李永康 杜耀辉 席康力 范长海 陈志敏,3

（1.中铁七局集团路桥工程有限公司，陕西 宝鸡 721000；2.兰州交通大学土木工程学院，甘肃 兰州 730070；3.兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室，甘肃 兰州 730070)

一、工程概况

黑庄坪隧道位于甘肃省定西市秦祁乡境内，左线长度1710.2m，最大埋深为175m。洞身主要穿越V级软弱泥砂岩层。

二、现场测试点布置

埋深最大处的YK36+580.0里程为监测断面，在断面拱顶、拱腰、拱脚处埋设应力和应变测试原件。

（一）隧道净空变化

全站仪监测隧道断面各测点坐标，计算拱顶高程及其净空变化，测点布置如图1所示。

（二）围岩压力与两支护间压力

通过振弦式双膜土压力盒、传感器测量围岩压力、支护结构间的压力，各测点布置如图1所示。

图1 净空变化测点布置图

（三）混凝土应力

通过混凝土应变计测量二衬和仰拱回填混凝土应力。每个断面布置5个测点，每个测点布设1个喷射混凝土表面应变计，具体如图2所示。

图2 喷混凝土与二衬应力测点布置图

（四）锚杆轴力

采用振弦式钢筋计测量锚杆应力，每个断面设4个测孔，每个测孔内设3个测点，测孔编号为B-1、2、3。钢筋计编号为B-11、B-12、B-13，具体如图3所示。

图3 锚杆轴力监测点布置图

三、监测断面数据分析

（一）隧道净空变化

1.断面拱顶沉降

由图4可知，在开挖初期1d～4d，拱顶沉降显著，达15.1mm。掌子面通过测点施做初支后，拱顶沉降略显缓和。在后期围岩成拱效应作用下，拱顶围岩逐渐趋于稳定，达到最大值35.8mm。

图4 拱顶沉降曲线

2.隧道净空变化

由图5可知，上测线处拱墙对开挖扰动的敏感性更大。在初期开挖时，上测线收敛曲线斜率最大。其收敛稳定值为27.4mm，下测线收敛变形值为10.8mm。因此，重点控制上测线部位围岩变形。

图5 隧道净空变化曲线

（二）围岩-支护接触压力

由图6可知，初支与围岩间的接触压力在开挖5d～6d后基本稳定。其接触压力在拱顶处达到最值，为108.22kPa，左拱腰处为88.58kPa，右拱腰处为86.57kPa，左拱脚处93.17kPa，右拱脚处为102.89kPa，拱底为37.58kPa。

图6 初支—围岩接触压力曲线

由图7可知，初支与二衬间的接触压力在开挖5d～6d后基本稳定；拱顶处最大值为66.28kPa，左拱腰处最大值为55.99kPa，右拱腰处最大值为53.42kPa，左拱脚处最大值为63.78kPa，右拱脚处最大值为78.98kPa，拱底最大值为38.06kPa。

图7 二衬—围岩压力曲线

（三）锚杆轴力

由图8可知，锚杆轴力随着开挖面的持续推进逐渐增大；拱顶部位锚杆首先发挥控制变形作用；锚杆轴力初期增加速率较大，随着支护结构的施加，在“支护+锚杆”的联合加强作用下，围岩变形速率逐渐缓慢，体现在锚杆轴力曲线上。在开挖后的30d左右，锚杆产生轴力并趋于稳定。

图8 锚杆2m处轴力曲线

四、各结构层变形

由图9可知，初支混凝土的应变在隧道开挖5d左右基本稳定。拱脚处混凝土应变最大，为126.96μξ、119.24μξ，拱顶次之，其应变值为96.36μξ。

图9 初支混凝土应变曲线

由图10可知，断面拱脚处二衬混凝土应变最大，最大值为67.38μξ，拱顶次之，其应变值为34.58μξ，拱腰与拱底位置的应变值相差不大，分别为40.93μξ、19.39μξ和42.39μξ。

图10 二衬混凝土应变曲线

五、结语

掌子面开挖至监测断面时，拱顶发生显著沉降。拱墙逐渐产生收敛变形，引发洞室净空面积急剧减小，上测线部位收敛变形速率更加剧烈。

泥砂岩变形特征影响支护结构与锚杆系统的力学性能。掌子面穿过监测断面后，初支、二衬的拱顶、拱墙处接触应力同步发育，拱脚应力有所滞后。支护可有效控制泥砂岩变形。

影响锚杆系统在上拱腰部位呈受拉状态，拱脚部位呈受压状态；左右侧锚杆轴力关于隧道中心轴线对称分布；锚杆轴力与其埋深呈定性关系。