黃 躍，姜文濤，王 勇

（1.昆明市盤(pán)龍區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，云南 昆明 650041；2.云南省建筑科學(xué)研究院，云南 昆明 650223）

0 引 言

云南地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，圍巖復(fù)雜多變，部分區(qū)域圍巖經(jīng)過(guò)強(qiáng)擠壓變形，巖石強(qiáng)風(fēng)化-全風(fēng)化，巖石強(qiáng)破碎呈松散狀，多屬軟巖。軟巖地區(qū)的隧道施工技術(shù)一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，已有學(xué)者針對(duì)軟巖隧道進(jìn)行了大量的研究，包括施工工藝、開(kāi)挖方法、支護(hù)理念、施工監(jiān)測(cè)等［1-8］。針對(duì)軟巖隧道的監(jiān)控量測(cè)，前人的研究主要集中在洞內(nèi)支護(hù)變形，而隧道洞口地表沉降規(guī)律的研究相對(duì)空白。研究區(qū)地表紅土覆蓋層較厚，通常可達(dá) 5～25 m，常因地質(zhì)、氣象原因發(fā)生滑坡，而隧道的施工也是造成滑坡的一大因素，所以對(duì)隧道地表的沉降規(guī)律研究至關(guān)重要。

本文基于在建的云南某軟巖隧道，通過(guò)對(duì)地表沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，深入探討了軟巖隧道地表沉降規(guī)律。

1 研究背景

1.1 工程地質(zhì)條件

本次研究基于對(duì)云南某軟巖隧道地表沉降數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。該隧道為雙線(xiàn)分離式隧道，左右線(xiàn)凈距 50 m，左側(cè)偏壓。該隧道進(jìn)口山體坡度約 20°，地表紅土覆蓋層厚約 7 m，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，隧道入口屬淺埋偏壓段。隧道圍巖為 V2 級(jí)，圍巖為強(qiáng)-全風(fēng)化灰?guī)r，圍巖破碎程度高，呈松散狀，巖石無(wú)自穩(wěn)能力，遇水軟化，呈塑性土狀，極易變形垮塌。

圖1 隧道施工工序圖

1.2 隧道施工工藝

該隧道為環(huán)形開(kāi)挖，并預(yù)留核心土，通過(guò)預(yù)留的核心土對(duì)掌子面起一個(gè)加固作用，使掌子面穩(wěn)定，減小變形垮塌的概率。掌子面施工超前導(dǎo)管，短進(jìn)尺開(kāi)挖，及時(shí)架設(shè)鋼拱架并施工縮腳錨桿，噴射混凝土并封閉掌子面。待圍巖應(yīng)力釋放，支護(hù)達(dá)到穩(wěn)定后，及時(shí)進(jìn)行二次襯砌。該隧道施工工序如圖1所示，圖中虛線(xiàn)代表未施工工序。

2 監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)實(shí)際地形條件及規(guī)范要求，在周邊圍巖穩(wěn)定處埋設(shè) 2 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，保證不受施工等外界干擾，以隧道開(kāi)挖中線(xiàn)為中心，在地表共布設(shè) 2 個(gè)監(jiān)控?cái)嗝?，單個(gè)監(jiān)控?cái)嗝嬉运淼乐芯€(xiàn)為中心，單排共埋設(shè) 9 個(gè)點(diǎn)位，觀測(cè)點(diǎn)間隔為 2 m（見(jiàn)圖2），點(diǎn)位按規(guī)范用混凝土澆筑，保證其穩(wěn)定。第一監(jiān)控?cái)嗝婢喽纯诩s 30 m，第二監(jiān)控?cái)嗝婢喽纯诩s 60 m。數(shù)據(jù)采集使用徠卡 LS 10 型水準(zhǔn)儀，測(cè)量精度符合要求，測(cè)量方法嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

圖2 地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

隧道左線(xiàn)第一排監(jiān)控?cái)嗝纥c(diǎn)位編號(hào)從左到右順序編號(hào)左 1-1～1-9，第二排監(jiān)控?cái)嗝纥c(diǎn)位編號(hào)從左至右順序編號(hào)為左 2-1～2-9。同樣的，右線(xiàn)第一排監(jiān)控?cái)嗝纥c(diǎn)位編號(hào)從左至右順序編號(hào)右 1-1～1-9，第二排監(jiān)控?cái)嗝纥c(diǎn)位編號(hào)從左至右順序編號(hào)為右 2-1～2-9。

該隧道左右線(xiàn)錯(cuò)尺施工，左線(xiàn)地表穩(wěn)定后再施工右線(xiàn)，左線(xiàn)開(kāi)始施工后開(kāi)始進(jìn)行左線(xiàn)地表沉降觀測(cè)。右線(xiàn)施工后，同時(shí)對(duì)左右線(xiàn)的地表進(jìn)行沉降觀測(cè)，待左右線(xiàn)地表均穩(wěn)定并滿(mǎn)足規(guī)范要求后，結(jié)束觀測(cè)。圖3～圖6 為該隧道左右線(xiàn)共四排監(jiān)控?cái)嗝娴慕y(tǒng)計(jì)，橫坐標(biāo)表示隧道開(kāi)挖進(jìn)尺，縱坐標(biāo)表示單個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降值。

從圖3 中可以看到，掌子面進(jìn)尺 0～10 m 時(shí)，隨著掌子面的掘進(jìn)，地表開(kāi)始出現(xiàn)沉降，在掌子面進(jìn)尺至 20～30 m 段時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降速度變快，迅速達(dá)到一個(gè)較大值，掌子面穿過(guò)監(jiān)控?cái)嗝婧?，沉降觀測(cè)點(diǎn)的沉降速度趨于平緩，并逐漸趨于穩(wěn)定。

