复杂地质条件下隧道施工期围岩稳定分析.docx

复杂地质条件下隧道施工期围岩稳定分析 1 地层岩性与地层 龙潭隧道是一条通往湖北省白氏坪-恩施段的隧道。进口位于湖北省长阳县河曲河段的河北省山坡上，出口位于长阳县罗志和平湖和龙潭沟的交汇处，呈几乎呈东西走向的形状。设计为上下段离隧道，净宽2.9.75m，净高5m，两个孔段间距30.40m，右宽8360m，左宽8364m，最大埋深530m。这是中国现在的第二条长路隧道，属于典型的深埋开挖隧道。隧道穿越区域属构造溶蚀、侵蚀低中山沟谷地貌区,洞身围岩主要由两种岩性构成:一种为弱~微风化粉砂质页岩、泥质粉砂岩,属层状软质~半坚硬岩石,左洞分布在ZK65+516~ZK70+420范围,右洞分布在YK65+520~YK70+880范围;另一种为奥陶系弱~微风化岩层,大部分为瘤状灰岩和灰岩、白云岩,小部分为灰岩与页岩互层,岩石坚硬,强度高,左洞分布在ZK70+420~ZK74+200范围,右洞分布在YK70+880~YK74+200范围。隧道区域发育有两条断层F1和F2,F1走向NW,倾向NE;F2走向NW,倾向E,局部岩溶和岩溶水发育。隧道中部ZK70+900处(埋深约435 m)的地应力实测结果表明:垂直主应力为11.3 MPa,最大水平主应力约为15 MPa,最小水平主应力约为10 MPa,属中等偏高地应力场区。最大水平主应力方位角为105°,与隧道走向基本一致,侧压力系数为1.32;最小水平主应力与隧道走向基本垂直,侧压力系数为0.88。龙潭隧道垂直纵断面截断图见图1。 综上所述,龙潭隧道处于岩溶和岩溶水发育、受断层破碎带影响的区域,软岩和硬岩并存的复杂地质条件下,并具有洞身长、埋深大、地应力高的特点。为了研究隧道围岩稳定性,完善优化设计方案,指导施工,在隧道施工过程中针对几种典型的围岩地质条件进行了围岩深部位移、锚杆轴力和二衬压力等一系列现场监测。本文基于现场监测数据,分析研究了隧道施工期围岩位移与支护结构受力的变化特征;在此基础上分析了典型围岩段的隧道稳定性。根据研究结果,对优化完善设计和改进施工措施提出了具体的指导性意见。另外,本文的研究成果对类似复杂条件下深埋特长隧道的稳定性研究、设计施工也具有一定的参考价值和指导意义。 2 bragg位移监测 为了确保监测信息的可靠性,需要对监测资料进行分析和互相验证,因此,采用3种手段分别对围岩深部位移、锚杆轴力和围岩作用于二衬的压力进行平行监测。 监测内容之一是围岩深部位移随时间的变化。监测过程从隧道开挖一直延续到二衬施作以后。采用中国科学院武汉岩土力学研究所自行研制生产的WRM–3型多点位移计进行量测。WRM–3型多点位移计的监测原理如图2所示,在每个测孔内等间距布置5个测点,位于孔底的测点需布置在不发生变形的深部稳定围岩中,一般要求孔深超过隧道跨度的2倍,最好能达到2.5倍以上。每个测点采用压缩木吸湿膨胀后固定在钻孔孔壁上,由铟钢丝引伸到孔口盘。每次测量时通过测微计量测各测点相对于孔口盘的位移,测微计的量测精度为0.01 mm。对数据处理分析后可得到每个测点相对于孔底的位移,即绝对位移。每个监测断面在两边墙和拱顶共设置3个测孔,见图3,以监测不同部位围岩深部位移随开挖和支护时间变化的规律。现场共设置3个监测断面,埋设9套多点位移计,测孔深23~25 m,分别布置在III和IV类围岩的3个断面上(见表1)。 监测内容之二是锚杆轴力随时间的变化,监测过程从隧道开挖后锚杆安装直到二衬施作以后,采用光纤测量技术进行监测,事先将Bragg光栅应变计敷设到监测锚杆上,每根锚杆上均匀布置4片光栅应变计,如图4所示,应变计之间采用串联方式连接,形成回路与解调仪连接。之所以形成回路是为了在连接光纤发生某处破断时,解调仪仍能从光纤的另一端接收到来自光栅应变计的调制信号。当监测锚杆受力变形时,光纤光栅解调仪能够随时捕捉到监测锚杆上的光栅应变计在外力作用下光波波长的变化,根据波长与应变的率定关系和锚杆杆体的应力应变关系即可确定锚杆各处所受的轴力。关于Bragg光栅传感器用于应变测量的详细原理,可参阅相关研究[4~9]。锚杆轴力测试共布置了3个监测断面,分别位于II,III,IV类围岩的典型断面上(详见表1)。对II,III类围岩,在每个断面的拱顶、拱肩和边墙部位布置5根监测锚杆;对IV类围岩,仅在监测断面的拱顶和拱肩处布置3根监测锚杆(见图5)。 监测内容之三是初衬支护后围岩作用于二衬的压力随时间的变化,监测过程从二衬施作直到压力稳定。采用振弦式压力盒进行监测,压力盒布置在拱顶和左、右边墙处。由于测量电缆需穿过二衬及其背后的防水板,致使二衬防水困难,所以仅布置一个二衬压力监测断面。二衬接触压力监测断面测点布置如图5所示。 3 监控结果分析 3.1 围岩的深度位移 3.1.1 监测断面围岩绝对位移随时间的