談 識(shí)， 丁文其， 劉 誠(chéng)， 劉 挺， 郭洪雨

(1. 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院地下建筑與工程系， 上海 200092；2. 同濟(jì)大學(xué)巖土及地下工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200092； 3. 寧波市高等級(jí)公路建設(shè)指揮部，浙江 寧波 315192； 4. 浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 浙江 杭州 310006)

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基于巖土控制變形工法的公路隧道施工變形分析
——以野豬山隧道為例

談 識(shí)1, 2， 丁文其1, 2， 劉 誠(chéng)1, 2， 劉 挺3， 郭洪雨4

(1. 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院地下建筑與工程系， 上海 200092；2. 同濟(jì)大學(xué)巖土及地下工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200092； 3. 寧波市高等級(jí)公路建設(shè)指揮部，浙江 寧波 315192； 4. 浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 浙江 杭州 310006)

寧波野豬山公路隧道右線出口段埋深淺、圍巖差，采用巖土控制變形工法施工。該工法在我國(guó)公路隧道施工中幾乎未有使用。本文通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，得出： 1)隧道地表沉降的開挖空間效應(yīng)約為0.6倍跨徑，并據(jù)敏感程度劃分為沉降敏感區(qū)、敏感過渡區(qū)、穩(wěn)定區(qū)3個(gè)區(qū)域； 2)隧道拱頂沉降約60%發(fā)生在掌子面到達(dá)監(jiān)測(cè)斷面前，開挖空間效應(yīng)稍大于單倍跨徑; 3)隧道掌子面擠出變形呈外凸拋物面形態(tài)，建議施工中纖維錨桿的搭接長(zhǎng)度設(shè)為6 m，并據(jù)擠出變形發(fā)展速率劃分為快速發(fā)展、穩(wěn)定發(fā)展、基本穩(wěn)定3個(gè)階段。

公路隧道； 巖土控制變形工法； 施工變形； 超前核心土； 玻璃纖維錨桿； 數(shù)值模擬； 監(jiān)測(cè)分析

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)公路隧道數(shù)量顯著增加，建設(shè)質(zhì)量也有了大幅提升。為了優(yōu)化完善國(guó)內(nèi)的交通網(wǎng)絡(luò)，越來(lái)越多的隧道工程需面對(duì)復(fù)雜的修建環(huán)境。針對(duì)軟弱圍巖大斷面隧道，在工期和質(zhì)量的雙重要求下，更多的施工新技術(shù)不斷被采用，巖土控制變形分析(ADECO-RS)施工工法是其中一種較為新穎的工法。

軟弱圍巖變形控制工法由意大利學(xué)者P.Lunardi[1]提出，認(rèn)為隧道的穩(wěn)定情況直接受掌子面超前核心土擠出變形的影響，隧道掌子面超前核心土的加固可防止隧道塌方，同時(shí)可采用全斷面開挖并及時(shí)進(jìn)行閉合支護(hù)來(lái)提高開挖效率。該工法在國(guó)內(nèi)亦被稱為新意法，以區(qū)別傳統(tǒng)的新奧法。翟進(jìn)營(yíng)等[2]介紹了新意法的理論基礎(chǔ)、新意法隧道設(shè)計(jì)施工的基本步驟以及新意法與新奧法的不同之處。肖廣智等[3]介紹了新意法的基本思想、具體操作過程及其在國(guó)外的應(yīng)用情況。曠文濤等[4]采用數(shù)值模擬方法提出新意法的施工參數(shù)對(duì)擠出變形的敏感順序。周捷[5]通過數(shù)值模擬提出超前核心土加固參數(shù)對(duì)擠出變形的影響。師曉權(quán)等[6]通過模型試驗(yàn)研究了掌子面錨桿的預(yù)加固效果及作用特點(diǎn)。鄭寧等[7]從超前支護(hù)參數(shù)確定方法、超前核心土周圍圍巖預(yù)加固參數(shù)以及超前核心土掌子面加固參數(shù)等方面對(duì)野豬山公路隧道進(jìn)行了分析總結(jié)。李玉平[8]結(jié)合平定高速公路臥龍隧道Ⅵ級(jí)圍巖飽和黃土段施工,采用超前預(yù)注漿承載拱、掌子面水平旋噴樁技術(shù),取得了較好的施工效果。趙錄學(xué)[9]針對(duì)新意法特點(diǎn),就復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道選線、襯砌支護(hù)參數(shù)的選定及施工方案提出了具體的建議。劉江濤等[10]針對(duì)蘭渝鐵路某隧道位于未成巖富水粉細(xì)砂層的實(shí)際工況,采用“新意法——巖土變形控制工法”對(duì)未成巖富水粉細(xì)砂層進(jìn)行預(yù)加固,達(dá)到了預(yù)期目的，認(rèn)為該工法能夠成功運(yùn)用于未成巖富水粉細(xì)砂層。但綜合看來(lái)，巖土控制變形分析在公路隧道領(lǐng)域的應(yīng)用及分析研究還比較少，尤其是現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更是稀少。

