小净距泊上隧道现场监控量测分析

郭伍军 齐 甦 窦克伟 王 成

(1.中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710065； 2.中国地质大学工程学院，湖北 武汉 430074)



小净距泊上隧道现场监控量测分析

郭伍军1齐 甦2窦克伟2王 成2

(1.中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710065； 2.中国地质大学工程学院，湖北 武汉 430074)

以贵州省余庆县白泥镇泊上隧道为例，通过现场监控量测，运用指数模型对监测数据进行回归分析，推测围岩最大变形量，并结合变形速率和变形加速度判断围岩收敛情况，指导隧道二衬施作时机，为以后类似工程实践提供经验。

小净距隧道，泊上隧道，围岩，监测数据

小净距隧道是指并行双洞公路隧道间夹岩石厚度较小，一般小于规范规定的净距的一种特殊的隧道结构形式。该种结构可以解决分离式隧道的布线困难、占地较多和连拱隧道施工复杂、造价较高的缺点。国内对小净距隧道施工方法、支护措施、围岩稳定性分析等方面做了很多的研究[1-5]，小净距隧道应遵循“少扰动、快加固、勤量测、早封闭”的原则，并将中间岩柱的稳定与加固作为设计与施工的重点。根据围岩的情况和中间岩柱的大小，小净距隧道的开挖和结构支护方式有所不同。

泊上隧道为小净距隧道，围岩破碎，其中Ⅴ级围岩约占隧道全长65%，隧道开挖过程中，出现了大变形，为了保证隧道施工安全和进度要求，通过现场监控量测和分析，及时调整设计支护参数，实现动态设计、信息化施工，以体现“动态设计、过程控制”的理念，为以后类似工程实践提供经验。

1 工程概况

泊上隧道位于贵州省余庆县白泥镇，高速公路双向四车道标准，属中隧道。左线起讫桩号ZK83+195～ZK84+040，长845 m，最大埋深约77 m；右线起讫桩号YK83+175～YK84+910，长730 m，最大埋深约83 m。隧道净宽10.25 m，隧道净高5.0 m，小净距隧道线间距控制在15 m以上，净距约10 m，约为1.0B0。

该隧道区属中低山地貌，地形起伏较大，隧址区第四系覆盖层薄，围岩段主要为硅质页岩、含砾板岩、砂质板岩，其中Ⅴ级围岩564.5 m，Ⅳ级围岩260 m，隧址区域位于贵州东部NS向构造带、NNE向构造带和NE向构造带的交汇地区，处于相对较稳定的地质环境，未发现活动性深大断裂。

隧道单洞采用环形开挖预留核心土法施工，施工工序及施工顺序如图1所示，隧道施工采用左洞先行的方案，当先行洞(左洞)仰拱施工后再进行后行洞(右洞)上断面开挖，且先行洞(左洞)与后行洞(右洞)上断面开挖距离不小于30 m。

2 监测方案

现场监控量测是判断围岩和隧道稳定状态、保证施工安全、指导施工生产、进行施工管理和提供设计信息的重要手段。根据泊上隧道的施工工艺和地质条件，监测的内容主要为变形量测，监测项目为地表沉降、拱顶下沉和净空收敛，选取典型监测断面ZK83+533，监测断面的测点布置图如图2所示。

取得监测数据后，绘制位移—时间曲线，并利用最小二乘法的思想，进行回归分析，推算最终位移值，掌握位移变化规律，并对求得的回归函数求一阶、二阶导数，得到断面的变形速率函数和变形加速度函数，综合判断围岩和隧道的稳定状态。通过前期回归分析发现，指数函数模型的回归效果最好，相关系数最大，因此本次回归分析模型选取了指数模型拟合，表达式见式(1)，表达式中a,b的计算方法见式(2)和式(3)，其中(xi，yi)为样本观察值，相关系数R的计算公式见式(4)。

y=a(1-e-bx)

(1)

(2)

(3)

(4)

3 监测结果分析

3.1 地表监测结果及分析

泊上隧道进口左洞ZK83+225断面从2014年11月12日开始监测，监测频率为1次/d，得到的地表沉降位移曲线如图3所示。

由图3可知，累计地表沉降量不是很大，最大沉降量约为5 mm，隧道开挖的工序对地表沉降量的影响很大，特别是在开挖上断面核心土时，沉降量明显增大。地表沉降受空间影响较大，在隧道正上方位置沉降量最大，远离隧道位置，沉降量较小，总体表现比较稳定。

3.2 拱顶下沉监测结果与分析

1)回归分析。

ZK83+533断面从2015年2月23日开始测量，监测频率为1次/d，直到稳定为止。根据监测数据绘制得到的位移—时间曲线及拟合曲线图，如图4所示，回归函数为：

y=79.335(1-e-0.064 5x),R=0.993 46。

由图4可知，泊上隧道拱顶下沉经历了从急剧变形到变形缓慢到最后基本稳定的三阶段。从监测开始到第15天，围岩基本开始趋于稳定，这期间围岩总变形量约占总变形量的75%，经过35 d连续监测，围岩累计总位移量约为65 mm。根据拟合曲线，推算得到的累计拟合最大变形量Umax=78.494 mm。

