黃土隧道施工性態(tài)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析.doc

第4章 黃土隧道施工性態(tài)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析為了掌握濕陷性黃土隧道在施工過(guò)程中圍巖變形與支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特征，保證鳳市區(qū)間黃土隧道施工安全并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，以及根據(jù)設(shè)計(jì)施工和相關(guān)規(guī)范要求737475，選擇若干典型隧道斷面埋設(shè)元件進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目有：地表沉降、隧道頂拱下沉、水平收斂、鋼支撐內(nèi)力、圍巖壓力。4.1 監(jiān)測(cè)方案4.1.1 監(jiān)測(cè)斷面隧道監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的選擇，應(yīng)以工程條件確定之后所進(jìn)行的工程性態(tài)預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，同時(shí)還應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)目的的不同選擇監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目。鳳市區(qū)間隧道由于中南部和南部靠市圖書(shū)館站段的隧道內(nèi)設(shè)計(jì)有存車(chē)線和渡線道岔區(qū)，所以斷面結(jié)構(gòu)型式除有單線隧道外，還有小間距隧道和雙線隧道，共有單拱、雙連拱、小間距隧道3種類(lèi)型和7種斷面型式，具體位置見(jiàn)圖2-1，為此在施工監(jiān)測(cè)中主要選擇的監(jiān)測(cè)斷面見(jiàn)表4-1。表4-1鳳市區(qū)間隧道量測(cè)斷面布置監(jiān)測(cè)類(lèi)型測(cè)試項(xiàng)目名稱(chēng)儀器斷面里程斷面類(lèi)型位移監(jiān)測(cè)地表沉降水準(zhǔn)儀DK6+160 DK6+380DK6+600DK6+660單線A型 + 單線B型單線A 型 + 單線B型單線A 型 + 雙線B型單線A型 + 雙線A型拱頂沉降水準(zhǔn)儀水平收斂收斂計(jì)內(nèi)力量測(cè)鋼支撐鋼弦式傳感器YDK5+740YDK6+660DK6+750單線A 型 + 單線C型單線A型 + 雙線A型雙連拱圍巖壓力壓力盒4.1.2 監(jiān)測(cè)方法（1）地表沉降監(jiān)測(cè)地表沉降監(jiān)測(cè)采用水準(zhǔn)儀在選取斷面地表處進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)高程差得出地表在施工過(guò)程中的沉降量。在每個(gè)測(cè)試斷面上布置7個(gè)測(cè)點(diǎn)，兩測(cè)點(diǎn)間的間距約為10m，具體如圖4-1所示。圖4-1 地表沉降測(cè)點(diǎn)布置示意圖（2）隧道洞室收斂監(jiān)測(cè)圖4-2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布點(diǎn)圖拱頂沉降監(jiān)測(cè)采用水準(zhǔn)儀在選取斷面處進(jìn)行量測(cè)，周邊收斂采用收斂計(jì)在選取斷面處進(jìn)行量測(cè)，通過(guò)高程差得出拱頂在施工過(guò)程中的沉降量，通過(guò)高程差得出拱頂在施工過(guò)程中的收斂值，測(cè)點(diǎn)布置具體如圖4-2所示。（3）圍巖壓力監(jiān)測(cè)圍巖壓力監(jiān)測(cè)是在圍巖與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)之間埋設(shè)鋼弦式壓力盒以量它們之間的接觸壓力。