本文以寧波野豬山公路隧道為工程背景，采用數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，研究巖土控制變形分析工法在軟巖淺埋公路隧道開挖過程中的施工變形規(guī)律，為隧道安全施工提供理論分析和新工法推廣基礎(chǔ)。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

寧波野豬山隧道設(shè)計(jì)速度為100 km/h，為4車道分離式隧道。隧道出口位于直線段上，左右線隧道縱坡設(shè)計(jì)均為雙向坡，坡率分別為0.8%和-1.5%。隧道右洞出口試驗(yàn)段最小埋深為1 m，最大埋深為10 m，隧道開挖跨度達(dá)13 m，高度為10 m，大部分開挖段屬超淺埋。為了保證隧道的施工安全，將右洞出口段(YK60+249～+295)作為開展基于巖土控制變形施工工法研究的科研試驗(yàn)段。

該科研試驗(yàn)段淺部為殘坡積層，以碎塊石和含碎石粉質(zhì)黏土為主。下伏基巖為全—中風(fēng)化安山巖，其中： 全風(fēng)化層處于地下水位以下，長(zhǎng)期飽水后強(qiáng)度低；強(qiáng)風(fēng)化層為塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙極發(fā)育；中風(fēng)化節(jié)理裂隙較發(fā)育。第四系碎石土和全-強(qiáng)風(fēng)化層厚度大，滲透性好，地下水埋深1.2～1.6 m，地下水豐富，隧道施工時(shí)可能發(fā)生淋雨?duì)罨蛴咳獱畛鏊?。圍巖分級(jí)總體評(píng)定為V級(jí)?？蒲性囼?yàn)段縱斷面及監(jiān)測(cè)布置見圖1。

圖1 隧道出口科研段縱斷面及監(jiān)測(cè)布置

Fig. 1 Longitudinal cross-section of tunnel exit and layout of field monitoring points

1.2 施工方法與過程

野豬山隧道科研試驗(yàn)段采用基于軟弱圍巖變形控制的全斷面開挖工法施工。為保證安全、快速地開挖，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)情況，洞口段(YK60+265～+295)超前支護(hù)采用大管棚加單排超前注漿小導(dǎo)管，其余段(YK60+249～+265)超前支護(hù)采用雙排超前注漿小導(dǎo)管。此外，開挖前對(duì)掌子面超前核心土打設(shè)玻璃纖維錨桿并注漿加固。全斷面開挖時(shí)，每循環(huán)開挖進(jìn)尺為1 m，斷面開挖至仰拱頂面，立即支拱并在兩端拱腳處將鋼拱架掏槽落底。

掌子面玻璃纖維錨桿支護(hù)參數(shù)及形式如圖2所示。

1)錨桿規(guī)格： 18 m長(zhǎng)、外徑32 mm、內(nèi)徑12 mm中空玻璃纖維注漿錨桿。

2)錨桿布置： 垂直于掌子面，1.2 m×1.2 m間隔布置，加固密度0.69根/m2，兩側(cè)水平加固，外插腳15°。

3)縱向間距： 每循環(huán)18 m，搭接長(zhǎng)度約6 m。

2 數(shù)值分析模型和計(jì)算參數(shù)

