汪 洋

(招商局重慶公路工程檢測中心有限公司，重慶 400067)

0 引言

隧道施工過程是一個(gè)極其復(fù)雜的力學(xué)過程，由于隧道的開挖，破壞了圍巖的受力平衡狀態(tài)，將引起開挖斷面一定范圍內(nèi)圍巖應(yīng)力的重分布和殘余應(yīng)力的釋放。在應(yīng)力重分布的影響下，圍巖發(fā)生變形、形成松弛[1-2]，進(jìn)而可能造成圍巖碎落、崩塌甚至塌方等地質(zhì)災(zāi)害，存在明顯的安全隱患。監(jiān)控量測是隧道施工過程中保證施工安全的有效措施之一，通過分析現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，可以得到圍巖的變形規(guī)律，推測出圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，并根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工、優(yōu)化設(shè)計(jì)并為同類工程提供參考[3]。本文根據(jù)羅八高速公路工程特點(diǎn)，分別選?、?、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖典型斷面的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到了三種典型斷面圍巖的變形規(guī)律以及二襯的最佳支護(hù)時(shí)機(jī)。

1 工程概況

依托工程K56+700～K63+200段屬峰叢洼地地貌，路線范圍內(nèi)上部主要分布第四系人工填土(Q4me)、第四系坡殘積層(Q4el+dl)地層，下伏基巖為三疊系個(gè)舊組第四段(T2gd)地層。下伏基巖為灰色塊狀白云質(zhì)灰?guī)r夾灰?guī)r，多呈強(qiáng)-中風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖溶發(fā)育，巖層近乎水平，邊坡穩(wěn)定性較好，工程地質(zhì)條件較好。K63+200～K69+798段處于侵蝕深切山地貌，路線穿越地段地形起伏較大，上部主要分布第四系坡殘積層(Q4el+dl)，其下部為三疊系中統(tǒng)河口組(T2hb)粉、細(xì)砂巖、石英砂巖、頁巖、泥巖。三疊系中統(tǒng)河口組(T2hb)巖性多為粉、細(xì)砂巖、頁巖，斜坡上多有出露，多呈強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理(風(fēng)化)裂隙發(fā)育，多呈碎石狀散體結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)較軟，易發(fā)生小規(guī)模坍滑。

2 隧道圍巖監(jiān)控量測

2.1 監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測頻率

根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3660-2020)(以下簡稱《規(guī)范》)[4]以及工程的實(shí)際情況，拱頂沉降和周邊收斂均采用全站儀進(jìn)行測量，測點(diǎn)布置如圖1所示，監(jiān)測頻率如表1所示。

表1 各監(jiān)測項(xiàng)目的監(jiān)測頻率表

圖1 監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖

2.2 監(jiān)控量測結(jié)果

根據(jù)依托工程特點(diǎn)，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖分別選取K58+200、K63+330和K68+550三個(gè)典型斷面，為了便于分析，僅選擇拱頂位置的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)。3個(gè)典型斷面的時(shí)態(tài)曲線如下頁圖2～4所示。

圖2 K58+200斷面時(shí)態(tài)曲線圖

圖3 K63+330斷面時(shí)態(tài)曲線圖

圖4 K68+550斷面時(shí)態(tài)曲線圖

K58+200斷面為Ⅲ級(jí)圍巖，采用全斷面法開挖，拱頂沉降在開挖之后0～8 d快速增加，約占總變形量的80%，然后變形速率逐漸減小，變形量趨于穩(wěn)定。K63+330斷面為Ⅳ級(jí)圍巖，采用上下臺(tái)階法開挖，拱頂沉降主要集中在仰拱施作完成之前、開挖之后0～15 d，約占總變形量的85%，仰拱施作完成后變形速率逐漸減小，變形量趨于穩(wěn)定。K68+550斷面為Ⅴ級(jí)圍巖，圍巖整體較破碎，采用三臺(tái)階法開挖，拱頂沉降的總變形量較大，仰拱施作完成約10 d后變形速率逐漸減小，變形量趨于穩(wěn)定。

通過對(duì)比三種不同圍巖條件下拱頂沉降的時(shí)態(tài)曲線可以得出以下規(guī)律：(1)隨著圍巖等級(jí)不斷變差，拱頂沉降的總變形量和變形收斂時(shí)間都逐漸增加；(2)監(jiān)測斷面每次巖體的開挖都會(huì)有一個(gè)明顯的位移增加的階段；(3)Ⅲ級(jí)圍巖采用全斷面法開挖，變形量主要集中在0～8 d，Ⅳ級(jí)圍巖采用兩臺(tái)階法開挖，變形在仰拱施作完成之后趨于收斂，而Ⅴ級(jí)采用三臺(tái)階法開挖，由于開挖步較多，施作仰拱的時(shí)間相對(duì)較長，因此變形趨于穩(wěn)定的時(shí)間較長，在仰拱施作完成約10 d后變形趨于穩(wěn)定。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)回歸分析

