張翔鶴

(福建省交通科研院有限公司，福州 350004)

1 工程概況

青巖山隧道全長3474.5 m，左右洞呈分離或小凈距布置，左洞全長3479 m，右洞全長3470 m，為特長隧道，位于長福高速A1-2 與A2 合同段分界處。 本合同段(A1-2)內(nèi)起訖樁號為：左洞ZK65+096～ZK66+488.258，右洞YK65+095～YK66+500。 左洞長1392.258 m， 右洞長1405 m。隧道進口段左右洞均位于直線范圍內(nèi)，分別處于半徑1500 m、1550 m 圓曲線上。 左洞縱坡坡率/坡長為0.5%/854 m，-1.288%/538.258 m； 右洞縱坡坡率/坡長為1%/855 m，-1.362%/550 m。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

隧道區(qū)屬剝蝕丘陵地貌，地形起伏變化大，地面高程115～450 m，相對高差約335 m，進口側(cè)坡度約10°～30°，出口側(cè)坡度約23°～30°， 上覆坡積粘性土-強風化熔結(jié)凝灰?guī)r，坡體較穩(wěn)定，破面植被發(fā)育，主要為林木，坡腳及溝谷低洼處為水稻田。

2.2 工程地質(zhì)條件

隧道址區(qū)表層地表上覆為第四系殘坡積層， 下覆基巖為侏羅系南園組凝灰熔巖及其風化層。 隧道洞身圍巖為微風化凝灰熔巖，屬堅硬巖，巖體較完整～完整，對隧道洞身圍巖的穩(wěn)定較有利。 隧址區(qū)發(fā)育2 條斷層，5 條節(jié)理裂隙密集帶，對圍巖穩(wěn)定不利，影響隧道圍巖級別，隧道開挖時，圍巖穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生塌方掉塊。

隧道最大埋深約330 m， 深部圍巖主要為微風化熔結(jié)凝灰?guī)r，為堅硬巖，巖體多呈塊狀，節(jié)理裂隙較發(fā)育，鉆探過程中，未發(fā)現(xiàn)巖芯餅化現(xiàn)象，據(jù)區(qū)域資料，本隧道屬于一般應(yīng)力區(qū)，發(fā)生巖爆的可能性不大，即使局部地段發(fā)生巖爆，也屬于輕微巖爆，對工程影響小。

2.3 水文地質(zhì)條件

隧道位于當?shù)厍治g基準面之上，山坡坡體較陡，地形起伏較大， 隧址區(qū)地表穿越多條山凹沖溝， 屬季節(jié)性溝谷，具有典型的山區(qū)溝谷特征，隧道進口段發(fā)育一沖溝，勘察期間少有流水，流量小于6 m3/d，水流較清澈，水量受雨季影響較大，對隧道施工及運營不利。

場地環(huán)境類型為Ⅱ類，隧道圍巖為弱透水層，場區(qū)地下水、地表水所測的各項指標對混凝土及混凝土中鋼筋有微腐蝕性。 計算得出隧道單洞最大總涌水取13300 m3/d，正常涌水量取值6500 m3/d。

3 監(jiān)測方案

根據(jù)青巖山隧道現(xiàn)場圍巖條件， 在噴射混凝土施工前，在拱頂與左、右拱腰處預(yù)埋土壓力計，用以監(jiān)測圍巖壓力；同時，在臨近的鋼支撐內(nèi)、外側(cè)翼緣安裝表面應(yīng)變計，用以監(jiān)測鋼支撐受力情況。此外，在斷面拱頂與左、右拱腰處就近施作的錨桿上各安裝3 個鋼筋應(yīng)力計進行錨桿軸力監(jiān)測， 并在監(jiān)測的錨桿周邊各安裝一個位移計進行圍巖內(nèi)部位移監(jiān)測[1]。

在掛防水板及澆筑二襯混凝土前在拱頂與左、 右拱腰處分別安裝土壓力計，用以監(jiān)測兩層支護間壓力；并在二襯混凝土施工前在拱頂與左、 右拱腰處安裝埋入式應(yīng)變計，用以監(jiān)測二襯混凝土受力情況。

所有監(jiān)測元件盡量安裝在整個斷面內(nèi)， 各傳感元件埋設(shè)位置如圖1 所示。

4 施工監(jiān)控量測分析

4.1 洞內(nèi)外變形分析

圖1 監(jiān)測元件安裝示意圖

先選取YK66+143 斷面展開分析，該斷面埋深＞300 m，圍巖為微風化凝灰?guī)r，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較完整，呈塊碎狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，拱頂右側(cè)有股狀裂隙水流出，地質(zhì)預(yù)報顯示前方為節(jié)理裂隙密集帶， 施工中對該處附近位置進行了加強支護。

圖2 拱頂下沉-時間曲線圖

圖3 周邊位移-時間曲線圖

由圖2～3 可知， 洞內(nèi)變形主要發(fā)生在開挖后的幾天時間，在及時支護后隨著開挖面的掘進，監(jiān)測點受到的擾動逐漸減弱，監(jiān)測斷面在較短時間內(nèi)就達到了穩(wěn)定，監(jiān)測期間洞內(nèi)觀察無異常。