2.1 數(shù)值分析模型

針對(duì)野豬山隧道右洞出口軟弱圍巖段V級(jí)圍巖條件，利用有限元分析軟件Midas GTS NX 模擬隧道YK60+295～+249段開挖過程，每開挖步為1 m?？紤]消除邊界效應(yīng)引起的計(jì)算誤差，左右邊界距隧道邊界應(yīng)為3倍洞徑以上，下邊界距隧道底部取3倍洞高，上邊界至地表。因此，本模型縱向長(zhǎng)度為55 m(對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)YK60+295～+240)，寬度為80 m(隧道居中)，高度為28.5 m；模型上邊界沿山體趨勢(shì)建模，隧道出口處距地表1 m，最大埋深14 m。模型頂部自由，四周及底部設(shè)置位移邊界約束。超前支護(hù)按照每6 m一個(gè)循環(huán)，掌子面超前核心土加固按照每18 m一個(gè)循環(huán)，隧道采用全斷面開挖。三維數(shù)值分析模型及超前核心土玻璃纖維錨桿如圖3所示。

(a) 玻璃纖維錨桿立面示意圖

(b) 玻璃纖維錨桿布置示意圖

(a) 三維數(shù)值模型

(b) 超前核心土玻璃纖維錨桿

Fig. 3 3D model and glassfiber bolts in advanced core soil used in numerical analysis

2.2 計(jì)算參數(shù)

模型圍巖材料和超前管棚采用實(shí)體單元，服從摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則。玻璃纖維錨桿采用錨桿單元模擬。隧道的初期支護(hù)按彈性材料考慮，采用殼單元模擬。另外，數(shù)值模擬中不考慮二次襯砌對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，結(jié)合JTG D70—2004《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》[11]要求，確定模型的力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 模型力學(xué)參數(shù)

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 地表沉降分析

圖4和圖5分別為隧道開挖14、24 m時(shí)的圍巖豎向位移云圖。圖6為隧道開挖14、24 m時(shí)，YK60+285～+271區(qū)域的地表縱向沉降趨勢(shì)圖。由圖可知： 開挖14 m時(shí)，YK60+285斷面(距掌子面4 m)地表沉降最大，約為10 mm； 開挖24 m時(shí)，YK60+282斷面(距掌子面11 m)地表沉降最大，約為20 mm。從YK60+281斷面開挖至YK60+271斷面，地表沉降變化最大值在YK60+276斷面處，約為17 mm。開挖14 m時(shí)，由于YK60+295～+281區(qū)域處于進(jìn)洞口處，山體斜坡坡度較小，因而隧道拱頂及地表最大沉降區(qū)距掌子面較遠(yuǎn)，約5 m左右。當(dāng)開挖24 m時(shí)，其上覆山體坡度較大，掌子面拱頂上前方位移明顯，位移云圖中形成一個(gè)立體的“牛角”形狀，其范圍從掌子面拱部向上延伸到地表。該“牛角”范圍內(nèi)的豎向位移較大，需采取超前加固，否則在施工擾動(dòng)或雨水天氣干擾下，拱頂位移易發(fā)展過大而有塌方危險(xiǎn)。

圖4 隧道開挖14 m圍巖豎向位移云圖(單位： m)

Fig. 4 Vertical displacement nephogram of surrounding rock when excavation by 14 m (m)

圖5 隧道開挖24 m圍巖豎向位移云圖(單位： m)

Fig. 5 Vertical displacement nephogram of surrounding rock when excavation by 24 m (m)

圖6 隧道縱向地表沉降及變化(從YK60+281斷面開挖至YK60+271斷面)

Fig. 6 Longitudinal ground surface settlement variation of (excavation from YK60+281 to YK60+271)