圖3 隧道左線(xiàn)第一監(jiān)測(cè)斷面沉降分布曲線(xiàn)

圖4 隧道左線(xiàn)第二監(jiān)測(cè)斷面沉降分布曲線(xiàn)

圖5 隧道右線(xiàn)第一監(jiān)測(cè)斷面沉降分布曲線(xiàn)

圖6 隧道右線(xiàn)第二監(jiān)測(cè)斷面沉降規(guī)分布曲線(xiàn)

通過(guò)圖4 可知，隨著隧道開(kāi)挖，因第二監(jiān)控?cái)嗝婢嚯x隧道洞口較遠(yuǎn)，受初始施工的影響較小，雖然地表開(kāi)始沉降，但在 0～20 m 段沉降速率很小，待掌子面掘進(jìn)到 30 m 處時(shí)，沉降速率加快，并一直持續(xù)到掌子面進(jìn)尺 60 m 處，隨后沉降速率變小，掌子面開(kāi)挖至 70 m 處時(shí)，沉降達(dá)到最大值，地表基本穩(wěn)定。

在左線(xiàn)隧道掌子面開(kāi)挖至 70 m 處且地表基本穩(wěn)定，隨后開(kāi)始右線(xiàn)隧道施工。

綜合分析圖3 和圖5，在可以看出，右線(xiàn)的施工仍然會(huì)對(duì)左線(xiàn)隧道地表造成擾動(dòng)，使左線(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降值緩慢增加。對(duì)比來(lái)看，在掌子面開(kāi)挖 0～30 m 段時(shí)，右線(xiàn)地表沉降速率較左線(xiàn)快，綜合現(xiàn)場(chǎng)地形地質(zhì)特征，解釋為右線(xiàn)隧道埋深淺，地表更容易受施工影響。同樣的，右線(xiàn)掌子面掘進(jìn)至 40～60 m 段時(shí)，地表沉降速率變慢，掌子面掘進(jìn)至 60 m 以后，地表沉降已基本穩(wěn)定。

綜合分析圖4 和圖6，右線(xiàn)的開(kāi)挖，仍然會(huì)對(duì)左線(xiàn)第二監(jiān)控?cái)嗝娈a(chǎn)生影響，但影響已經(jīng)很小，可忽略不計(jì)，可認(rèn)為左線(xiàn)第二監(jiān)控?cái)嗝娣€(wěn)定。右線(xiàn)掌子面掘進(jìn)至 40～60 m 段時(shí)，第二監(jiān)控?cái)嗝姹O(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降速率變大，掌子面開(kāi)挖至 70 m 以后，地表趨于穩(wěn)定。

各沉降監(jiān)控?cái)嗝娉两堤卣魅绫?所示，同時(shí)綜合各沉降點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)綜合分析，可以總結(jié)出以下地表沉降規(guī)律。

表1 監(jiān)控?cái)嗝娉两堤卣?/p>

1）隧道洞口整體呈左高右低的緩坡，而左線(xiàn)隧道地表沉降較右線(xiàn)小，第二排監(jiān)控?cái)嗝胬塾?jì)沉降值較第一排小，解釋為地表沉降值與隧道埋深有關(guān)，埋深越深，地表沉降受施工影響越小。

2）同一排沉降監(jiān)控點(diǎn)，離隧道中線(xiàn)越近，累計(jì)沉降值越大，越接近掌子面，受開(kāi)挖影響越大。

3）可將該隧道地表沉降按照沉降速率劃分為 4 個(gè)階段，即開(kāi)始沉降階段、加速沉降階段、緩慢沉降階段、穩(wěn)定階段。在加速沉降階段結(jié)束后，監(jiān)控點(diǎn)的沉降量可達(dá)到最終沉降量的 75 %，在掌子面穿過(guò)監(jiān)控?cái)嗝?0～20 m 后，圍巖應(yīng)力充分釋放，地表沉降趨于穩(wěn)定。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該軟巖偏壓隧道的地表沉降數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)各監(jiān)控點(diǎn)的沉降特征，可把地表沉降分為開(kāi)始沉降階段、加速沉降階段、緩慢沉降階段、穩(wěn)定階段。隧道掌子面開(kāi)始施工，地表開(kāi)始變形，進(jìn)入開(kāi)始沉降階段，該階段沉降速率一般較小，累計(jì)值一般為 10～30 mm。當(dāng)隧道施工至監(jiān)測(cè)斷面前±10 m 范圍時(shí)，地表進(jìn)入加速沉降階段，該階段的沉降量可達(dá)到總沉降值的 75 %；通過(guò)新奧法施工，圍巖應(yīng)力得以釋放，待應(yīng)力釋放完以后，地表變形轉(zhuǎn)變?yōu)榫徛两惦A段，掌子面掘進(jìn)超過(guò)監(jiān)控?cái)嗝?10～20 m 后，地表趨于穩(wěn)定，該階段結(jié)束；之后隨著掌子面繼續(xù)掘進(jìn)，地表沉降速率逐步減小，最終≤0.1 mm/d。左線(xiàn)隧道地表變形進(jìn)入穩(wěn)定階段后，右線(xiàn)隧道的施工仍會(huì)對(duì)左幅地表產(chǎn)生影響，施工時(shí)應(yīng)考慮并評(píng)估可能造成的安全風(fēng)險(xiǎn)。