2)拱顶下沉变形速率。

在监控量测经验反馈法中，容许变形速率对判断围岩的收敛具有重要的作用，也是国内外判断围岩是否稳定最常用的方法。用来指导隧道二衬的施作时间。通过对回归函数求一阶导数，可得ZK83+533断面变形速率，求得的变形速率—时间函数为：

y′=5.117e-0.064 5x。

变形速率—时间曲线如图5所示，由图5可知，当t=20 d时，变形速率开始小于1 mm/d，满足规范要求，说明围岩开始趋于稳定，当t=60 d时，变形速率基本等于0，围岩已经稳定。拟合结果基本符合现场情况，在后期监测过程中，变形速率出现了负值，主要是由于围岩和支护结构已经充分发挥了其自身的支撑能力。

3)拱顶下沉变形加速度。

y″=-0.330e-0.064 5x。

加速度—时间曲线如图6所示，由图6可知，围岩变形加速度值一直处在小于0的坐标轴下，且加速度值是减小的，围岩可以自动趋于稳定。在监测的第20天，围岩变形加速度值一直处于小于0.01mm/d2的状态，与上面变形速率变化情况基本一致，进一步说明围岩处于基本稳定阶段。

3.3 净空收敛监测结果与回归分析

1)回归分析。

泊上隧道净空收敛采用了DE和FG两条测线，由于DE测线的数据更多，因此，隧道净空回归收敛主要采用了DE测线的数据进行回归分析。ZK83+533断面净空收敛位移—时间回归函数为：y=48.802(1-e-0.047x),相关系数R=0.98。

拟合累计最大变形量Umax=48.802mm，拟合曲线如图7所示。由图7可知，当t=12d左右，累计收敛量约占总收敛量的70%，这一阶段主要受空间效应的影响较大，在整个监测期间内，ZK83+533断面实测累计收敛量约为48mm，与拟合结果基本一致。

2)围岩收敛变形速率。

通过对回归函数进行一阶求导可得围岩的变形速率—时间函数为：y′=2.294e-0.047x，变形速率—时间曲线如图8所示；由图8可知，在监测初期，围岩的变形速率和加速度较大，主要是受开挖的影响，当t=20d时，围岩的变形速率基本符合规范的要求。

3)围岩收敛变形加速度。

对拟合函数进行二阶求导，变形加速度—时间函数为：y″=-0.108e-0.047x，变形加速度—时间曲线如图9所示。由图9可知，在监测初期，围岩的变形速率和加速度较大，主要是受开挖的影响，当t=20d时，围岩变形加速度基本满足规范要求。

3.4 泊上隧道围岩变形最终推测

预测隧道围岩最终位移量的方法主要有极限速率法和位移容许速率法。极限速率法指对收敛回归方程作t→+∞的极限运算，从数学上计算围岩最终位移量的大小。因此当t→+∞时，左洞ZK83+533断面累计最大变形量Umax=79.335 mm，最大收敛变形量Umax=48.802 mm，当t=20 d时，围岩的变形速率和加速度值基本符合规范要求，围岩处于稳定状态。

综合泊上隧道围岩变形最终预测结果，建议泊上隧道二衬施作时机为掌子面开挖后约20 d，考虑预测结果是基于时间为趋于无穷大和且无支护的状态，考虑到后期支护发挥其自身的支撑作用后，围岩的变形可以得到一定的限制，因此，支护结构的预留变形量约为40 mm。

4 结语

1)通过监测结果和分析可知，泊上隧道的支护设计参数和施工工艺符合要求，能控制围岩变形，能够保证围岩的稳定性。

2)通过对泊上隧道进行监控量测，利用指数模型对监测数据进行回归分析，通过分析结果可知，泊上隧道围岩变形主要经历了急剧变形→缓慢变形→基本稳定三阶段，主要受时、空间效应的影响比较明显。在t=20 d左右，围岩基本稳定。

3)通过回归模型，对泊上隧道围岩变形进行了最终的预测，建议二衬的施作时机在掌子面开挖后20 d，这时围岩的变形速率满足施工规范要求，考虑围岩的支护措施，支护结构预留一定的变形量。

[1] 夏才初,龚建伍,唐 颖,等.大断面小净距公路隧道现场监测分析研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(1):44-50.

[2] 张国华,陈礼彪,钱师雄,等.大断面小净距大帽山隧道现场监控量测及分析[J].岩土力学,2010,31(2):489-496.

[3] 唐明明,王芝银,李云鹏.穿越公路偏压小净距隧道施工方法探讨[J].岩土力学,2011,32(4):1163-1168.

[4] 龚建伍,雷学文.大断面小净距隧道围岩稳定性数值分析[J].岩土力学,2010,31(S2):412-417.

[5] 杨建平,陈卫忠,郭小红.小净距公路隧道支护时机对围岩稳定性影响研究[J].岩土力学,2008,29(2):483-490.

Field monitoring measurement analysis of Bo-Shang small-distance tunnel

Guo Wujun1Qi Su2Dou Kewei2Wang Cheng2

(1.CCCCSecondHighwayEngineeringCo.,Ltd,Xi’an710065,China;2.EngineeringFaculty,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China)

Taking Baini County Bo-Shang tunnel in Yuqing of Guizhou for example, we infer to the terminal deflections by which the field monitoring measurements results using exponential model for regression analysis. Also we will judge the surrounding rock stability by the deformation rates and accelerations. Also the analysis results can conduct the opportunity to construct the second lining and provide experiences for similar engineering practice in the future.

small-distance tunnel, Bo-Shang tunnel, surrounding rock, monitoring data

1009-6825(2017)13-0166-03

2017-02-27

郭伍军(1969- )，男，高级工程师

U456

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