圖7示出隧道從YK60+279斷面開挖至YK60+263斷面過程中YK60+275斷面的地表沉降變化。由圖可以看出，各開挖距離下地表沉降規(guī)律基本一致，即隧道軸線處的地表沉降最大，距隧道中線越遠(yuǎn)，地表沉降越小。當(dāng)隧道開挖至YK60+279斷面時(shí)，地表最大沉降為13 mm； 當(dāng)隧道開挖至YK60+275斷面時(shí)，地表最大沉降為22.5 mm； 當(dāng)隧道開挖至YK60+263斷面時(shí)，地表最大沉降為27 mm。其中： 隧道從YK60+279斷面開挖至YK60+275斷面時(shí)，地表沉降變化最大，地表沉降增大10 mm；從YK60+267斷面開挖至YK60+263斷面時(shí)，地表沉降變化很小，可認(rèn)為YK60+275斷面的地表沉降已趨于穩(wěn)定。該數(shù)值模型分析結(jié)果顯示，在本項(xiàng)目施工中約70%的地表沉降發(fā)生在開挖至監(jiān)測(cè)斷面前，開挖的空間效應(yīng)影響范圍約為8 m，約為隧道跨徑的60%。

3.2 拱頂沉降分析

圖8示出隧道從YK60+295斷面開挖至YK60+253斷面過程中YK60+285斷面的拱頂沉降變化。根據(jù)拱頂沉降速率判斷，從YK60+295斷面開挖至YK60+280斷面，拱頂沉降處于快速增長(zhǎng)階段[12-13]； 從YK60+280斷面開挖至YK60+270斷面，拱頂沉降處于穩(wěn)定增長(zhǎng)階段； 開挖至YK60+270斷面后，拱頂沉降處于基本穩(wěn)定階段。開挖至YK60+280斷面前，拱頂沉降為7 mm； 至穩(wěn)定時(shí)，拱頂沉降為12 mm。該數(shù)值模型分析結(jié)果顯示，在本項(xiàng)目施工中約60%的拱頂沉降發(fā)生在開挖至監(jiān)測(cè)斷面前，開挖的空間效應(yīng)影響范圍約為15 m，約為單倍隧道跨徑。

圖7 YK60+275斷面地表沉降隨掌子面推進(jìn)變化曲線

Fig. 7 Ground surface settlement varies with tunnel face advance (YK60+275)

圖8 YK60+285斷面拱頂沉降隨掌子面推進(jìn)變化曲線

Fig. 8 Crown top settlement varies with tunnel face advance (YK60+285)

3.3 掌子面擠出變形分析

YK60+269斷面擠出變形云圖如圖9所示。由圖可知，隧道開挖時(shí)掌子面有較明顯的擠出位移，擠出變形最大值在掌子面中心偏下處，約為16.7 mm。掌子面擠出變形呈“兩端小、中間大”的三維形態(tài)，即類似外凸的拋物面形態(tài)。擠出變形在隧道前方約3 m范圍內(nèi)影響較明顯，擠出變形量可達(dá)到10-2m級(jí)。

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值分析結(jié)果對(duì)比分析

4.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)布置

根據(jù)科研需要及現(xiàn)場(chǎng)施工條件綜合確定，地表沉降監(jiān)測(cè)斷面里程樁號(hào)分別為YK60+285、YK60+280、YK60+275、YK60+271，隧道收斂及拱頂沉降監(jiān)測(cè)斷面里程樁號(hào)分別為YK60+295、YK60+290、YK60+285、YK60+280、YK60+275，掌子面擠出變形監(jiān)測(cè)斷面里程樁號(hào)分別為YK60+285、YK60+269，見圖1。

圖9 YK60+269斷面擠出變形云圖(單位： m)

Fig. 9 Extrusion deformation nephogram of cross-section (YK60+269)(m)