在開(kāi)挖到測(cè)試斷面時(shí)，預(yù)先將壓力盒焊接到襯砌的幾個(gè)測(cè)量位置上，隨后噴射混凝土將壓力盒穩(wěn)固的固定在初期支護(hù)上，注意要將壓力盒頂面平整、緊密的和圍巖接觸，隨后在隧道施工過(guò)程中通過(guò)不斷的對(duì)壓力盒進(jìn)行量測(cè)得到圍巖壓力數(shù)據(jù)，掌握襯砌的變形規(guī)律。 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用鋼弦式傳感器進(jìn)行采集，該量測(cè)元件工作原理是由鋼弦的應(yīng)力變化轉(zhuǎn)變?yōu)殇撓艺饎?dòng)頻率的變化，通過(guò)頻率儀來(lái)測(cè)定鋼弦震動(dòng)頻率，從而測(cè)出鋼弦應(yīng)力的變化。鋼弦應(yīng)力與鋼弦震動(dòng)頻率之間有如下關(guān)系7677： （4-1）式中：鋼弦振動(dòng)頻率 鋼弦長(zhǎng)度 鋼弦所受的張拉應(yīng)力 鋼弦的密度以壓力盒為例，當(dāng)壓力盒做成后，鋼弦長(zhǎng)度、密度已知，鋼弦頻率只取決于鋼弦上的張拉應(yīng)力，而鋼弦上產(chǎn)生的張拉應(yīng)力又取決于外來(lái)應(yīng)力，從而使鋼弦頻率與薄膜所受應(yīng)力的關(guān)系如下7677： （4-2）式中：壓力盒受壓后鋼弦的頻率 壓力盒未受壓時(shí)鋼弦的頻率 標(biāo)定系數(shù)，與傳感器構(gòu)造有關(guān)，各傳感器各不相同； 壓力盒底部薄膜所受的壓力圖4-3量測(cè)測(cè)點(diǎn)編號(hào)示意圖鋼弦式傳感器構(gòu)造簡(jiǎn)單，測(cè)試結(jié)果比較穩(wěn)定，受外界溫度影響小，易于防潮，便于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)同時(shí)長(zhǎng)期觀測(cè)，在隧道及地下工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。鋼筋內(nèi)力測(cè)試由鋼筋應(yīng)變計(jì)進(jìn)行，測(cè)點(diǎn)具體布置示意圖見(jiàn)圖4-3。在格柵拱架上下緣分別焊接上鋼筋計(jì)，這樣在安裝后就能直接測(cè)出格柵拱架的應(yīng)力，分析格柵拱架的受力，掌握拱架的變形。4.1.3 監(jiān)控項(xiàng)目控制標(biāo)準(zhǔn)為了將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及時(shí)整理、分析，進(jìn)而準(zhǔn)確的反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況，更加有效地指導(dǎo)地鐵隧道現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)和施工，對(duì)特殊地質(zhì)及結(jié)構(gòu)情況采取適當(dāng)?shù)氖┕た刂拼胧?，根?jù)對(duì)典型斷面的量測(cè)內(nèi)容，量測(cè)技術(shù)規(guī)范和相關(guān)工程案例，制定了拱頂下沉、地表沉降鋼支撐內(nèi)力等項(xiàng)目的監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)78798081，見(jiàn)表4-2。表4-2 監(jiān)控項(xiàng)目控制標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)項(xiàng)目/地段單線A、B、D隧道及雙連拱小隧道襯砌斷面單線C、雙線A、B隧道及雙連拱大隧道襯砌斷面拱頂下沉（mm）5070地表沉降（mm）3050水平收斂位移（mm）2030鋼支撐內(nèi)應(yīng)力（MPa）按規(guī)范的規(guī)定設(shè)計(jì)值來(lái)控制圍巖與噴層間接觸壓力（KPa）根據(jù)施工后實(shí)際地質(zhì)情況確定安全值4.2 位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析圖4-4至圖4-14為隧道DK6+380斷面施工過(guò)程中位移及速率（包括地表沉降、拱頂沉降、水平收斂）變化時(shí)程曲線，圖4-15至圖4-25給出了DK6+600斷面位移及速率變化時(shí)程曲線，圖4-26至圖4-36為DK6+660斷面位移及速率變化時(shí)程曲線，圖4-37至圖4-43給出了DK6+750斷面位移及速率變化時(shí)程曲線圖，以下為各斷面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析。