下伏公路隧道施工对上覆引水隧洞稳定性的影响分析

胡卫军 卢继指 周祥 宋伟

作者简介：胡卫军（1989—），硕士，工程师，主要从事交通岩土工程勘察与设计、岩土专项施工管理工作。

为分析广西某下伏高速公路隧道施工对上覆引水隧洞稳定性的影响，文章采用空心包体应力解除法对上覆引水隧洞在下伏公路隧道施工前后进行地应力测试，并对上覆引水隧洞围岩松动圈范围进行现场实测分析。结果表明，该隧址区围岩应力以构造应力为主，在下伏公路隧道施工后，上覆引水隧洞围岩的最大主应力下降3.08%；同时，引水隧洞左侧墙测点处围岩的最大位移由8.9 mm增加到9.2 mm，右侧墙测点处围岩的最大位移由4.9 mm增加到5.2 mm。故下伏隧道施工对上覆引水隧洞的影响较小，引水隧洞处于稳定状态。

公路隧道；引水隧洞；地应力；空心包体应力解除法；围岩松动圈

U456.3A511802

0 引言

公路隧道的布置常受地质条件和社会环境等因素限制，影响隧道稳定性的因素较多，主要包括隧道的埋深、支护结构形式和邻近隧道的施工扰动等。大量工程实践证明：隧道稳定性受邻近隧道施工扰动影响较大，其中，下伏隧道施工对上覆隧道稳定性的影响一直是工程建设中的热点问题［1］。研究表明，下伏隧道施工过程中，上覆隧道稳定性不仅与隧道的空间位置相关，也受到地应力影响［2］。随着隧道埋深的增加，地应力对隧道的破坏也会更加显著。在实际工程中，常采用对邻近隧道进行地应力监测的手段来评价隧道施工对邻近隧道的稳定性影响。另外，对邻近隧道围岩松动圈范围进行监测，也是评价隧道施工对邻近隧道稳定性影响的一种常规手段。因此，掌握下伏隧道施工前后上覆隧道地应力和围岩松动圈范围的变化，对于评价上覆隧道的稳定性具有重要意义。

本文以广西某高速公路隧道工程为研究背景，通过对上覆引水隧洞在下伏公路隧道施工前后地应力和围岩松动圈的范围进行实测，分析下伏公路隧道施工对上覆引水隧洞稳定性的影响，为今后类似工程提供参考。

1 研究背景及研究区域概况

广西某高速公路隧道区属构造-剥蚀中低山地貌，山体连绵起伏，地形起伏较大，隧道长约4.5 km，最大埋深约为668 m，为典型的山区深埋特长高速公路隧道。在隧道埋深440 m处，上覆一条引水隧洞，引水隧洞断面为直墙半圆拱型，底板距公路隧道顶板约66 m，其走向与公路隧道走向近似呈正交关系。根据地质勘察资料，公路隧道位于泥质砂岩层内，引水隧洞位于细砂岩岩层内，两者的空间位置及地层岩性情况如图1所示。

2 引水隧洞围岩应力分析

2.1 测点布置方案

目前，地应力测试方法分为直接测试法与间接测试法，直接测试法有扁千斤顶法、水压致裂法、套筒致裂法、声发射法［3］等；间接测试法有应力和应变解除法等。结合本次地应力测试精度等相关要求，采用空心包体应力解除法［4-5］对引水隧洞在下伏公路隧道施工前后各进行了6次地应力测试。依据地应力测试测点布置原则［6］，测点布置在引水隧洞中，具体布置方案如图2所示。其中Q、H分别表示在下伏公路隧道施工前、后的测点。

2.2 测试原理

空心包体应力解除法是地应力测试常用的间接测试法之一，具有在单孔中通过一次套芯得到三维应力状态的优点。空心包体应变计是该测试方法中最重要的元

件，其结构如图3所示。在钻机将含有空心包体应变计的岩芯取出的过程中，布置在应变计中的应变片能准确地测出应力解除过程中由于岩芯弹性变形引起的应变，然后通过应变量反算出原始地应力的大小和方向，具体反算原理见文献［7］。

2.3 测试结果分析

经现场测试，共得到12组应变解除曲线，限于文章篇幅，仅给出H5测点的应变解除曲线，如图4所示。

将现场所取岩芯带回实验室进行围岩率定试验，求解出岩体的弹性模量及泊松比（具体求解原理见文献［8］），后将实测应变值、岩体的弹性模量和泊松比代入该文献原理公式中进行计算，求出各测点地应力测试结果（见表1）。

分析表1可知，各测点处第一和第三主应力方向为近水平方向，第二主应力方向为近垂直方向。在下伏公路隧道施工前，最大主应力约为13.33 MPa，测点处围岩自重应力约为9.27 MPa，围岩最大主应力是围岩自重应力的1.43倍左右，说明该隧址区围岩应力以构造应力为主。在下伏公路隧道施工后，最大主应力平均值变为12.92 MPa，与下伏公路隧道施工前相比下降3.08%，地应力变化较小，表明公路隧道施工对引水隧洞影响较小。

3 围岩变形分析

3.1 监测方案

围岩的稳定性与围岩状态密切相关，围岩松动圈的演化规律直接反映了围岩从变形破坏至稳定的全过程［9］。为实时掌握引水隧洞围岩的稳定性，在引水隧洞两侧墙预埋多点位移计（见图5）［10］，通过多点式位移计实时监测围岩松动圈范围及围岩松动位移的变化情况。

3.2 监测结果分析

为进一步分析下伏公路隧道施工对上覆引水隧洞的影响，选取下伏公路隧道施工前和施工后3个月的监

测数据进行对比分析，如后页表2所示。

分析表2可知，在下伏公路隧道施工时，由于施工扰动和复杂应力的作用，引水隧洞围岩松动范围增大。左、右侧墙围岩松动范围均由5 m增加到6 m；同时，位移计测得的围岩位移数值均变大。在下伏公路隧道施工后，左侧墙测点处围岩的最大位移由8.9 mm增加到9.2 mm，右侧墙测点处围岩的最大位移由4.9 mm增加到5.2 mm，分别增长3.37%和6.12%。由于左侧墙围岩距离公路隧道更近，受到的施工扰动更大，在围岩应力重分布的过程中，左侧墙围岩的变形大于右侧墙，但围岩变形均较小，故下伏公路隧道的施工对上覆引水隧道影响不大，引水隧道安全可靠。

4 结语

通过对上覆引水隧洞在下伏公路隧道施工前后的地应力和围岩松动圈进行现场实测和分析，得出以下结论：

（1）各测点处第一和第三主应力方向为近水平方向，第二主应力方向为近垂直方向。在下伏公路隧道施工前，最大主应力约为13.33 MPa，测点处围岩自重应力约为9.27 MPa，围岩最大主应力是围岩自重应力的1.43倍左右，说明该隧址区围岩应力以构造应力为主。

（2）在下伏公路隧道施工时，由于施工扰动和复杂应力的作用，引水隧洞围岩松动范围和围岩位移增大，左侧墙测点处围岩的最大位移由8.9 mm增加到9.2 mm，右侧墙测点处围岩的最大位移由4.9 mm增加到5.2 mm，分别增长3.37%和6.12%。

（3）综合分析可知，在公路隧道施工过程中，引水隧洞围岩松动圈范围增加，地应力减小，但是变化范围均较小，说明公路隧道的施工对引水隧洞影响较小，引水隧洞处于稳定状态。

参考文献

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［10］柳厚祥，方风华.预埋式多点位移计现场确定围岩松动圈的方法研究［J］.矿冶工程，2006，26（1）：1-4.