4.2 隧道地表沉降對(duì)比分析

掌子面從YK60+281斷面推進(jìn)至YK60+271斷面過程中，隧道縱向地表沉降數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)比如圖10所示。圖中橫坐標(biāo)0代表YK60+271斷面,橫軸為監(jiān)測(cè)斷面距掌子面距離，距離為負(fù)表示監(jiān)測(cè)斷面在YK60+271掌子面之后。由圖可知，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬結(jié)果均顯示出，在YK60+285～+271開挖過程中，地表沉降存在一個(gè)極大值，地表沉降變化絕對(duì)值整體呈先增大后減小的趨勢(shì)，與文獻(xiàn)[14]所得規(guī)律相一致?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的地表沉降極大值出現(xiàn)在YK60+275斷面附近(距掌子面4 m)，約為25 mm；數(shù)值模擬分析的地表沉降極大值出現(xiàn)在YK60+277和YK60+276斷面附近(距掌子面5 m，亦是YK60+281至YK60+271的中間斷面)，約為18 mm。受開挖空間效應(yīng)、隧道斷面埋深變化、地質(zhì)水文條件等因素影響，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)極大值斷面位置與數(shù)值模擬分析結(jié)果有差異，位于開挖區(qū)間中部并靠向掌子面，且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果較大，可能是由于監(jiān)測(cè)期間連續(xù)降雨導(dǎo)致地表變形增大的結(jié)果。

在YK60+281斷面之后地表沉降的數(shù)值模擬分析結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)吻合度較高，在YK60+281～+271區(qū)間數(shù)值模擬值較監(jiān)測(cè)值小，但兩者地表沉降規(guī)律基本一致。

圖10 隧道縱向地表沉降數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)比

Fig. 10 Longitudinal ground surface settlements by numerical simulation and field monitoring

掌子面從YK60+281斷面推進(jìn)至YK60+267斷面過程中，YK60+275斷面數(shù)值模擬地表沉降變化與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)比如圖11所示。由圖可知，隨著掌子面的推進(jìn)，隧道開挖對(duì)YK60+275斷面的地表沉降影響逐漸減弱；開挖至YK60+271時(shí)，數(shù)值模擬顯示YK60+275斷面的地表沉降值約為25 mm，與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)26 mm基本一致；開挖至YK60+267斷面時(shí)，對(duì)YK60+275斷面的沉降變化已基本無(wú)影響，與數(shù)值模擬分析的空間效應(yīng)基本吻合。

由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件限制，隧道左側(cè)地表放置1水箱，因此，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)左側(cè)地表沉降偏大，而右側(cè)正常且與數(shù)值模擬結(jié)果吻合較好。由隧道右側(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬可知，距隧道中軸線10 m內(nèi)，地表沉降變化明顯，沉降值為9～29 mm，即距隧道1.5倍跨徑內(nèi)地表沉降明顯，該區(qū)域應(yīng)作為沉降重點(diǎn)控制區(qū)域。距隧道中軸線10 m處，地表沉降為9 mm；距隧道中軸線15 m處，地表沉降為5 mm；距隧道中軸線20 m處，地表沉降為1 mm；距隧道中軸線20 m以外，地表沉降可忽略。

依據(jù)地表沉降曲線的斜率變化，將地表沉降影響范圍分為3個(gè)區(qū)域，即： 距隧道中軸線10 m(1.5×(B/2))(B為隧道跨徑)內(nèi)為地表沉降敏感區(qū)，地表沉降敏感系數(shù)約為2 mm/m，該區(qū)域需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)且必要時(shí)采取沉降控制措施；距隧道中軸線10～20 m(1.5×(B/2)～3×(B/2))為地表沉降敏感過渡區(qū)，地表沉降敏感系數(shù)約為0.8 mm/m；距隧道中軸線20 m(3×(B/2))之外為地表沉降無(wú)影響區(qū)，地表沉降敏感系數(shù)幾乎為0。

圖11 YK60+275斷面地表沉降數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)比(從YK60+281斷面開挖至YK60+267斷面)

Fig. 11 Ground surface settlement of cross-section YK60+275 based on numerical simulation and field monitoring(excavation from YK60+281 to YK60+267)