4.2.1 DK6+380斷面（1）地表沉降分析圖4-4 地表累積沉降變化時(shí)程曲線圖4-5 地表沉降速率變化時(shí)程曲線DK6+380斷面測(cè)試得到的各特征點(diǎn)沉降值隨時(shí)間變化的時(shí)程曲線如圖4-4所示，地表沉降速率變化時(shí)程曲線如圖4-5所示，地表沉降橫向分布曲線如圖4-6所示。 圖4-6 地表沉降橫向分布曲線根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果分析可知：1）DK6+380斷面存在左右線兩個(gè)隧道，都采用臺(tái)階預(yù)留核心土方法施工，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)間有明顯的臺(tái)階狀變化，處于兩側(cè)的1號(hào)點(diǎn)和7號(hào)點(diǎn)數(shù)據(jù)曲線有兩個(gè)明顯的臺(tái)階狀變化，變化時(shí)間與各自靠近的隧道開(kāi)挖進(jìn)程時(shí)間相吻合（上下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)沉降大）。2）2、3、5、6號(hào)四個(gè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在四個(gè)明顯的臺(tái)階狀變化，其中兩個(gè)變化劇烈，兩個(gè)稍有變化，且變化劇烈時(shí)對(duì)應(yīng)著正下方隧道上下臺(tái)階的開(kāi)挖，稍有變化時(shí)對(duì)應(yīng)著另一個(gè)隧道的上下臺(tái)階的開(kāi)挖。3）各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降隨時(shí)間不斷變大，累計(jì)沉降最大的點(diǎn)為左線隧道拱頂處（3號(hào)點(diǎn)），沉降值達(dá)到-29.39mm，累計(jì)沉降最小的點(diǎn)為1號(hào)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)最左端），沉降值為-12.88mm。4）各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降速率隨時(shí)間變化規(guī)律大致為，先變大，在隨著開(kāi)挖進(jìn)程波動(dòng)，最后變小，最大速率值為-3.84mm/d 位于左線隧道拱頂處（3號(hào)點(diǎn)），此時(shí)左線隧道上臺(tái)階開(kāi)挖到DK6+380斷面；5）地表沉降橫向分布為隧道正上方（3號(hào)點(diǎn)和5號(hào)點(diǎn)）沉降相對(duì)較大，左右線隧道中間（4號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)）沉降略小，從隧道正上方（3號(hào)點(diǎn)和5號(hào)點(diǎn)）向外沉降依次變小，整體來(lái)看地表沉降橫向分布呈倒雙峰駝狀，但7號(hào)點(diǎn)一側(cè)的右線隧道上方監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降大于左線隧道上方監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降，其原因可能是右線隧道屬后開(kāi)挖隧道，其上方地層土體受到兩次開(kāi)挖的擾動(dòng)影響大于先開(kāi)挖的左線隧道上方土體79。