王學(xué)增

(中交一公局橋隧工程有限公司，河北高碑店074000)

昌寧高速石馬隧道圍巖穩(wěn)定性分析

王學(xué)增*

(中交一公局橋隧工程有限公司，河北高碑店074000)

以江西昌寧高速石馬隧道為例，采用現(xiàn)場監(jiān)控量測和數(shù)值計算的方法，分析評價了該隧道在施工全過程的圍巖穩(wěn)定性情況。分析結(jié)果表明設(shè)計方案實際可行，現(xiàn)場隧道實際變形量較小，硐室安全穩(wěn)定。

隧道；監(jiān)控測量；數(shù)值模擬；穩(wěn)定性

1 工程概況

南昌至寧都高速公路岡上至寧都段是起于南昌縣岡上鎮(zhèn)境內(nèi)的滬昆高速公路上，經(jīng)南昌縣、豐城市、樂安縣、永豐縣，終于寧都縣賴村鎮(zhèn)境內(nèi)的泉南高速公路上，路線全長248.601km。石馬隧道為一分離式隧道，其起止樁號為ZK175＋035～ZK178＋195，隧道長度為3160m，凈空寬×高為10.75m×5m，該隧道屬于公路特長隧道。進(jìn)洞口左線設(shè)計標(biāo)高302.019m，右線設(shè)計標(biāo)高302.132m，隧道洞軸線走向大致為南至北走向。

2 施工方案

隧道洞身圍巖主要為Ⅳ級圍巖，采用超前錨桿預(yù)注漿預(yù)加固，開挖施工采用中長臺階法，盡量采用人工配合挖機開挖，每循環(huán)進(jìn)尺控制在2m以內(nèi)（破碎帶及淺埋段每循環(huán)進(jìn)尺控制在1.4m以內(nèi)）。臺階長度控制在15～30m，裝載機配合大型運輸車裝渣運輸。施工順序：上半斷面開挖→上半斷面支護→下半斷面開挖→下半斷面支護→仰拱、填充→拱墻襯砌。

隧道開挖分為上臺階、下臺階、仰拱3個部分分部開挖：上臺階長度15～30m，每循環(huán)進(jìn)尺不超過2榀鋼架間距；仰拱每次開挖及支護不超過6m，每組仰拱填充砼澆筑長度12m，仰拱距掌子面距離不大于50m，襯砌距掌子面距離不大于90m。上臺階開挖，開挖作業(yè)高度5.0m，裝載機裝渣，人工搭設(shè)簡易操作平臺，鉆眼、裝藥、引爆，每循環(huán)進(jìn)尺2m左右，開挖一環(huán)后立即噴混凝土3～5cm，及時按設(shè)計要求打錨桿，掛網(wǎng)、安裝鋼支撐，并打設(shè)鎖腳錨桿進(jìn)行固定。鋼支撐懸空或者底部不密實時，在底部安裝砼墊塊。利用上臺階挖掘機扒渣及安裝鋼支撐、鋼筋網(wǎng)時間同步在下臺階采用裝載機配合自卸汽車出渣，出渣完畢后立即噴混凝土3～5cm，及時按設(shè)計要求打錨桿，掛網(wǎng)、安裝鋼支撐，并打設(shè)鎖腳錨桿進(jìn)行固定。上下臺階同時噴射砼封閉。開挖仰拱，每循環(huán)進(jìn)尺不大于6m，施作初期支護，仰拱砼澆筑每模長度6m，仰拱施工期間通過棧橋保持通行。

3 數(shù)值模擬

3.1 計算模型

有限元模型區(qū)域取約5倍洞徑范圍，區(qū)域高60.0m、寬130.0m，其中隧道位于模型區(qū)域中心，有限元計算按照平面應(yīng)變問題進(jìn)行分析，計算單元采用四邊形及三角形單元，計算模型共有單元5072個、節(jié)點7791個，其中隧道開挖區(qū)域單元720個，節(jié)點1083個，計算模型左、右邊界和下邊界施加豎直方向和水平方向的約束。

3.2 有限元計算結(jié)果

圖1是隧道下臺階開挖后圍巖位移場等值線云圖，其中豎向位移向上為正，向下為負(fù)，水平位移向左為正，向右為負(fù)，位移單位為米。

由圖1可見，拱頂最大沉降量為6mm，同時拱底向上抬升，其最大位移值為3mm，而隧道周邊圍巖水平位移的總體趨勢為使隧道徑向收斂，但位移量較小。隧道開挖后，由于圍巖應(yīng)力重新分布，在圍巖局部應(yīng)力集中的區(qū)域會造成圍巖剪切破壞或拉伸破壞。隧道周邊圍巖在開挖后，拱腳附近的圍巖處于塑性狀態(tài)，呈現(xiàn)剪切破壞。通過塑性圖可知隧道此斷面處圍巖的自穩(wěn)性較差，開挖后應(yīng)及時進(jìn)行支護。

4 現(xiàn)場監(jiān)控量測

為驗證上述理論計算結(jié)果的正確性，對石馬隧道的圍巖變形情況進(jìn)行了長期的監(jiān)控量測，拱頂沉降監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)儀，凈空收斂監(jiān)測采用收斂尺。圖2為石馬隧道ZK175+900處拱頂沉降和凈空收斂監(jiān)測結(jié)果。

圖1 隧道開挖后的豎向位移（m）

圖2 拱頂沉降和凈空收斂監(jiān)測結(jié)果

從圖2可以看出，隧道開挖后拱頂發(fā)生沉降，在25d左右變化穩(wěn)定，最終沉降量為7.5mm，凈空收斂在10d左右穩(wěn)定，收斂值為3～5mm。

5 結(jié)論

（1）江西昌寧高速石馬隧道，隧道洞身圍巖條件較差，主要以Ⅳ級圍巖，設(shè)計采用超前錨桿預(yù)注漿加固，開挖施工采用中長臺階法。數(shù)值計算表明，隧道豎向位移和水平向位移較小，隧道開挖后拱腳附近的圍巖處于塑性狀態(tài)，呈剪切破壞。現(xiàn)場監(jiān)控量測表明數(shù)據(jù)前期變化較大，后期不斷穩(wěn)定，隧道總體變化量較小。

（2）隧道總體上處于穩(wěn)定狀態(tài)，設(shè)計方案實際可行，但開挖后應(yīng)及時支護，防止塑性區(qū)持續(xù)發(fā)展，造成硐室失穩(wěn)。

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U452.12

A

1004-5716(2015)12-0163-02

2014-12-13

2014-12-17

王學(xué)增（1986-），男（漢族），山東聊城人，助理工程師，現(xiàn)從事公路工程施工工作。