3.1 監(jiān)控量測結(jié)果回歸分析

監(jiān)控量測值由于偶然誤差的影響具有一定的離散性，通過對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，能更客觀地反映監(jiān)測數(shù)據(jù)變化的規(guī)律和判斷監(jiān)測斷面變化趨勢[5]。

根據(jù)拱頂變形監(jiān)控量測數(shù)據(jù)選擇指數(shù)函數(shù)進(jìn)行擬合分析，指數(shù)函數(shù)的通式如式(1)所示：

y=y0+Ae-x/t

(1)

式中：y0，A，t——回歸函數(shù)擬合參數(shù)；

x——時(shí)間。

3個(gè)典型斷面拱頂沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的擬合曲線如圖5～7所示。

K58+200斷面的拱頂下沉的擬合函數(shù)和復(fù)相關(guān)系數(shù)分別如式(2)、式(3)所示：

y=18.61-18.35e-x/7.86

(2)

R2=0.99

(3)

K63+330斷面的拱頂下沉的擬合函數(shù)和復(fù)相關(guān)系數(shù)分別如式(4)、式(5)所示：

y=59.44-57.46e-x/16.67

(4)

R2=0.98

(5)

圖5 K58+200斷面擬合函數(shù)曲線圖

圖6 K63+330斷面擬合函數(shù)曲線圖

圖7 K68+550斷面擬合函數(shù)曲線圖

K68+550斷面的拱頂下沉的擬合函數(shù)和復(fù)相關(guān)系數(shù)分別如式(6)、式(7)所示：

y=153.59-150.90e-x/22.27

(6)

R2=0.98

(7)

3個(gè)典型斷面的擬合結(jié)果的復(fù)相關(guān)系數(shù)均>0.95，說明采用指數(shù)函數(shù)能較好地?cái)M合拱頂下沉的規(guī)律。

3.2 二襯支護(hù)時(shí)機(jī)分析

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)規(guī)范，二襯支護(hù)最佳時(shí)機(jī)一般由變形速率和極限位移確定[6]。變形位移法把圍巖的變形速率小于一定值后作為二襯的合理支護(hù)時(shí)機(jī)?！兑?guī)范》中規(guī)定：變形位移速率<0.2 mm/d。極限位移則首先根據(jù)圍巖的監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)測圍巖的最終變形量確定，目前一般取二襯最佳時(shí)機(jī)為已產(chǎn)生的各項(xiàng)位移達(dá)到各項(xiàng)位移預(yù)計(jì)總量的80%～90%時(shí)[7]。結(jié)合隧道現(xiàn)場監(jiān)測情況，選取圍巖最終變形量的80%作為二襯最佳支護(hù)時(shí)機(jī)，3個(gè)典型斷面的最佳支護(hù)時(shí)機(jī)如表2所示。

表2 典型斷面二襯最佳支護(hù)時(shí)機(jī)表

4 結(jié)語

本文通過分析依托工程3個(gè)典型監(jiān)測斷面圍巖變形現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，得到了不同圍巖級(jí)別條件下圍巖的變形規(guī)律和二襯支護(hù)時(shí)機(jī)，主要結(jié)論如下：

(1)圍巖等級(jí)越差，圍巖的變形越大，變形趨于穩(wěn)定的時(shí)間越長，Ⅲ級(jí)圍巖開挖之后約8 d變形趨于穩(wěn)定，Ⅳ級(jí)圍巖在仰拱施作完成之后變形趨于穩(wěn)定，Ⅴ級(jí)圍巖在施作仰拱約10 d左右趨于穩(wěn)定。

(2)采用指數(shù)函數(shù)對(duì)三個(gè)典型斷面的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到了時(shí)間-位移函數(shù)。

(3)通過擬合函數(shù)并結(jié)合相關(guān)規(guī)范得到了三種典型斷面的二襯最佳支護(hù)時(shí)機(jī)，Ⅲ級(jí)圍巖建議為開挖之后13 d，Ⅳ級(jí)圍巖建議為開挖之后27 d，Ⅴ級(jí)圍巖建議為開挖之后36 d。