地铁隧道围岩监测及变形规律研究

摘 要：为分析某地铁隧道大断面隧道围岩的变形规律，本研究以某地铁工程隧道为研究对象，采用进行现场监测方式，分析该隧道工程的变形及受力情况，得出以下结论：在监测的前期，拱顶沉降的增长趋势显著，当监测时间大于30d时，拱顶沉降变化趋势逐渐趋于平缓，分析原因是当30d时，隧道处于二次衬砌浇筑，说明衬砌结构可抑制隧道围岩的变形。在同一监测位置下，FC3的周边收敛变形大于FC2，不同位置的周边收敛变形具有一定的差异性，其中，监测点C1与其他监测点的周边收敛变形差异显著，说明FC2段与FC3段的周边收敛变形主要集中于围岩上部。隧道的跨度与其围岩变形间呈正相关关系，本研究采用的支护方案效果较好，各测点的变形及沉降均在规范限值内。

关键词：大断面隧道；围岩变形；拱顶沉降；周边收敛变形

中图分类号：U 451 " " 文献标志码：A

大断面隧道施工过程及受力情况复杂，其围岩的变形情况对其施工过程的稳定性及安全性至关重要，许多专家学者针对隧道围岩变形进行相关研究。侯俊敏等[1]以某大断面隧道为研究对象，对其隧道建设过程的围岩变形进行监测，分析其围岩变形机理及破坏形态，结果表明，该隧道的围岩变形及沉降具有一定的时序特征。魏启明等[2]以某巷道隧道为研究对象，建立其数值模拟模型，分析巷道围岩的位移及受力情况，并将其数值模拟结果与现场监测结果进行对比，结果表明，在施工过程中，巷道围岩的变形趋势较为显著。康天慧等[3]基于数值模拟和现场监测，以某巷道为研究对象，分析该巷道围岩的破坏机理，研究支护措施对其变形的抑制作用，结果表明，该研究提出的新型支护结构的加固效果良好。潘子叶[4]建立某隧道有限元模型，分析不同施工方案的隧道围岩的变形规律。结果表明，锚杆和喷射混凝土可提高隧道围岩的稳定性。王瑞林[5]以某隧道工程为研究对象，分析围岩变形的机理及其应力分布特征，结果表明，隧道围岩变形主要集中于其上部。本研究以某地铁工程隧道为研究对象，对其沉降及其受力情况进行监测，分析不同施工段的围岩变形及受力情况，得出地铁隧道大断面隧道围岩的变形规律。

1 工程概况

本研究以某地铁工程隧道为研究对象，隧道左洞口采用削竹式洞门，隧道内轮廓采用标准断面，拱部采用R=840cm的半圆，边墙为R=505cm的大半径圆弧仰拱与侧墙间用半径R=200cm的小半径圆弧连接，仰拱半径R=2200cm，IV级V级围岩采用C30钢筋混凝土衬砌，III级围岩采用C30混凝土衬砌。主洞路面宽度13m，拱顶净空高度8.0 m，拱顶净空高8.789 m，隧道内纵坡-0.789 %。该隧道加宽段支护参数见表1。

2 大断面隧道围岩变形监测

为分析该隧道工程的变形及受力情况，须对其沉降及所受的轴力及压力进行监测。由于不同施工段的跨度不同，因此须分别对FC2、FC3与FC4、FC5进行监测。其中，FC2、FC3段分别在其围岩拱顶设置监测点测量其拱顶沉降，距离围岩底部3.5m、6.5m、9.5m处设置监测点测量其周边收敛变形，分别为C1、C2、C3；FC4、FC5段分别在围岩拱顶设置监测点测量其拱顶沉降，距离围岩底部6.5m、10.5m处两侧设置监测点测量其周边收敛变形，分别为ZC1、ZC2、YC1、YC2。监测方案如图1、图2所示。

3 结果分析

FC2段与FC3段的监测时间-拱顶沉降曲线如图3所示。由图3可知，随着监测时间的延长，围岩的拱顶沉降逐渐增大，且不同施工段的拱顶沉降曲线差异明显，其中，FC3段的拱顶沉降变大，FC2段的拱顶沉降较小。对FC2来说，不同断面的拱顶沉降具有一定的差异性。在监测的前期，拱顶沉降的增长趋势显著，当监测时间大于30d时，拱顶沉降变化趋势逐渐趋于平缓，当监测时间大于30d时，隧道处于二次衬砌浇筑，说明衬砌结构可抑制隧道围岩的变形。当时间大于40d时，FC2段与FC3段的拱顶沉降值逐渐趋于稳定，其平均拱顶沉降量分别为5.2mm、9.1mm，根据隧道施工技术规范可得[6]，隧道工程的最终沉降量须小于50mm，本研究监测得出的沉降量远小于规范规定的限值，说明该隧道工程的围岩支护效果较好。

