秦朝辉

(山西路桥第六工程有限公司，山西 晋中 030600)

1 概述

近年来，国内外很多国家十分重视大跨度浅埋段隧道施工技术的研究，尤其是在支护结构稳定性的评定方面进行了很多研究。目前，我国的大跨度黄土隧道开挖断面跨度可达到15.4 m，高度11.36 m，扁平率可达到0.73，在浅埋洞口段开挖施工过程中多座隧道出现地表沉陷、开裂等问题。为了保证隧道结构的稳定性，大跨度黄土隧道浅埋段施工速度缓慢，甚至造成工期延误。大跨度黄土隧道施工难度大，尤其是洞口浅埋段，稳定性极差，是施工中的难点。因此，在隧道施工过程中布置测点，开展监控量测对大跨度黄土隧道洞口浅埋段的支护效果进行分析，不断优化隧道支护结构，有利于提高施工进度和支护结构的稳定性，具有十分重要的意义。

2 洞口浅埋段支护与监测方案

2.1 依托项目概况

某高速公路隧道采用分离式设计，单洞设计采用三车道大断面设计，隧道设计宽度为15.12 m，高度为8.35 m。隧道左洞全长846 m，右洞全长852 m，明洞设计长度为5 m。隧道洞口段为浅埋段，最小埋设为5.2 m，浅埋段长度为146 m。该隧道地质情况复杂，围岩较破碎，裂隙纹理发育，自稳能力差，有少量渗漏水，围岩等级主要为Ⅴ级，部分深埋段为Ⅳ级围岩。洞口浅埋段穿越Ⅴ级黄土围岩，属于湿陷性黄土，自稳能力差。为了保证洞口浅埋段围岩稳定，制定方案加强支护，并在施工过程中布置测点，进行监控量测，收集数据分析隧道围岩的稳定性。

2.2 洞口浅埋段支护方案

隧道洞口段设计采用复合式衬砌，为了保证围岩稳定，设计采用超前支护、初期支护配合施工。超前支护设计采用超前长管棚注浆支护，初期支护采用锚杆钢筋网喷射混凝土加设钢拱架联合支护。管棚钢管采用φ180钢管，壁厚6 mm，长度为30 m，上部加工有注浆孔。φ22锚杆设计长度3.5 m，钢支撑选用20工字钢，钢筋网为φ8盘条加工，双层钢筋网片，格尺寸200 mm×200 mm，C25喷射混凝土厚度为26 cm。二次衬砌选用C25模筑混凝土，设计厚度为60 cm。初期支护与二次衬砌之间布设防水层，为塑料防水板。为保证开挖过程中围岩稳定，隧道开挖采用留核心土分部开挖法。

2.3 施工现场监测方案

结合隧道洞口浅埋段的工程地质条件，在施工过程中布置测点进行监控量测，观测隧道围岩和支护结构的变形情况。施工中选取有代表性的断面布置测点，进行拱顶下沉、地表下沉、围岩压力和周边位移量测。量测方法与量测频率严格按照设计规范进行，收集数据分析围岩和支护结构的变形情况。

3 洞口浅埋段支护效果分析

3.1 地表下沉量测数据分析

在洞口浅埋段上部布置测点，使用水准仪对测点进行观测，确定地表下沉量，收集数据绘制地表下沉曲线如图1所示。从图1曲线的变化情况可以看出，量测初期地表下沉量较大，下沉速度较快，最大变形速率达到5 mm/d。这主要是由于前期隧道开挖、支护扰动造成的，支护结构完成后地表下沉量不断缩小，最终达到稳定状态。根据量测结果，两周后地表沉降量基本趋于稳定，20 d后基本稳定在32 mm，说明该量测断面地表下沉量基本稳定。

3.2 周边位移量测结果分析

分别在隧道拱部、拱腰和边墙布置测点，进行周边位移量测，收集数据绘制周边位移曲线如图2所示，量测数据统计结果见表1。根据量测结果，拱腰周边位移前期变化较大，最大变化速率达到4 mm/d，这主要是由于拱部开挖支护对围岩造成的扰动导致的。在前期周边位移出现了两次较小的波动，变形速率和变形量均有所增长，这是由于分部开挖造成的，每次开挖都会产生一定的扰动，但由于开挖断面较小，相比上台阶开挖变形量较小。周边位移观测10 d以后周边位移变形量迅速下降，且逐步趋于稳定。这是由于监测断面开挖支护工作完成，逐步趋于稳定。拱腰、边墙和墙脚周边位移监测值分别稳定在35 mm，22 mm，14 mm。

表1 周边位移量测结果统计表

3.3 拱顶下沉量测结果分析

在周边位移、地表下沉的同一量测断面，布设拱顶下沉量测点，使用水准仪对拱顶下沉量进行量测，绘制变形曲线如图3所示。分析变化曲线可知，前期隧道开挖过程中拱顶下沉量较大，观测一周以后逐步趋于稳定，这是由于前期开挖对隧道围岩产生了较大的扰动，支护结构完工后变形量明显降低。监测隧道拱顶下沉最大变形速率为4 mm/d，10 d以后变形基本趋于稳定，最终稳定在24 mm左右。

3.4 围岩压力量测结果分析

为了确定隧道围岩压力的变化情况，在监测断面的拱顶、左侧拱腰、右侧拱腰埋设压力盒，监测隧道施工过程中围岩压力的变化情况。分别收集围岩压力监测数据，并绘制变化曲线如图4所示。分析拱顶围岩压力变形曲线可知，隧道开挖支护后，围岩压力不断增大，变化速度快，开挖7 d后围岩压力达到最大，压力值达到0.12 MPa。当边墙、仰拱开挖支护后，隧道拱部围岩压力有所下降，12 d以后逐步趋于稳定。边墙围岩压力在开挖支护后不断增加，增速较快，最大增速达到0.03 MPa/d。隧道仰拱开挖支护后，围岩压力变形速度明显下降，监测12 d后逐步趋于稳定(见表2)。

表2 围岩压力监测数据统计表 mm

4 结语

大跨度隧道施工难度大，控制不当会造成围岩或支护结构变形，侵入净空甚至塌方事故。在施工过程中布设测点进行监控量测，分析数据和变形曲线分析围岩和支护结构的稳定性，得出以下结论：1)分析地表下沉、周边位移监测结果，隧道施工前期变形量较大，支护完成后基本趋于稳定，且变形量较小，满足设计要求。2)分析拱顶下沉和围岩应力的监测结果，得出在施工阶段拱顶下沉量和围岩压力变化量均较大，仰拱支护完成后变化量缩小，整体结构趋于稳定。总之，监测结果表明隧道支护结构可以保证围岩结构稳定，施工质量合格。