李恒杰

0 引言

由于目前安全施工形势越来越严峻，监控量测的作用日益突出，在大断面软弱围岩隧道中尤为如此。现场监控量测的目的首先是掌握围岩的应力状态及围岩的稳定性，了解围岩的松弛范围，对围岩的稳定性作出综合性评价，其次是掌握围岩的支护状态，保证隧道和围岩的稳定，对出现的异常状态进行及时的预测预报，从而保证施工安全，再次是根据隧道开挖后围岩稳定性信息，进行综合分析，检验和修正施工前的预设计，对原设计进行优化，降低施工成本。

1 工程概况

新建太中银铁路兴旺峁隧道全长 11 070m，为特长双线铁路隧道，地质条件复杂，且质量要求高，具有长、大、难、高的特点，隧道开挖断面 126.8m2～135.44m2。

洞身通过基岩全断面为砂岩，局部夹有砂层，且产状平缓，节理层理发育，强风化基岩裂隙发育，岩体存在不均匀风化现象，由于降水入渗，容易在表层风化带内形成囊状富水带，局部水量较大，岩质软，开挖后易掉块及坍塌，掉块遇水即呈流砂状。

2 支护参数

兴旺峁隧道按照新奥法原理施工，初期支护以网喷混凝土 +锚杆 +工字钢架组成，采用复合式衬砌，开挖采用上、中、下三台阶法施工，台阶长度控制在 4m～6m。支护参数如下:

1)拱部 140°范围内采用 φ42壁厚 3.5mm超前注浆小导管，长度 L=3.5m，环向间距 3根/m，纵向 1环/2榀。

2)边墙采用 φ22砂浆锚杆，长度 L=3.5m，环纵间距 1.0m，呈梅花状布置。

3)工字钢架拱墙、仰拱全环布设，间距 1榀/0.6 m～0.8m，纵向连接筋环向间距 1.0m，采用 Φ22钢筋制作。

4)拱、墙布置 φ8钢筋网片，网格尺寸 20 cm×20 cm，拱、墙喷射 C25碳塑加强筋纤维混凝土，喷射混凝土厚度为 27 cm，仰拱喷射 C25素混凝土，厚度为 27 cm。

5)拱墙衬砌为C30钢筋混凝土，厚 50 cm，设计预留变形量为10 cm。

3 监控量测项目

根据设计文件规定及现场施工工艺，必测项目为“两线一点”，即每个断面拱顶埋设一个沉降量测桩点，中台阶及下台阶底板上约 1.5m处各布置一条水平收敛量测线。拱顶下沉及净空变化量测测点布置在同一断面上，每 5m布置一个量测断面，测线布置如图 1所示。

4 监控量测结果分析及断面优化

4.1 实验段量测结果统计

兴旺峁隧道正洞改DK 354+550～DK 354+400段作为实验段，统计分析本隧道围岩变形规律及变形控制基准。按照设计文件，初支内净空加高、加宽 10 cm作为预留变形量。根据正洞改DK354+550～DK 354+400段 150m范围内 30个量测断面实测数据，BC测线累计收敛变形值最大未超过 6.5 cm，DE测线累计收敛变形值最大未超过 6.0 cm，拱顶沉降累计值最大未超过8.0 cm(见图 2，以拱顶沉降最大的改 DK 354+470断面为例)。

由图 2可以看出，拱顶沉降由于隧道受力关系及施工方法影响变化值最大，实测位移 U=77.96mm，其次是拱腰 BC测线，实测位移 U=64.92mm，下台阶拱脚 DE测线由于暴露时间最短，受干扰较少，累计变化最小，实测位移 U=59.85mm。以上各时态曲线表明隧道位移变形趋向于零，表明隧道初期支护是趋向稳定的，观察初期支护表面无裂缝，基本光滑如初，综合判定目前隧道的初期支护参数是合理的。