FC4段与FC5段的监测时间-拱顶沉降曲线如图4所示。由图可知，监测时间与沉降值间呈正相关关系，当监测时间为0d时，左导洞开挖，此时FC4-左导洞及FC5-左导洞拱顶开始发生沉降，FC4段、FC5段左导洞的最终沉降为7.2mm、8.1mm；当监测时间为12d时，右导洞开挖，此时FC4-右导洞及FC5-右导洞拱顶开始发生沉降，FC4段、FC5段右导洞的最终沉降为9.2mm、9.5mm；当监测时间为32d时，右导洞开挖，此时FC4-中导洞及FC5-中导洞拱顶开始发生沉降，FC4段、FC5段中导洞的最终沉降为2.5mm、4.9mm；当监测时间为52d时，开始进行二次衬砌浇筑，此时左导洞、右导洞、中导洞的监测时间-拱顶沉降曲线逐渐趋于平缓，说明衬砌结构可抑制FC4段、FC5段围岩的变形。对比不同施工段的拱顶沉降可得，FC4、FC5段左导洞及右导洞的拱顶沉降差异并不明显，FC4、FC5段中导洞的拱顶沉降差异较为明显，且FC段的拱顶沉降小于FC5段。

FC2段与FC3段的周边收敛变形（沉降）曲线如图5所示。随着监测时间的延长，FC2段与FC3段的周边收敛变形逐渐变大。其中，FC3-C1的周边收敛变形最大，FC2-C2的周边收敛变形最小。对比不同施工段的周边收敛变形可得，在同一监测位置下，FC3的周边收敛变形大于FC2，与以上2种施工段的拱顶沉降变化具有一致性。不同位置的周边收敛变形具有一定的差异性，其中，监测点C1与其他监测点的周边收敛变形差异显著，说明FC2段与FC3段的周边收敛变形主要集中于围岩上部。当监测时间大于32d时，各施工段的周边收敛变形变化逐渐趋于平缓，其最大周边收敛变形为8.6mm，此时隧道正在进行二次衬砌浇筑，说明衬砌结构能有效抑制隧道围岩的周边收敛变形。

FC4段与FC5段的周边收敛变形曲线如图6所示。由图可知，FC4段与FC5段的周边收敛变形与监测时间呈正相关关系，其中，FC5-ZC1的周边收敛变形最大，其最大值为10.6mm，FC5-YC1的周边收敛变形最小，其最大值为2.3mm。对比围岩左右两侧的周边收敛变形可得，位于围岩左侧的周边收敛值均大于位于围岩右侧的周边收敛值，说明围岩的周边收敛主要集中于其左侧。在监测的前期，隧道右导洞、中导洞开挖，此时FC4、FC5段的周边收敛曲线增长趋势显著，当监测时间大于32 d时，隧道进行仰拱浇筑，FC4段与FC5段的周边收敛变形增长趋势减缓，当检测时间大于52 d时，隧道进行二次衬砌浇筑，此时FC4段与FC5段各测点的周边收敛值变化趋势逐渐趋于平缓，说明采用仰拱浇筑及二次衬砌浇筑可有效抑制围岩的周边收敛变形。综上所述，隧道的跨度与其围岩变形间呈正相关关系，且本研究采用的支护方案效果较好，各测点的变形及沉降均在规范限值内。

4 结论

本研究以某地铁工程隧道为研究对象，对其沉降及其受力情况进行监测，分析不同施工段的围岩变形及受力情况，得出以下3个结论。1）当时间大于40 d时，FC2段与FC3段的拱顶沉降值逐渐趋于稳定，其平均拱顶沉降量分别为5.2mm、9.1mm，根据公路隧道施工技术规范可得，隧道工程的最终沉降量须小于50 mm，本研究检测得出的沉降量远小于规范规定的限值，说明该隧道工程的围岩支护效果较好。2）当监测时间大于32 d时，各施工段的周边收敛变形变化逐渐趋于平缓，其最大周边收敛变形为8.6 mm，此时隧道正在进行二次衬砌浇筑，说明衬砌结构能有效抑制隧道围岩的周边收敛变形。3）FC4段与FC5段的周边收敛变形与监测时间呈正相关关系，其中FC5-ZC1的周边收敛变形最大，其最大值为10.6 mm，FC5-YC1的周边收敛变形最小，其最大值为2.3 mm。隧道的跨度与其围岩变形间呈正相关关系，且本研究采用的支护方案效果较好，各测点的变形及沉降均在规范限值之内。

参考文献

[1]侯俊敏，薛召杰.隧道洞口段软弱围岩变形特征及机理分析[J].山西建筑，2023，49（7）：168-171.

[2]魏启明，赵俊杰，王虎，等.小煤柱巷道围岩变形的力学机理及演化过程研究[J].中国安全生产科学技术，2023，19（3）：73-78.

[3]康天慧，韩进东，孙传保，等.深部动压巷道围岩变形破坏机理与控制技术研究[J].煤炭技术，2023，42（3）：96-100.

[4]潘子叶.偏压小净距公路隧道施工围岩变形破坏规律研究[J].粉煤灰综合利用，2022，36（6）：22-27，34.

[5]王瑞林.变质岩片区山岭隧道围岩变形破坏机理研究[J].工程与建设，2022，36（6）：1570-1572.

[6]中交一公局集团有限公司.公路隧道施工技术规范：JTG/T 3660—2020[S].北京：人民交通出版社，2020：20-25.