苏亭隧道浅埋段施工与监测分析

付智源

（山西路桥第六工程有限公司，山西 晋中 030600）

0 引言

隧道浅埋段施工对围岩扰动较大，如果开挖或支护方法选择不当，很容易产生塌方冒顶事故，造成人员和财产损失[1]。本文结合国道207苏亭隧道浅埋段施工案例，根据工程地质情况制定施工方案，并在施工过程中布置测点对边坡、隧道围岩变形情况进行监测，分析确定浅埋段隧道结构的稳定性，进而确定设计与施工方案的可行性。

1 苏亭隧道工程简介

苏亭隧道位于山西省左权县苏亭村，属于国道207山西段公路工程，设计长度384 m，采用一级公路设计，设计速度为60 km/h，设计宽度9.75 m，设计高度5.0 m。隧道所处区域降雨量较少，沿线未发现不良地质现象，山体坡度约50°～80°，基岩裸露面积较大。隧道最大埋深129.10 m，最小埋深为5.21 m，浅埋段位于隧道进出口段。隧址区地层主要由残积土、中、强风化石英砂岩组成，其中浅埋段主要为残积土和强风化石英砂岩，围岩较破碎，裂隙发育，完整性较差。经调查，隧道浅埋段LK11+616—LK11+640、LK11+968—LK12+000、K11+605—K11+632、K11+985—K12+005围岩级别为V级，开挖后容易产生塌方，自稳能力较差。

2 隧道浅埋段施工方案

2.1 隧道进、出口浅埋段稳定性评价

隧道左右线进口均为第四系覆盖层、震旦系串岭沟组强风化砂岩，围岩稳定性较差，长时间裸露会产生掉块或塌方现象。围岩等级均为V级，围岩较破碎，自稳能力差，开挖后洞内有点滴状或雨淋状出水，现场调查发现18条裂隙，经分析不会引起边坡滑动。

2.2 施工方案

结合隧道浅埋段围岩情况，在保证围岩和支护结构稳定性的前提下，制定浅埋段开挖和支护方案。超前支护采用30 m长管棚，钻孔后预埋108 mm导向管，管棚采用89 mm钢花管，预加工注浆孔，管棚布置环向间距40 cm。管棚安装后进行注浆，浆液采用水泥-水玻璃双液注浆，浆液固结后形成0.8～1 m的保护圈。洞口浅埋段开挖采用留核心土的弧形导坑法方式[2]，初期支护采用钢支撑+锚杆+钢筋网+喷射混凝土联合支护。开挖后及时施作初期支护，尽可能降低围岩裸露时间，防止产生掉块塌方事故。隧道开挖采用预裂爆破，施工过程中控制装药量，严格控制超挖，并尽量采用机械开挖。布置测点，严格按照《公路隧道施工技术规范》（JTGT 3660—2020）要求开展监控量测，收集整理数据分析围岩、支护结构、原地面的稳定性和安全性，做好动态施工管理。

3 隧道浅埋段监测方案

隧道浅埋段开挖施工前布置测点，分别在浅埋段施工和明洞回填施工过程中对地表下沉、拱顶下沉、周边位移和边坡变形情况进行监测，本文主要对地表下沉和边坡变形监测方案和监测结果进行重点分析。

3.1 地表下沉监测方案

在隧道浅埋段开挖前布置地表下沉测点，测点应与拱顶下沉和周边位移测点位于同一监测断面。各断面地表下沉测点横向间距为2～5 m，其中隧道中部较密，两侧间距较大，纵向间距根据《公路隧道施工技术规范》（JTGT 3660—2020），量测范围应超出隧道施工范围[3]。地表沉降在隧道开挖前开始量测，待二次衬砌施工完成，沉降变形趋于稳定后停止，测点布置如图1所示。

图1 隧道浅埋段地表下沉测点布置图（单位：cm）

3.2 隧道边坡监测方案

为了确定隧道进口边坡的沉降变形情况，保证边坡的安全稳定性，在隧道施工过程中布置测点进行边坡变形监测。通过监测，分析边坡的变形趋势，进行预测预报，保证施工安全。如发现边坡存在滑塌风险时，可及时制定措施进行防护，最大限度地降低危害。隧道边坡变形监测测点采用冲击钻钻孔埋设，布置间距为5～10 m，测点布置如图2所示。如果边坡上有明显的裂缝，应在裂缝宽度最大处和末端分别布置测点。平面和高程基准点应埋设在稳固的位置，确保基准点可以长期使用[4]。当边坡竖向位移变形速率超过3 mm/d时，应立即停工查明原因后制定方案进行加固处理。

