小净距隧道围岩松动范围的测试与分析

郭 磊 程 康 陈俊强

(武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430070)



小净距隧道围岩松动范围的测试与分析

郭 磊 程 康 陈俊强

(武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430070)

结合冯家梁子小净距隧道的工程概况及开挖参数，对隧道围岩松动范围进行了检测，并对实测数据进行了整理分析，指出小净距隧道先行洞爆破开挖会加大小净距隧道的中夹岩柱的松动范围。

小净距隧道，围岩，声波法，中夹岩，松动圈

0 引言

目前，在我国中西部鄂东山岭地区，隧道的开挖大部分仍然是利用爆破开挖的方式。虽然，如台阶法开挖，光面爆破技术，以及单侧壁导坑法等技术的出现能够一定程度上降低爆破对于隧道围岩的震动影响，但是爆破震动仍然会影响到一定范围内的围岩，尤其是在软弱围岩地区，这一问题更为严重。同时，由于隧道围岩原有的应力平衡状态受到爆破震动的破坏，受影响部分的隧道围岩应力发生了重分布，并且会出现应力集中现象。如果集中应力的程度达到了围岩的强度，那么隧道围岩就可能发生破坏。隧道围岩经过破坏后会在一定范围内产生围岩松动，即隧道围岩松动圈[1]。

一般来说，小净距隧道是依据JTJ 026—90公路隧道设计规范来确定的，即隧道双洞间的净距比较小，一般小于1.5倍洞的跨度[2]。不同于常见的连拱隧道和普通分离式隧道，小净距隧道有众多的优点，如施工工艺较为简单、易于防水，并且造价容易控制等。因此，在工程中的应用逐渐广泛，颇受欢迎。但这种隧道也存在一些关键性问题有待研究解决[3]。由于净距较小,在施工过程中的爆破震动影响彼此互相叠加，使得隧道的围岩松动甚至破坏，进而使得隧道在施工及使用过程中存在安全隐患。

因此，对小净距隧道围岩松动范围进行测试和分析就是非常必要的，明确在施工过程中隧道的受力及变形特点，以验证小净距隧道支护结构体系设计的可靠性，同时也为小净距隧道施工过程中支护结构的优化提供依据和指导，以确保隧道围岩在施工以及使用过程中的稳定性和安全性。

1 工程背景

1.1 工程概况

麻竹高速公路宜城至保康段冯家梁子隧道位于湖北省南漳县，其进口位于南漳县长坪镇冯家梁子，出口位于南漳县长坪镇钟鼓坪村，走向约243°，呈北东—南西向展布。隧道所在区褶皱带、断裂带斜贯全区，地质条件复杂，属典型的强风化泥质页岩，易风化，遇水易软化，陡节理裂隙发育。

冯家梁子隧道为小净距隧道，其中夹岩厚度为9.59 m～12.59 m。隧道左幅里程桩号ZK65+035～ZK65+595，全长560 m，最大埋深为87.2 m；右幅里程桩号YK65+042～YK65+587，全长545 m，最大埋深80.3 m。隧道内空断面净宽11.2 m，净高7.0 m。隧道最大开挖跨度是12.40 m，最大的开挖高度是9.70 m。

1.2 工程开挖参数

冯家梁子小净距隧道采用的是三台阶爆破开挖，台阶宽度为3 m左右，每一次开挖进尺不大于1.5 m。炮孔深度在1.0 m～1.5 m左右，炮孔间隔为1.0 m左右。每次爆破开挖炮孔共计40个～50个，装药量共计20 kg～30 kg，具体视围岩情况而定。

2 松动圈测试技术及现场方案

2.1 围岩松动圈测试技术

目前，测试围岩松动范围的方法大体包括以下几种：地震波法，地质雷达法，电阻率，多点位移计法，渗透法以及声波法等，这些方法已经在许多工程和煤矿隧道工程中得到应用。

本文主要结合冯家梁子小净距隧道施工中的监控测量，仅对声波法测试进行分析和探讨。

随围岩密度降低、介质裂隙发育、声阻抗增大而减小,随应力增大、密度增加而增大。因此, 如果波速低则表明围岩可能存在缺陷或裂缝；测得的波速比较高则表明隧道围岩未受破坏，其完整性比较好。对围岩不同深度的多个断面进行声波测试,作出波速—深度曲线,然后再结合小净距隧道所在地的围岩类型及相关资料可推断出所测试隧道的围岩松动范围[4]。

声波测试法，其理论基础是弹性波在固体中的传播理论，其方法是人工施加振动，向传播介质(混凝土构筑物、岩土体等)发射声波，在一定距离之外接收声波。通过测量和分析在不同介质中声波的振幅、传播速度以及声学参数等，来解决岩土及隧道工程中的一系列问题[5]。