（2）拱頂沉降分析圖4-7 YDK6+380拱頂下沉累積變化時(shí)程曲線圖4-8 YDK6+380拱頂下沉速率變化時(shí)程曲線圖4-9 ZDK6+380拱頂下沉累積變化時(shí)程曲線圖4-10 ZDK6+380拱頂下沉速率變化時(shí)程曲線YDK6+380斷面測(cè)試得到的拱頂下沉累積沉降變化的時(shí)程曲線如圖4-7所示，拱頂下沉沉降速率變化的時(shí)程曲線如圖4-8所示，ZDK6+380斷面拱頂下沉累積沉降變化的時(shí)程曲線如圖4-9所示，拱頂下沉沉降速率變化的時(shí)程曲線如圖4-10所示。根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果分析可知：1） 左、右線隧道拱頂沉降隨時(shí)間不斷增大，沉降穩(wěn)定后，左線隧道拱頂沉降值為-19.94mm，右線隧道拱頂沉降值為-16.37mm，右線隧道拱頂沉降小于左線隧道拱頂沉降，監(jiān)測(cè)表明右線隧道施工支護(hù)要好于左線隧道。2）隧道采用臺(tái)階預(yù)留核心土方法施工，左、右線隧道拱頂沉降曲線都存在兩個(gè)明顯的臺(tái)階，分別對(duì)應(yīng)各自隧道的上下臺(tái)階開(kāi)挖。3）左、右線隧道拱頂沉降變化速率在各自隧道上、下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)明顯變大，之后總體呈不斷變小的趨勢(shì)，左線隧道拱頂沉降速率最大為-6.17mm/d，右線隧道拱頂沉降速率最大為-4.11mm/d。（3）周邊收斂值分析圖4-11 YDK6+380收斂變化時(shí)程曲線圖4-12 YDK6+380收斂速率變化時(shí)程曲線圖4-13 ZDK6+380收斂變化時(shí)程曲線圖4-14 ZDK6+380收斂速率變化時(shí)程曲線YDK6+380斷面測(cè)試得到的各特征點(diǎn)收斂變化時(shí)程曲線如圖4-11所示，收斂速率變化時(shí)程曲線如圖4-12所示，ZDK6+380斷面測(cè)試得到的各特征點(diǎn)收斂變化時(shí)程曲線如圖4-13所示，收斂速率變化時(shí)程曲線如圖4-14所示。根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果分析可知：1）左、右線隧道收斂變化量隨時(shí)間呈不斷增大趨勢(shì)，左線隧道收斂累積變化量為-6.95mm，右線隧道收斂累積變化量為-5.36mm。2） 左、右線隧道收斂變化速率隨時(shí)間呈不斷變小趨勢(shì)，說(shuō)明左、右線隧道總體上不斷向內(nèi)收斂，右線隧道斷面開(kāi)挖當(dāng)天收斂變化速率為-1.08mm/d，左線隧道斷面開(kāi)挖當(dāng)天收斂變化速率為1.24mm/d，說(shuō)明右線隧道下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)向內(nèi)收斂，左線隧道下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)向外擴(kuò)張。4.2.2 DK6+600斷面（1）地表沉降分析圖4-15地表累積沉降變化時(shí)程曲線圖4-16地表沉降速率變化時(shí)程曲線DK6+600斷面測(cè)試得到的各特征點(diǎn)沉降值隨時(shí)間變化的時(shí)程曲線如圖4-15所示，地表沉降速率變化時(shí)程曲線如圖4-16所示，地表沉降橫向分布曲線如圖4-17所示。圖4-17地表沉降橫向分布曲線根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果分析可知：1）隨著施工的進(jìn)行，地表累積沉降量逐漸增大，斷面開(kāi)挖前后一周內(nèi)由于施對(duì)地表擾度較大，地表沉降速率變化較大，斷面開(kāi)挖一周后，地表沉降速率逐漸減小，地表沉降趨于穩(wěn)定。2）地表沉降隨時(shí)間的增加不斷變大，DK6+600斷面四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)最終沉降值最大的點(diǎn)為右線隧道拱頂（5號(hào)點(diǎn)），沉降值達(dá)到-30.2mm。