4.2 变形原因分析

4.2.1 中下台阶开挖对拱顶沉降的影响

拱顶沉降累计变化较边墙收敛大，是断面优化的关健。改DK 353+550～DK 353+400段 30个量测断面拱顶沉降累计值统计见表 1。

表1 改 DK 353+550～DK 353+400段拱顶沉降累计值统计表

由图 2及表 1可知，大部分断面的拱顶沉降累计值小于 6 cm，只有个别断面(占总数的13.3%)累计值波动较大，且累计值较大断面初支后开始两天内变化速率较快(如改DK 353+470)，究其原因为施作中台阶时上台阶支护处于短期悬空状态，施作下台阶时中、上台阶拱架亦处于短期悬空状态，由于拱架悬空而产生的收敛过大的情况，着力在以下几个方面进行改进:

1)中下台阶落底时，左、右侧错进 2榀 ～3榀拱架，且控制中下台阶开挖进尺，每循环进尺控制在 2榀以内。加快循环时间，尽量减小拱脚悬空时间。

2)由原来的每榀钢拱架拱脚设置 4根“L”形锁脚锚杆改为 2根“L”形锁脚锚杆与 2根锁脚锚管(孔径 42，壁厚 t=3.5mm小导管)相配套，长度均为 3.5m，锁脚锚杆全长锚固，锁脚锚杆与拱架及锁脚锚管焊接牢固。

3)根据隧道受力分布情况，上台阶两侧拱腰分别设置 2根“L”形砂浆锚杆，全长锚固，与钢拱架焊接牢固。

4)上、中、下台阶拱脚处挂设双连接筋，以增加初支的整体稳定性。

5)调整拱脚处爆破参数，减小爆破对上台阶拱脚处干扰。

4.2.2 仰拱施作的扰动

兴旺峁隧道仰拱施工采取滞后掌子面单独开挖，施工时虽然采用弱爆破，对已完成初期支护仍有较大影响。

因此我工区做了以下调整:

1)为减少仰拱开挖对初支的影响，开挖采用弱爆破，且爆破外圈眼距拱脚不得小于 80 cm，剩余部分由机械配合人工开挖，禁止拱脚悬空现象出现。

2)加强仰拱钢拱架与下台阶钢拱架的焊接质量控制。

3)加快仰拱施工速度，最前一组跳挖仰拱开挖距掌子面下台阶 30m左右，上台阶开挖后约 8 d时即进行仰拱施作，保证仰拱距下台阶小于 50m，使隧道初支更早封闭成环。

4.2.3 回归分析

经过以上施工工艺调整，对改 DK 354+400～DK354+250段30个断面量测数据进行回归分析，由本隧道实测散点图的分布形状来看，开始一段时间沉降增长速度较快，以后逐渐减速，直至基本稳定，沉降有一渐近值，因而选择指数函数进行回归分析，即:

以拱顶沉降最大的改 DK 354+310断面为例，采用列表法对仰拱施作完成后 30 d的量测数据分析，求得 a=56.587 5，b=4.473 0，曲线相关系数 R=0.992 7，故可推断围岩趋于稳定，且变形极限值为 56.587 5mm。

5 总结及断面优化

经过多次施工工艺的改进，拱顶沉降及边墙收敛都有不同程度的减少，取得很大成效，改 DK354+400～DK 354+250段拱顶沉降实测最大累计值U=48.88mm，中台阶BC测线收敛实测最大累计值 U=43.27 mm，下台阶 DE测线收敛实测最大累计值U=42.65mm。通过长期观测及数据的回归分析，在不改变目前支护参数条件下，开挖预留变形量由 10 cm优化为 6 cm。

监控量测不仅是保证隧道施工安全的必须手段，而且在指导施工方面有事半功倍的作用，比如改善初支参数，从而增加公司的效益。

[1] 铁建设[2005]160号，客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准[S].

[2] TB 10121-2007，铁路隧道监控量测技术规程[S].

[3] 李小刚.大断面软弱围岩隧道综合进洞施工技术[J].山西建筑，2009，35(8):334-335.