4.2 支護結(jié)構(gòu)受力分析

4.2.1 二襯內(nèi)應(yīng)力

由圖4 可知，不同位置的二襯混凝土應(yīng)力差別較大，隨混凝土強度增長一直處于緩慢變化中， 整體增幅相對較小，在達到強度后趨于穩(wěn)定。 對比鋼支撐內(nèi)力，二襯各位置受力值較小，可見還有極大的受力潛力，也說明鋼支撐在整個支護結(jié)構(gòu)中起到很好的支護效果， 初級支護系統(tǒng)承擔了大部分圍巖壓力， 二襯混凝土則可視為巨大的安全儲備。

圖4 二襯應(yīng)力-時間曲線圖

4.2.2 兩層支護間壓力

由圖5 可知，初支與二襯間壓力分布有些許不均勻，拱頂處壓力最大， 左拱腰、 右拱腰漸次減小呈較對稱分布。初支與二襯間壓力初始階段略有波動，在二襯混凝土凝固、產(chǎn)生強度后，各處壓力趨于穩(wěn)定，最終表現(xiàn)為與圍巖壓力較一致。

圖5 兩層支護間壓力-時間曲線圖

4.2.3 鋼支撐內(nèi)力

由圖6 可知，鋼支撐內(nèi)力受壓為正，鋼支撐外環(huán)以受壓為主，內(nèi)環(huán)以受拉為主，初期支護產(chǎn)生作用后，鋼支撐受力趨于平穩(wěn)。當二襯施工完畢產(chǎn)生強度，亦分擔了圍巖壓力，如拱頂內(nèi)緣處受力隨二襯施工、混凝土產(chǎn)生強度過程中，逐漸減小拉力，甚至處于不受力狀態(tài)，其余鋼支撐受力幾乎不變， 表明鋼支撐與噴射混凝土共同承擔了大部分圍巖壓力，二襯分擔初期支護的小部分應(yīng)力。

圖6 鋼支撐內(nèi)、外緣應(yīng)力-時間曲線圖

總體來看，鋼支撐在初期支護系統(tǒng)中所受應(yīng)力較大，承受了大量圍巖荷載， 對提高初期支護整體強度起到了很大作用，對于破碎帶處等圍巖條件不佳的隧道來說，施作鋼拱架是很有必要的[2]。

4.2.4 錨桿軸力

結(jié)合圖7～9 可知，各錨桿受力初期變化較大，淺層圍巖較深層圍巖受開挖影響更大， 錨桿軸力隨埋深增大逐漸減小。 整體而言，錨桿以受拉為主，各錨桿軸力受力變化不大，呈穩(wěn)定狀態(tài)，受力值也較小，圍巖比較穩(wěn)定。

圖7 拱頂處錨桿軸力監(jiān)測時間曲線圖

圖8 左拱腰處錨桿軸力監(jiān)測時間曲線圖

圖9 右拱腰處錨桿軸力監(jiān)測時間曲線圖

4.3 圍巖受力變形分析

4.3.1 圍巖壓力

由圖10 可知，圍巖與初期支護之間的壓力分布并不均勻， 但已趨穩(wěn)定。 監(jiān)測期內(nèi)呈現(xiàn)出左拱腰圍巖壓力較大，左、右拱腰圍巖壓力呈不對稱分布，拱頂相對較小的情況，可知拱頂應(yīng)力已釋放充分，圍巖或因右洞先行且地勢較左洞低呈現(xiàn)偏壓。該斷面各測點壓力雖有差異，但整體數(shù)值均較小，附近圍巖條件較好。且隨著二襯混凝土澆筑完畢，各測點圍巖壓力漸趨穩(wěn)定且小于最大值，說明二襯已發(fā)揮作用，開始受力[3]。

圖10 圍巖與初支之間壓力-時間曲線圖

4.3.2 圍巖位移

圖11 圍巖位移-時間曲線圖

由圖11 可以看出， 各監(jiān)測點位移變化模式類似，總體變形量小，其中拱頂位置變形量較左、右拱腰稍大，圍巖較快產(chǎn)生成拱效應(yīng)。各監(jiān)測點初期位移變化較大，隨后趨于平緩， 與錨桿軸力監(jiān)測曲線圖印證監(jiān)測斷面附近圍巖條件較好，圍巖自承載能力強，且初支及時，所以圍巖總體位移很小。

5 結(jié)論和建議

青巖山隧道YK66+143 斷面施工中處于Ⅲ級圍巖自加強范圍，為抗壓強度較高堅硬巖，監(jiān)測反應(yīng)圍巖位移與錨桿軸力均較小，且很快趨于穩(wěn)定，故支護結(jié)構(gòu)和施工方法合理，安全性高。

可考慮在后續(xù)開挖的類似或更佳圍巖條件位置優(yōu)化系統(tǒng)錨桿參數(shù)， 如適當縮短錨桿長度或減少系統(tǒng)錨桿數(shù)量，亦可盡快施工二襯，實現(xiàn)安全快速施工，減少工序。