【摘 要】以砼表面應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)噴射砼表面應(yīng)變?yōu)槭侄?，?duì)某隧道開(kāi)展初支應(yīng)力、二襯應(yīng)力監(jiān)測(cè)，獲得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)間曲線圖。通過(guò)對(duì)砼表面裂縫采用高強(qiáng)度粘結(jié)劑加固，其圍巖拱頂壓應(yīng)力值降為原二襯應(yīng)力值的40%，表面再鋪以碳纖維加固，拱頂壓應(yīng)力再降25%，監(jiān)測(cè)分析可得支護(hù)承載能力有較大提高，應(yīng)力場(chǎng)最終趨于穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】應(yīng)力監(jiān)測(cè)；裂縫；支護(hù)施工；壓應(yīng)力

0.引言

監(jiān)測(cè)初期支護(hù)噴射混凝土表面應(yīng)變，掌握隧道開(kāi)挖過(guò)程中，時(shí)空效應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)噴射混凝土受力的影響。對(duì)施工力學(xué)的研究有著重要的作用，并能為施工過(guò)程中初期支護(hù)的安全性可靠性提供判斷依據(jù)。結(jié)合某隧道支護(hù)施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)，分析監(jiān)測(cè)斷面初期支護(hù)應(yīng)力時(shí)間曲線和二襯應(yīng)力時(shí)間曲線圖，確定圍巖變化情況、支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀況以及它們之間的相互作用情況，建立對(duì)圍巖支護(hù)全過(guò)程的穩(wěn)定性分析，判斷隧道支護(hù)施工方法的合理性，指導(dǎo)安全施工。

1.工程概況

該隧道洞身橫穿舌狀丘陵的鞍部，舌狀丘陵兩側(cè)地形起伏較大。隧道左洞最大埋深73.7m，位于ZK106+160處；隧道右洞最大埋深77.3m，位于YK106+160處。山體自然坡度30°～40°，地形起伏較大，地面高程變化在503.7～547.3m之間。設(shè)計(jì)為雙洞單向交通隧道，左線隧道起訖樁號(hào)為ZK106+940～ZK107+410，全長(zhǎng)470m；右線隧道起訖樁號(hào)為YK106+885～YK107+395，全長(zhǎng)510m。隧道左洞采用2.8%單向下坡，右洞采用3%單向下坡。隧道主要由卵石土、碎石土等堆積體組成，為Ⅴ級(jí)圍巖隧道，地下水及其豐富，洞頂靜水壓力達(dá)36m高，隧道土體在遇水后呈軟塑狀，自穩(wěn)能力差，施工中多次出現(xiàn)初期支護(hù)沉降、變形現(xiàn)象，造成初期支護(hù)開(kāi)裂和拱架侵限等情況，且左洞存在嚴(yán)重偏壓。

2.應(yīng)力監(jiān)測(cè)及結(jié)果分析

2.1 監(jiān)測(cè)工作布置

為準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)預(yù)期支護(hù)效果，應(yīng)力監(jiān)測(cè)主要分析初支應(yīng)力、二襯應(yīng)力監(jiān)測(cè)成果。初支噴射混凝土應(yīng)力監(jiān)測(cè)，是初期支護(hù)的主要組成部分，在隧道施工作有著極為廣泛的應(yīng)用。在每個(gè)噴射混凝土量測(cè)斷面布置3～5個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)1個(gè)噴射混凝土表面應(yīng)變計(jì)，二次襯砌應(yīng)力監(jiān)測(cè)，每個(gè)代表性的地段布置一個(gè)量測(cè)斷面，每個(gè)量測(cè)斷面布設(shè)3～5個(gè)測(cè)點(diǎn)。采用混凝土表面應(yīng)變計(jì)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)內(nèi)外側(cè)各布置1個(gè)應(yīng)變計(jì)。

2.2初支監(jiān)控成果分析

ZK107+295監(jiān)測(cè)斷面，拱頂壓應(yīng)力較大，左、右拱腰和拱肩監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓應(yīng)力相差不大，曲線之間近似平行，受力較為均衡。在監(jiān)測(cè)時(shí)間16d后，曲線明顯出現(xiàn)拐點(diǎn)，斜率降低，趨于水平，應(yīng)力值保持在0.7MPa～0.8MPa之間。分析認(rèn)為：隨著隧道開(kāi)挖初期，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓應(yīng)力增長(zhǎng)明顯加快，16d以后圍巖受力趨于穩(wěn)定，表明圍巖與混凝土初襯間粘接緊密，初期支護(hù)達(dá)到了較好的穩(wěn)定效果。

YK160+950監(jiān)測(cè)斷面，右拱肩處的壓應(yīng)力最大，左拱腰處在監(jiān)測(cè)初期出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，最大值達(dá)-6MPa，分析認(rèn)為：該截面右邊圍巖明顯偏壓，應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生明顯變化，由于初期支護(hù)的進(jìn)行，拉應(yīng)力有所降低，但左、右拱腰處均保持均受拉，而左右拱肩、拱頂均保持受壓之勢(shì)，該截面最不穩(wěn)定，變形大，且出現(xiàn)6mm左右的裂縫，小于安全系數(shù)，應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)二襯支護(hù)，以穩(wěn)定應(yīng)力量值，控制初支變形。