4.3 拱頂沉降對(duì)比分析

YK60+285斷面拱頂沉降數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)比如圖12所示。由圖可知，二者的發(fā)展趨勢(shì)一致，隨著掌子面的推進(jìn)，拱頂沉降變形不斷增大，并逐漸趨于穩(wěn)定，與文獻(xiàn)[15]所得規(guī)律相一致。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示YK60+285斷面的拱頂沉降穩(wěn)定值約為10 mm，數(shù)值模擬結(jié)果顯示其拱頂沉降穩(wěn)定值約為12 mm，二者基本一致。YK60+285斷面拱頂沉降速率隨著距掌子面距離的增大而逐漸減小，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示YK60+285斷面拱頂沉降在其距開挖面14 m左右時(shí)穩(wěn)定，而數(shù)值模擬結(jié)果顯示在其距開挖面15 m左右時(shí)穩(wěn)定，二者基本吻合。

圖12 YK60+285斷面拱頂沉降數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)比

Fig. 12 Crown top settlement of cross-section YK60+285 based on numerical simulation and field monitoring

4.4 掌子面擠出變形對(duì)比分析

YK60+269斷面擠出變形量測(cè)是在該掌子面停滯時(shí)進(jìn)行的，擠出變形主要來(lái)源于大斷面開挖引起的圍巖應(yīng)力釋放。圖13為不同時(shí)刻監(jiān)測(cè)所得到的YK60+269斷面擠出變形值和數(shù)值模擬不同荷載釋放系數(shù)下的擠出變形縱向分布，即控制YK60+270～+269開挖步的荷載釋放系數(shù)，以得到Y(jié)K60+269斷面的擠出變形增量值。圖14為YK60+269斷面超前核心土擠出變形隨監(jiān)測(cè)時(shí)間的發(fā)展趨勢(shì)。

圖13 掌子面超前核心土擠出變形的空間效應(yīng)(現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬)

Fig. 13 Development of extrusion deformation under spatial effects based on numerical simulation and field monitoring

結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果可以看出：

1)大斷面開挖的軟弱圍巖隧道，掌子面停滯情況下的圍巖應(yīng)力釋放是一個(gè)隨時(shí)間不斷發(fā)展的過程，且這種應(yīng)力釋放將促使超前核心土不斷變形，對(duì)隧道的穩(wěn)定造成不利影響。

圖14 掌子面超前核心土擠出變形的時(shí)間效應(yīng)(現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè))

Fig. 14 Development of extrusion deformation under temporal effects based on field monitoring

2)掌子面擠出變形隨著距掌子面距離的增大而減小，并且變化速率也隨著距掌子面距離的增大而逐漸減小，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果均顯示距離掌子面6 m以內(nèi)，擠出變形值變化較為劇烈，可以作為圍巖松動(dòng)區(qū)的判定范圍，因此，建議現(xiàn)場(chǎng)施工中掌子面纖維錨桿的搭接長(zhǎng)度設(shè)為6 m。

3)掌子面擠出變形在開挖后4 h內(nèi)為快速發(fā)展階段，速率約為0.57 mm/h，約70%擠出變形發(fā)生在該階段； 開挖后4～25 h為穩(wěn)定發(fā)展階段，速率約為0.038 mm/h； 25 h后為基本穩(wěn)定階段。因此，為有效控制掌子面擠出變形，預(yù)防較大拱頂沉降和地表沉降，需盡量提高施工效率，減少掌子面停滯時(shí)間，盡量控制在4 h內(nèi)。

5 結(jié)論與建議

通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的方法，對(duì)基于巖土控制變形工法施工的野豬山公路隧道在施工過程中地表沉降、拱頂沉降、掌子面擠出變形等的變化規(guī)律進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

1)在施工區(qū)間內(nèi)，隧道地表沉降呈先增大后減小趨勢(shì)，且存在沉降的極大值。隧道開挖對(duì)地表沉降的空間效應(yīng)約為0.6倍隧道跨徑。

2)根據(jù)地表各區(qū)域?qū)υ撍淼篱_挖的敏感程度不同劃分為3個(gè)區(qū)域： 距隧道中軸線1.5×(B/2)內(nèi)為地表沉降敏感區(qū)；距隧道中軸線1.5×(B/2)～3×(B/2)為地表沉降敏感過渡區(qū)；距隧道中軸線3×(B/2)外為地表沉降穩(wěn)定區(qū)。