图2 边坡变形监测点布置示意图

4 隧道浅埋段监测结果分析

4.1 地表下沉监测结果分析

4.1.1 地表浅埋段施工期间

在隧道进出口地表分别布置测点并开展监测，选取有代表性的4个监测断面的监测数据进行分析，绘制沉降量-时间变化曲线如图3所示。

图3 隧道浅埋段地表下沉沉降量-时间变化曲线

分析各监测断面地表下沉变化曲线，地表下沉呈现开挖支护施工早期变形速率较大，个别断面甚至出现了突变现象，初支仰拱施工完成封闭成环后变形逐步减小，并逐步趋于稳定。分析原因是由于隧道围岩开挖后破坏了原有的天然平衡，围岩应力释放，导致产生了较大变形，而初期支护结构封闭成环后有效控制了围岩变形，使地表下沉逐步趋于稳定。

4.1.2 明洞回填阶段地表沉降

在隧道明洞回填阶段，对地表下沉开展监测，选取隧道进出口4个测点部分监测数据作为研究对象，绘制沉降量-时间变化曲线如图4所示。

图4 明洞回填阶段地表下沉沉降量-时间变化曲线

分析图4地表沉降变化曲线，回填前期变化速率相对较快，后期逐步趋于平缓，且总体变形量不大，曲线总体变化较稳定，没有出现突变现象。分析原因是由于隧道已完工，隧道进出口浅埋段变形基本稳定，虽然受明洞回填施工扰动产生了一定的沉降变形，但总体变形量不大，说明隧道结构处于稳定状态。

4.2 边坡变形监测结果分析

4.2.1 边坡浅埋段施工期间

隧道浅埋段施工前先进行边坡开挖与防护，坡面防护采用锚杆钢筋网喷射混凝土。浅埋段开挖前，在边坡上部布置测点，并采集初始值。在浅埋段开挖施工过程中，选取隧道进口4个测点部分监测数据作为研究对象，绘制各测点累积沉降量-时间变化曲线如图5所示。

图5 隧道边坡累积沉降量-时间变化曲线

分析图5所示隧道边坡累积沉降量变化曲线，在隧道开挖前期变形速率较大，并出现了突变现象，后期逐步趋于稳定。分析原因是由于施工初期受开挖、支护等施工扰动较大，隧道浅埋段围岩变形也较大造成的。后期隧道初期支护结构施工完成，围岩变形得到了有效控制，边坡变形也逐步趋于稳定，累积沉降量稳定在30 mm左右。此外，监测过程中未发现边坡出现裂缝、沉陷等，这也说明隧道边坡稳定性良好，边坡防护结构有效加固了坡体。

4.2.2 明洞回填阶段边坡变形

在明洞回填阶段，对隧道边坡变形情况进行监测，选取位于洞口等不利位置的4个测点部分监测数据作为研究对象，绘制累积沉降量-时间变化曲线如图6所示。

图6 明洞回填阶段边坡累积沉降量-时间变化曲线

分析图6所示边坡累积沉降量变化曲线，在回填阶段边坡各测点变形稳定，累积变形量较小，监测后期沉降变形基本稳定，说明边坡处于稳定状态。

另外，在隧道浅埋段施工期间，拱顶下沉和周边位移监测也呈现前期大、后期变形下降并逐步趋缓的变化趋势，隧道围岩和支护结构也达到了稳定的状态。在明洞回填阶段，隧道拱顶出现了较小的竖向变形，周边位移变形量也较小，隧道支护结构稳定。总之，通过监测分析，隧道围岩和支护结构均处于稳定状态，说明隧道浅埋段支护参数设计合理，可以保证结构稳定和施工安全。

5 结语

苏亭隧道施工过程中，为验证隧道边坡和浅埋段支护施工方案的可行性，布置测点对围岩和边坡的变形情况进行监测，分析监测结果得出以下结论：

a）在隧道浅埋段施工初期，地表下沉和边坡沉降量均较大，后期逐步趋于平缓，达到了稳定状态。

b）在隧道明洞回填阶段，地表下沉和边坡累积沉降变形量均较小，说明浅埋段和边坡支护结构可有效控制变形，起到了明显的加固作用，隧道浅埋段和边坡处于稳定状态。

c）结合隧道浅埋段施工和明洞回填阶段隧道拱顶下沉和周边位移监测结果，均呈现开挖后沉降量较大，后期逐步趋于平缓的趋势，说明隧道支护参数可有效控制围岩变形，达到了预期的加固效果，隧道浅埋段施工方案可行。