3）隧道開(kāi)挖斷面到達(dá)YDK6+600（11月5日），右線隧道拱頂處（5號(hào)點(diǎn)）沉降速率最大，為-3.9mm/d；地表最終沉降橫向分布，隧道斷面中心（5號(hào)點(diǎn)）的沉降值最大，隧道斷面中心左側(cè)測(cè)點(diǎn)（4號(hào)點(diǎn)）次之，最小為隧道斷面右端測(cè)點(diǎn)（7號(hào)點(diǎn)），其規(guī)律表明隧道上方地表4號(hào)點(diǎn)一側(cè)的沉降大于6號(hào)點(diǎn)一側(cè)，最大沉降大致處于隧道斷面中心（5號(hào)點(diǎn)）的位置。（2）拱頂沉降分析YDK6+600斷面測(cè)試得到的拱頂下沉累積沉降變化的時(shí)程曲線如圖4-18所示，拱頂下沉沉降速率變化的時(shí)程曲線如圖4-19所示，ZDK6+600斷面拱頂下沉累積沉降變化的時(shí)程曲線如圖4-20所示，拱頂下沉沉降速率變化的時(shí)程曲線如圖4-21所示。圖4-20 ZDK6+600拱頂下沉累積變化時(shí)程曲線圖4-21 ZDK6+600拱頂下沉速率變化時(shí)程曲線圖4-18 DK6+600拱頂下沉累積變化時(shí)程曲線圖4-19 DK6+600拱頂下沉速率變化時(shí)程曲線根據(jù)以上結(jié)果分析可知：1） 右、左洞隧道拱頂累積沉降總體上隨時(shí)間呈不斷增大的趨勢(shì)，穩(wěn)定后，右洞隧道拱頂累積沉降值為-23.7mm，左洞隧道拱頂累積沉降值為-17.4mm；左右兩洞拱頂累積沉降值較小，這是由于此斷面采用CRD施工工法，支護(hù)較強(qiáng)。2） 左右洞隧道拱頂沉降速率在沉降穩(wěn)定前隨時(shí)間不斷減小，右洞隧道拱頂沉降速率有一個(gè)起伏，這是由于右洞在拆除中隔墻較左洞早，對(duì)隧道周邊土體擾動(dòng)相對(duì)較大。（3）周邊收斂值分析圖4-22 YDK6+600收斂變化時(shí)程曲線圖4-23 YDK6+600收斂速率變化時(shí)程曲線YDK6+600斷面測(cè)試得到的收斂變化時(shí)程曲線如圖4-22所示，收斂速率變化時(shí)程曲線如圖4-23所示，ZDK6+600收斂變化時(shí)程曲線如圖4-24所示，收斂速率變化時(shí)程曲線如圖4-25所示。圖4-24 ZDK6+600收斂變化時(shí)程曲線圖4-25 ZDK6+600收斂速率變化時(shí)程曲線根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果分析可知：1） 從圖中可以看出，DK6+600收斂值隨著作業(yè)面的向前推進(jìn)而增大，作業(yè)面開(kāi)挖至DK6+600，周邊收斂值變化顯著，收斂速率為-6.5mm/d。隨著施工的進(jìn)行，收斂速率不斷變化，作業(yè)面的向前推進(jìn)離斷面10天后，收斂值趨于穩(wěn)定，變化很小。2）從整體來(lái)看，收斂值不斷增加，變化時(shí)間集中于斷面開(kāi)挖一周內(nèi)，分析主要原因：由于作業(yè)面離測(cè)點(diǎn)較近，變化較大。3)從圖中可以看出，由于臨時(shí)仰拱拆除（11月6日），收斂值變化較大，導(dǎo)致支護(hù)減弱，周邊收斂速率加快。4.2.3 DK6+660斷面（1）地表沉降分析DK6+660斷面測(cè)試得到的各特征點(diǎn)沉降值隨時(shí)間變化的時(shí)程曲線如圖4-26所示，地表沉降速率變化時(shí)程曲線如圖4-27所示，地表沉降橫向分布曲線如圖4-28所示。圖4-26地表累積沉降變化時(shí)程曲線圖4-27地表累積沉降變化時(shí)程曲線圖4-28地表沉降橫向分布曲線根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果分析可知：1）隨著施工的進(jìn)行，地表累積沉降量逐漸增大，斷面開(kāi)挖前后一周內(nèi)由于施工對(duì)地表擾度較大，地表沉降速率變化較大，斷面開(kāi)挖一周后，地表沉降速率逐漸減小，地表沉降趨于穩(wěn)定。2）地表沉降隨時(shí)間的增加不斷變大，DK6+660斷面最終沉降位于右線隧道拱頂（5號(hào)點(diǎn)），沉降值達(dá)到-28.1mm。