超声波检测是快速，灵活，低投入，高科技的无损检测技术的方法。在建设工程质量控制和地质调查方面得到广泛使用，它的测试原理如图1所示。本次试验所采用的RS-ST01C是集电子技术、计算机技术、声发射技术于一体的，高效、稳定、便携的新一代智能化测试仪。

2.2 现场测试方案布置

根据隧道的施工进度及工程地质情况，在小净距隧道的后行洞选择了具有代表性的3组断面，分别为ZK65+230，ZK65+240，ZK65+250。断面的左侧为小净距隧道中夹岩柱。在每个断面的隧道两侧拱脚处钻孔2个，孔深度为3 m左右，2孔间距为60 cm左右。2个断面共计8个孔。检测时分别将2个探头放入2个孔中，一个探头发射另一个探头接收，如图2所示。每隔0.25 m测读一次数据。

3 测试结果分析

经过对三组断面利用声波法进行测试，得到不同深度围岩处的波速值，见表1。分析三组数据并且整理，得到了波速—深度曲线如图3所示。

表1 各断面不同深度处的波速值

孔深m1号断面波速Vpm/s2号断面波速Vpm/s3号断面波速Vpm/s左侧右侧左侧右侧左侧右侧0.254400445244004452404038520.504446487344463373384643730.754664527945643779486442791.005545537355455773454550731.254867569248675892486747921.505453536254535362475348621.755000582450005824500057242.005116543354165333531653332.255310582350695316523951012.505369531650465873506950262.75504655735323582650465273

从图3中我们可以看出，1号断面左侧与2号断面左侧的围岩在1.50 m深度处波速开始降低。2号断面的右侧以及1号断面的右侧均是在深度为1.00 m左右时出现了波速明显降低的变化。3号断面的左右两侧在深度为1 m处开始出现波速降低。

分析结果显示隧道围岩的松动范围在1.0 m～1.5 m，属于中松动圈，同时冯家梁子隧道围岩为强风化页岩，属于一般围岩。因此，可采取复合支护结构，包括初支与二衬。其中初次支护锚喷支护，锚杆采用HRB335级钢筋，L=3 500 mm，φ=25 mm，梅花形布置，隧道断面方向间距d=1 200 mm，隧道轴线方向间距d=800 mm。φ=6 mm,25 mm×25 mm钢筋网。喷射25 cm厚的C20素混凝土。二衬采用φ=25 mm钢筋，40 cm厚C35混凝土。

4 结语

根据声波法的测试结果，可以确定1号断面左侧及2号断面左侧的围岩松动范围在1.50 m深左右；2号断面右侧围岩以及1号断面右侧围岩的松动范围均是1.00 m深左右；3号断面的两侧的松动范围均是1.00 m左右。而1号断面与2号断面左侧的松动范围比右侧的松动范围大则恰好说明了由于先行洞爆破开挖对于中夹岩柱产生了影响。除此之外波速的小幅度变化则是由于围岩条件复杂、等级较差，这也与冯家梁子隧道围岩为典型的强风化泥质页岩这一事实相吻合。

[1] 龚建伍，夏才初，朱合华.鹤上隧道围岩松动圈测试与分析[J].地下空间与工程学报,2007(3):475-478.

[2] 刘 伟，靳晓光，陈少华.高速公路小净距隧道合理净距的探讨[J].地下空间,2004(3):380-385.

[3] 宋天宇，王述红，万明富，等.爆破施工下小净距隧道围岩稳定性分析[J].地下空间与工程学报，2013(2):380-386.

[4] 贾颖绚，宋宏伟.巷道围岩松动圈测试技术与探讨[J].西部探矿工程，2004(10)：148-150.

[5] 郑学贵，丁 浩.小净距隧道围岩松动圈测试与分析[J].公路交通技术，2005(1)：95-98.

The test and analysis on small clear distance tunnel surrounding rock looseness range

Guo Lei Cheng Kang Chen Junqiang

(CivilEngineeringandArchitectureInstitute,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)

Combining with the engineering survey and excavation parameters of small clear distance tunnel in Fengjialiangzi, this paper tested the tunnel surrounding rock looseness range, and made profound analysis on measured data, pointed out that the first hole blasting excavation of small clear distance tunnel would increase the looseness range of surrounding rock of small clear distance tunnel.

small clear distance tunnel, surrounding rock, acoustic method, surrounding rock, looseness circle

1009-6825(2016)11-0183-02

2016-01-29

郭 磊(1988- )，男，在读硕士; 程 康(1962- )，男，教授; 陈俊强(1990- )，男，在读硕士

U451.2

A