王希巖

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222)

1 工程概況

武咸城際鐵路青龍山2#隧道位于武漢市江夏區(qū)境內(nèi)，隧址地形地貌為剝蝕低丘，丘坡下接長江高階地區(qū)，丘坡自然坡度30°左右，植被法育。隧道出口暗洞DK16 +300 ～+380 段地表為粉質(zhì)黏土夾碎石，局部為人工填土，硬塑狀，厚度27 ～30 m，黏性土具弱膨脹性，基底承載力為180 kPa;下伏石灰?guī)r，弱分化，灰?guī)r局部地段巖溶裂隙發(fā)育，基巖面起伏較大。隧道埋深3 ～17．5 m。

隧道按雙線客專標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，采用復(fù)合式襯砌斷面，初期支護(hù)采用I22b 鋼架，0．5 m 一榀，錨噴28 cm厚C25 混凝土;二襯采用C35 鋼筋混凝土，拱部及邊墻厚55 cm，仰拱厚65cm。開挖采用“40 m 超前管棚+小導(dǎo)管注漿”超前支護(hù)，開挖斷面為:最大跨度14．96 m，高度12．64 m，采用三臺階弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土開挖法施工。

2 圍巖與支護(hù)受力監(jiān)測概況

2．1 圍巖與支護(hù)受力監(jiān)測目的

圍巖與支護(hù)襯砌作為一個統(tǒng)一的力學(xué)體系，從圍巖與支護(hù)相互作用來看，圍巖既是荷載又是支撐結(jié)構(gòu)的重要組成部分，沒有一個統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型來表達(dá)二者相互作用的關(guān)系，只能通過大量實測數(shù)據(jù)來分析二者相互作用的關(guān)系。針對本隧道的大跨淺埋黏土地層的特殊情況，為防止開挖過程中出現(xiàn)圍巖與支護(hù)較大變形，為隧道圍巖穩(wěn)定性分析、動態(tài)設(shè)計和信息化施工提供科學(xué)依據(jù)。同時，作為工程運營時的監(jiān)測手段，可對接近危險值區(qū)段提前采取補(bǔ)救措施，以保證工程安全運營。

2．2 圍巖與受力監(jiān)測項目及布置

青龍山2 號隧道監(jiān)測項目包括:圍巖壓力，每斷面布設(shè)7 個測點，每測點布設(shè)1 個元件;鋼架內(nèi)力，每斷面布設(shè)5 測點，每測點布設(shè)4 個元件;錨桿軸力，每斷面布設(shè)4 測點，每測點布設(shè)3 個元件;初支與二襯間接觸壓力，每斷面布設(shè)7 個測點，每測點布設(shè)1 個元件;二次襯砌內(nèi)力，每斷面布設(shè)5 測點，每測點布設(shè)2 個元件;二襯鋼筋應(yīng)力，每斷面布設(shè)5 測點，每測點布設(shè)2 個元件。圍巖監(jiān)測布置如圖1 ～圖5 所示。

圖1 圍巖壓力測試土壓力盒布置

圖2 鋼架內(nèi)力測試應(yīng)變計布置(工字鋼)

3 測試頻率

圍巖與支護(hù)受力監(jiān)測頻率應(yīng)根據(jù)測點與開挖面的距離及位移速率來確定，具體如下:監(jiān)測項目埋設(shè)累計時間為1 ～15 d、16 ～30 d、30 ～90 d、＞90 d 對應(yīng)的監(jiān)測頻率分別為:1 次/d、1 次/2 d、1 次/3 d、1 次/7 d。

圖3 錨桿軸力測試鋼筋計布置

圖4 二次襯砌內(nèi)力測試應(yīng)變計布置

4 圍巖與支護(hù)受力監(jiān)測成果與分析

4．1 圍巖與支護(hù)受力監(jiān)測成果

按要求的測試頻率做好測試記錄及時進(jìn)行整理，監(jiān)測結(jié)果如圖6 ～圖11 所示。

圖5 二次襯砌鋼筋應(yīng)力測試鋼筋計布置

圖6 圍巖壓力累計值時態(tài)曲線圖

圖7 左拱腰型鋼內(nèi)力累計值時態(tài)曲線圖

4．2 監(jiān)測成果分析

(1)監(jiān)測至2011 年2 月15 日，DK16 +300 斷面圍巖與初支受力如下:圍巖壓力最大值167 kPa，左邊墻圍巖壓力達(dá)到674 kPa;初支型鋼主要承受壓應(yīng)力，量值在164 ～291 MPa 之間，左拱腰型鋼內(nèi)力達(dá)到404 MPa;該斷面錨桿軸力極小，錨桿的受力狀態(tài)于圍巖壓力、型鋼內(nèi)力狀態(tài)不匹配?？梢?，全粘結(jié)型錨桿在硬塑粘土地層中的錨固效果不佳?？傮w上該斷面圍巖與初支結(jié)構(gòu)受力處于偏高狀態(tài)。

(2)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)偏高的結(jié)果，果斷采取了以下處理措施:采用I22 型鋼對上導(dǎo)、中導(dǎo)坑已開挖斷面全面進(jìn)行“八字形”臨時支護(hù)，臨時支護(hù)型鋼與初支型鋼連接采用雙面焊接，并保證焊接質(zhì)量。中導(dǎo)坑初支完成后，馬上加設(shè)臨時仰拱，臨時仰拱采用I22 型鋼，加網(wǎng)噴厚度為28 cm 厚C25 混凝土。加快二襯施工進(jìn)度，縮短二襯與掌子面距離，確保施工安全。

圖8 右邊墻錨桿軸力累計值時態(tài)曲線圖

圖9 初支與二襯接觸壓力累計值時態(tài)曲線圖

圖10 左拱腰二襯混凝土應(yīng)力累計值時態(tài)曲線圖

(3)自2011 年2 月23 日二襯施工完成至2011 年4 月21 日，DK16 +300 斷面二襯結(jié)構(gòu)受力如下:初支與二襯間接觸壓力較小，一般不超過20 kPa;二襯混凝土應(yīng)力主要以壓應(yīng)力為主(量值在0．6 ～2．1 MPa)，局部呈微拉狀態(tài);二襯鋼筋內(nèi)力主要以壓應(yīng)力為主，量值較小，壓力不超過6．5 kN，局部呈微拉狀態(tài)，與二襯混凝土受力基本一致?？傮w上該斷面二襯結(jié)構(gòu)受力較小，設(shè)計二襯結(jié)構(gòu)安全，并有較大富余。

圖11 左拱腰二襯鋼筋內(nèi)力累計值時態(tài)曲線圖

5 結(jié)論

(1)對于大跨淺埋軟弱圍巖隧道進(jìn)行圍巖與支護(hù)受力監(jiān)測很有必要，它為隧道圍巖穩(wěn)定性分析、動態(tài)設(shè)計、信息化施工及驗證地下工程理論與研究提供科學(xué)依據(jù)，因此有重要意義。

(2)淺埋軟弱圍巖隧道大斷面開挖會破壞圍巖原有平衡，導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)，圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變大，要控制開挖引起的應(yīng)力重分布而不致使開挖空間失穩(wěn)，就要選擇暴露面積小，分塊、分步開挖的方法，如:采用中隔壁法，單側(cè)壁導(dǎo)坑法，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等。

(3)通過黏土地層全粘結(jié)型錨桿受力監(jiān)測，錨桿錨固效果不佳，又由于拱部開挖高度較小，一般在黏土或松軟地層中不應(yīng)設(shè)計全粘結(jié)型徑向錨桿加固。