3）隧道開(kāi)挖斷面到達(dá)YDK6+660，右線隧道拱頂（5號(hào)點(diǎn)）沉降速率最大，為-5.3mm/d；地表最終沉降橫向分布，右線隧道拱頂（5號(hào)點(diǎn)）沉降值最大，4號(hào)點(diǎn)次之，最小為7號(hào)點(diǎn)，其規(guī)律表明隧道上方地表左側(cè)（4號(hào)點(diǎn)）沉降大于隧道上方地表右側(cè)（7號(hào)點(diǎn)），最大沉降大致處于隧道斷面中心略微靠近右線隧道拱頂（5號(hào)點(diǎn)）位置。（2）拱頂沉降分析YDK6+660斷面拱頂下沉累積沉降變化的時(shí)程曲線如圖4-29所示，拱頂下沉沉降速率變化的時(shí)程曲線如圖4-30所示，ZDK6+660斷面拱頂下沉累積沉降變化的時(shí)程曲線如圖4-31所示，拱頂下沉沉降速率變化的時(shí)程曲線如圖4-32所示。圖4-29 YDK6+660拱頂下沉累積沉降變化時(shí)程曲線圖 4-30 YDK6+660拱頂沉降速率變化時(shí)程曲線圖4-31 ZDK6+660拱頂下沉累積沉降變化時(shí)程曲線圖4-32 ZDK6+660拱頂沉降速率變化時(shí)程曲線根據(jù)以上結(jié)果分析可知：1） 左右洞隧道拱頂累積沉降總體上隨時(shí)間呈不斷增大的趨勢(shì)，穩(wěn)定后，右洞隧道拱頂累積沉降值為-29.3mm，左洞隧道拱頂累積沉降值為-32.7mm，兩洞沉降值均在控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，滿(mǎn)足施工要求。2）左右洞隧道開(kāi)挖面經(jīng)過(guò)該監(jiān)測(cè)斷面后都呈現(xiàn)明顯的收斂趨勢(shì)，左洞的拱頂沉降量要比右洞的大，這是由于右洞施工比左洞慢，在后續(xù)施工過(guò)程中，對(duì)左洞隧道土體產(chǎn)生相應(yīng)擾動(dòng)，使得左洞拱頂沉降較大。（3）周邊收斂值分析圖4-35 ZDK6+660收斂變化時(shí)程曲線圖4-36 ZDK6+660收斂速率變化時(shí)程曲線圖4-33 YDK6+660收斂變化時(shí)程曲線圖4-34 YDK6+660收斂速率變化時(shí)程曲線YDK6+660斷面收斂變化時(shí)程曲線如圖4-33所示，收斂速率變化時(shí)程曲線如圖4-34所示，ZDK6+660收斂變化時(shí)程曲線如圖4-35所示，收斂速率變化時(shí)程曲線如圖4-36所示。根據(jù)以上結(jié)果分析可知：1）從圖中可以看出，DK6+660各測(cè)點(diǎn)收斂值隨著作業(yè)面的向前推進(jìn)而增大，作業(yè)面開(kāi)挖至DK6+660，周邊收斂值變化顯著，收斂速率為-4.4mm/d。隨著施工的進(jìn)行，收斂速率不斷變化，作業(yè)面向前推進(jìn)離斷面10天后收斂值趨于穩(wěn)定，變化很小。2）從整體來(lái)看，收斂值不斷增加，變化時(shí)間集中于斷面開(kāi)挖10天內(nèi)，分析主要原因：由于作業(yè)面離測(cè)點(diǎn)較近，變化較大。3)從圖中可以看出，臨時(shí)仰拱拆除當(dāng)天，收斂值變化較大，這是由于臨時(shí)仰拱拆除，導(dǎo)致支護(hù)減弱，周邊收斂速率加快。4.2.4 DK6+750斷面（1）地表沉降分析圖4-37 地表累積沉降變化時(shí)程曲線圖4-38地表沉降速率變化時(shí)程曲線DK6+750斷面測(cè)試得到的各特征點(diǎn)沉降值隨時(shí)間變化的時(shí)程曲線如圖4-37所示，地表沉降速率變化時(shí)程曲線如圖4-38所示，地表沉降橫向分布曲線如圖4-39所示。圖4-39地表沉降橫向分布曲線根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果分析可知：1）整體來(lái)看，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累積沉降值隨時(shí)間不斷增大，累積沉降最大的點(diǎn)為5號(hào)點(diǎn)，最大沉降值達(dá)到-39.32mm。2）各監(jiān)測(cè)點(diǎn)地表沉降速率隨時(shí)間整體上先變大，作業(yè)面到達(dá)測(cè)點(diǎn)斷面時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)地表沉降速率達(dá)到最大，之后不斷變小，最大沉降速率為-6.94mm/d，位于右線隧道拱頂處（5號(hào)點(diǎn)）。