3)該隧道施工拱頂沉降約60%發(fā)生在掌子面到達(dá)監(jiān)測(cè)斷面前，隧道開挖對(duì)拱頂沉降的空間效應(yīng)稍大于單倍隧道跨徑。

4)該公路隧道施工中掌子面擠出變形呈“兩端小、中間大”的外凸拋物面形態(tài)。在掌子面前方約6 m范圍內(nèi)擠出變形發(fā)展較為劇烈，可以作為圍巖松動(dòng)區(qū)的判定范圍，建議現(xiàn)場(chǎng)施工中掌子面纖維錨桿的搭接長(zhǎng)度設(shè)為6 m。

5)根據(jù)該隧道施工中掌子面擠出變形發(fā)展速率，可分為3階段： 開挖后4 h內(nèi)為快速發(fā)展階段； 開挖后4～25 h為穩(wěn)定發(fā)展階段； 25 h后為基本穩(wěn)定階段。為有效控制掌子面擠出變形，預(yù)防較大拱頂沉降和地表沉降，施工停滯時(shí)間應(yīng)盡量控制在4 h內(nèi)。

巖土控制變形工法具有施工機(jī)械化程度高、施工進(jìn)度和造價(jià)可控等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊； 但由于目前國(guó)內(nèi)缺乏相應(yīng)施工機(jī)械的研發(fā)與生產(chǎn)以及在各地質(zhì)條件下的施工經(jīng)驗(yàn)不足，在一定程度上約束了該工法的進(jìn)一步推廣。

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Analysis of Deformation of Yezhushan Highway Tunnel Construction Based on Analysis of Controlled Deformation in Rocks and Soils (ADECO-RS)

TAN Shi1, 2， DING Wenqi1, 2， LIU Cheng1, 2， LIU Ting3, GUO Hongyu4

(1.DepartmentofGeotechnicalEngineering,CollegeofCivilEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.KeyLaboratoryofGeotechnicalandUndergroundEngineering(TongjiUniversity),MinistryofEducation,Shanghai200092,China; 3.NingboHighwayConstructionBureau,Ningbo315192,Zhejiang,China;4.ZhejiangProvincialInstituteofCommunicationsPlanningDesign&Research,Hangzhou310006,Zhejiang,China)

ADECO-RS (analysis of controlled deformation in rocks and soils) method is used in Ningbo Yezhushan Highway Tunnel with shallow buried depth and weak surrounding rock. The above-mentioned method is hardly used in highway tunnel construction in China. Based on the analysis of numerical simulation and field monitoring, some results are obtained as follows: 1) As for surface subsidence of Yezhushan Tunnel, the spatial effect of excavation is 0.6 times the span and the settlement area can be divided into 3 parts, namely, sensitive area, sensitive transition area, and stable area. 2) The spatial effect of excavation on tunnel crown top settlement is almost a span and 60% of crown top settlement occurs before tunnel face reaches monitoring section. 3) Three-dimensional morphology of Yezhushan Tunnel face extrusion is outer convex parabolic; lap length of fiberglass bolt is suggested to be 6 m and the development of extrusion deformation is segmented into three stages.

highway tunnel; ADECO-RS; construction deformation; advanced core soil; fiberglass bolt; numerical simulation; monitoring analysis

2016-09-14;

2017-02-22

基于軟弱圍巖變形控制工法的公路隧道安全施工關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目(201611); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51578408); 復(fù)雜環(huán)境下淺埋大斷面互通隧道關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目(20133139)

談識(shí)(1991—)， 男， 江蘇揚(yáng)州人，同濟(jì)大學(xué)隧道與地下建筑工程專業(yè)在讀博士,主要從事隧道及地下工程設(shè)計(jì)和施工技術(shù)等方面的研究工作。E-mail： 1170893859@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.05.011

U 459.2

A

1672-741X(2017)05-0593-07