2.3二襯應(yīng)力監(jiān)控成果分析

ZK107+295二襯應(yīng)力監(jiān)測(cè)斷面中大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值較小，且分布均勻。右拱腳、右拱腰內(nèi)側(cè)的壓力值明顯大于其它各點(diǎn)的壓力值。分析認(rèn)為：右側(cè)內(nèi)側(cè)的壓力凸顯，是由于隧道整個(gè)右側(cè)收到巖層的偏壓，在二襯支護(hù)內(nèi)側(cè)表面出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巡查，發(fā)現(xiàn)確實(shí)在該段右側(cè)截面出現(xiàn)了少許細(xì)微裂縫，但該應(yīng)力集中并不影響圍巖的穩(wěn)定性。

ZK106+950二襯應(yīng)力監(jiān)測(cè)斷面中未出現(xiàn)初期支護(hù)中的拉應(yīng)力，左拱腰和右拱腰處已處于壓應(yīng)力狀態(tài)，在二襯支護(hù)監(jiān)測(cè)初期，壓力值趨于穩(wěn)定值的75%以上，基本未出現(xiàn)初期支護(hù)受偏壓情況的發(fā)生。表明圍巖受力變形較穩(wěn)定時(shí)間為一個(gè)月左右，隨著二襯支護(hù)的完工和開(kāi)挖面的延伸，其應(yīng)力變化值較小，圍巖從欠穩(wěn)定狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)為穩(wěn)定，由此可得二襯支護(hù)為圍巖穩(wěn)定儲(chǔ)備了一定的安全性。但拱頂與左拱腰處監(jiān)測(cè)數(shù)值與其它監(jiān)測(cè)點(diǎn)差值較大，圍巖受力并未完全平衡，由于二襯支護(hù)中裂縫的出現(xiàn)，其圍巖二襯承載力有所削弱，但處于可控狀態(tài)。

3.二襯裂縫處理分析

根據(jù)在ZK106+950處二襯應(yīng)力監(jiān)測(cè)中，得到圍巖因二襯支護(hù)裂縫的出現(xiàn)，其應(yīng)力平衡得到了較大削弱，拱頂壓應(yīng)力為6.5MPa，與平均壓應(yīng)力之間相差4MPa，支護(hù)承載力降低。左洞襯砌混凝土中出現(xiàn)了5道不同寬度的縱向裂縫，在后續(xù)施工中，裂縫不斷向前發(fā)展，直至ZK107+030位置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，在該處設(shè)置了施工縫，并進(jìn)行了注漿加固處理，裂縫最終在該處停止向前發(fā)育，裂縫總長(zhǎng)達(dá)至80m。由于左洞受到外部堆積體的嚴(yán)重偏壓，裂縫寬度一直在不斷加大，通過(guò)對(duì)洞內(nèi)設(shè)置壓力注漿錨桿、偏壓位置設(shè)置樹(shù)根樁、地表采取深孔壓漿等措施，裂縫寬度得到了有效的抑制，最終裂縫寬度為6.0mm左右。

根據(jù)裂縫寬度發(fā)育情況，決定引用注膠加固方法對(duì)裂縫進(jìn)行處理，在二襯表面裂縫中注入高強(qiáng)度粘結(jié)劑和二襯混凝土進(jìn)行充分的粘接，然后養(yǎng)護(hù)混凝土到一定強(qiáng)度后，表面粘結(jié)劑上再輔以碳纖維布進(jìn)行加固。在整個(gè)加固實(shí)施過(guò)程中，對(duì)該效果進(jìn)行了一年多的應(yīng)力監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)斷面為ZK106+950處，監(jiān)測(cè)時(shí)間曲線圖見(jiàn)圖1：

圖1 ZK106+950斷面二襯應(yīng)力—時(shí)間曲線

從圖中可以看出，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)處數(shù)值相差較小，曲線變化平緩，應(yīng)力值在0～2.5MPa之間，壓應(yīng)力降低，受力均衡穩(wěn)定，拱頂處在注膠加固時(shí)段，應(yīng)力值保持在2.0MPa～2.4MPa之間，粘貼碳纖維布后，應(yīng)力值降至0.5MPa左右。計(jì)算得出混凝土表面裂縫進(jìn)行注膠加固后，其圍巖拱頂壓應(yīng)力值降為原二襯應(yīng)力值的40%，表面鋪以碳纖維加固后，拱頂壓應(yīng)力再降25%，且該處結(jié)構(gòu)層中應(yīng)力趨于穩(wěn)定狀態(tài)。因此可以得出，二襯承載能力在通過(guò)粘貼碳纖維布處理后得到了較大的提升，取得了理想的加固效果。

4.結(jié)論

（1）在隧道支護(hù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力值變化很大時(shí)，及時(shí)采取輔助措施進(jìn)行加固處理，圍巖壓力變化基本穩(wěn)定，得知該隧道的開(kāi)挖方式及結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)比較合理。

（2）注膠加固砼裂縫是一種新技術(shù)，將砼強(qiáng)度恢復(fù)一定值后，表面再輔以碳纖維加固，可將強(qiáng)度再次提高，通過(guò)應(yīng)力監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，完全能滿足圍巖正常穩(wěn)定。

（3）應(yīng)力監(jiān)測(cè)保證了隧道開(kāi)挖的安全順利進(jìn)行，避免了圍巖安全事故的發(fā)生，取得了理想的經(jīng)濟(jì)效益。

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