洞轴线走向大致为南至北走向。

2 施工方案

隧道洞身围岩主要为Ⅳ级围岩，采用超前锚杆预注浆预加固，开挖施工采用中长台阶法，尽量采用人工配合挖机开挖，每循环进尺控制在2m以内（破碎带及浅埋段每循环进尺控制在1.4m以内）。台阶长度控制在15～30m，装载机配合大型运输车装渣运输。施工顺序：上半断面开挖→上半断面支护→下半断面开挖→下半断面支护→仰拱、填充→拱墙衬砌。

隧道开挖分为上台阶、下台阶、仰拱3个部分分部开挖：上台阶长度15～30m，每循环进尺不超过2榀钢架间距；仰拱每次开挖及支护不超过6m，每组仰拱填充砼浇筑长度12m，仰拱距掌子面距离不大于50m，衬砌距掌子面距离不大于90m。上台阶开挖，开挖作业高度5.0m，装载机装渣，人工搭设简易操作平台，钻眼、装药、引爆，每循环进尺2m左右，开挖一环后立即喷混凝土3～5cm，及时按设计要求打锚杆，挂网、安装钢支撑，并打设锁脚锚杆进行固定。钢支撑悬空或者底部不密实时，在底部安装砼垫块。利用上台阶挖掘机扒渣及安装钢支撑、钢筋网时间同步在下台阶采用装载机配合自卸汽车出渣，出渣完毕后立即喷混凝土3～5cm，及时按设计要求打锚杆，挂网、安装钢支撑，并打设锁脚锚杆进行固定。上下台阶同时喷射砼封闭。开挖仰拱，每循环进尺不大于6m，施作初期支护，仰拱砼浇筑每模长度6m，仰拱施工期间通过栈桥保持通行。

3 数值模拟

3.1 计算模型

有限元模型区域取约5倍洞径范围，区域高60.0m、宽130.0m，其中隧道位于模型区域中心，有限元计算按照平面应变问题进行分析，计算单元采用四边形及三角形单元，计算模型共有单元5072个、节点7791个，其中隧道开挖区域单元720个，节点1083个，计算模型左、右边界和下边界施加竖直方向和水平方向的约束。

3.2 有限元计算结果

图1是隧道下台阶开挖后围岩位移场等值线云图，其中竖向位移向上为正，向下为负，水平位移向左为正，向右为负，位移单位为米。

由图1可见，拱顶最大沉降量为6mm，同时拱底向上抬升，其最大位移值为3mm，而隧道周边围岩水平位移的总体趋势为使隧道径向收敛，但位移量较小。隧道开挖后，由于围岩应力重新分布，在围岩局部应力集中的区域会造成围岩剪切破坏或拉伸破坏。隧道周边围岩在开挖后，拱脚附近的围岩处于塑性状态，呈现剪切破坏。通过塑性图可知隧道此断面处围岩的自稳性较差，开挖后应及时进行支护。

4 现场监控量测

为验证上述理论计算结果的正确性，对石马隧道的围岩变形情况进行了长期的监控量测，拱顶沉降监测采用精密水准仪，净空收敛监测采用收敛尺。图2为石马隧道ZK175+900处拱顶沉降和净空收敛监测结果。

图1 隧道开挖后的竖向位移（m）

图2 拱顶沉降和净空收敛监测结果

从图2可以看出，隧道开挖后拱顶发生沉降，在25d左右变化稳定，最终沉降量为7.5mm，净空收敛在10d左右稳定，收敛值为3～5mm。

5 结论

（1）江西昌宁高速石马隧道，隧道洞身围岩条件较差，主要以Ⅳ级围岩，设计采用超前锚杆预注浆加固，开挖施工采用中长台阶法。数值计算表明，隧道竖向位移和水平向位移较小，隧道开挖后拱脚附近的围岩处于塑性状态，呈剪切破坏。现场监控量测表明数据前期变化较大，后期不断稳定，隧道总体变化量较小。

（2）隧道总体上处于稳定状态，设计方案实际可行，但开挖后应及时支护，防止塑性区持续发展，造成硐室失稳。

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U452.12

A

1004-5716(2015)12-0163-02

2014-12-13

2014-12-17

王学增（1986-），男（汉族），山东聊城人，助理工程师，现从事公路工程施工工作。