（2）拱頂沉降分析圖4-41 DK6+750拱頂下沉速率變化時(shí)程曲線圖4-40 DK6+750拱頂下沉累積變化時(shí)程曲線DK6+750斷面測(cè)試得到的拱頂下沉累積沉降變化的時(shí)程曲線如圖4-40所示，拱頂下沉沉降速率變化的時(shí)程曲線如圖4-41所示。根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果分析可知：1）拱頂累積沉降隨時(shí)間不斷增大，穩(wěn)定后，沉降值為-15.89mm，隧道采用中隔墻+臺(tái)階+CRD方法進(jìn)行施工，拱頂沉降曲線存在4個(gè)明顯的臺(tái)階。2）拱頂沉降速率隨隧道開(kāi)挖進(jìn)程，在每塊開(kāi)挖時(shí)都突然變大，之后又不斷變小，隧道第一塊區(qū)域開(kāi)挖時(shí)沉降速率最大，沉降速率為-2.60mm/d。（3）周邊收斂值分析圖4-42 DK6+750收斂變化時(shí)程曲線圖4-43 DK6+750收斂速率變化時(shí)程DK6+750斷面測(cè)試得到的各特征點(diǎn)收斂變化時(shí)程曲線如圖4-42所示，收斂速率變化時(shí)程曲線如圖4-43所示。根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果分析可知：1） 該斷面收斂變化量總體上隨時(shí)間不斷變大，斷面開(kāi)挖10天后有一個(gè)突然減小，穩(wěn)定后，收斂變化量為-6.41mm。2）收斂變化速率隨時(shí)間總體上呈不斷變小趨勢(shì)，斷面開(kāi)挖6天后、斷面開(kāi)挖10天后突然變大，斷面開(kāi)挖13天后突然變小，最大收斂變化速率在隧道第一塊開(kāi)挖后，收斂速率為-2.54mm/d。4.3 內(nèi)力量測(cè)結(jié)果分析圖4-44至圖4-47給出了隧道DK5+740斷面施工過(guò)程中格柵鋼架軸力分布、軸力時(shí)程曲線、圍巖壓力及其時(shí)程曲線圖，圖4-48至圖4-52為DK6+660斷面軸力分布、軸力時(shí)程曲線、圍巖壓力及其時(shí)程曲線圖，圖4-53至圖4-54為DK6+750斷面軸力分布、軸力時(shí)程曲線、圍巖壓力及其時(shí)程曲線圖，以下為各斷面內(nèi)力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析。4.3.1 YDK5+740斷面（1）格柵鋼架主筋內(nèi)力DK5+740斷面測(cè)試得到的各特征點(diǎn)格柵鋼架主筋軸力分布圖如圖4-44所示，各特征點(diǎn)斷面格柵鋼架主筋軸力時(shí)程曲線如圖4-45所示。 （a）外緣主筋軸力分布圖 （b）外緣主筋軸力分布圖(a)外緣軸力時(shí)間曲線圖 (b)內(nèi)緣軸力時(shí)間曲線圖圖4-45 YDK5+740斷面格柵鋼架軸力時(shí)程曲線（kN）圖4-44 YDK5+740斷面格柵鋼架主筋軸力分布圖（kN）根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果分析可知：1）格柵鋼架以受壓為主，只有仰拱外側(cè)始終呈現(xiàn)受拉狀態(tài)，內(nèi)側(cè)墻腳處開(kāi)始受拉，隨著施工的進(jìn)行拉力逐漸減小，一周后轉(zhuǎn)為受壓，此時(shí)整個(gè)格柵鋼架（除仰拱外側(cè)）均呈現(xiàn)受壓狀態(tài)，有利于其發(fā)揮承載作用。2）格柵鋼架外緣和內(nèi)緣的變化規(guī)律基本一致，隨著施工的進(jìn)行不斷調(diào)整受力，初期變化速率較大，經(jīng)過(guò)一周左右，軸力增速有所減緩，主要因?yàn)槌跗谒淼篱_(kāi)挖后圍巖應(yīng)力釋放，作用在初支上的荷載逐漸增大。3）格柵鋼架拱頂外側(cè)受壓力最大，壓力達(dá)到-43.9kN，應(yīng)力值為-115.5MPa（負(fù)號(hào)表示受壓），最大拉力出現(xiàn)在仰拱外側(cè)，大小為16.8kN，應(yīng)力值為44.2MPa，均小于鋼筋的屈服強(qiáng)度，拱腰、邊墻及墻腳處軸力均較小。從格柵鋼架軸力大小和變化趨勢(shì)可以看出，初期支護(hù)中格柵鋼架的支護(hù)作用比較明顯，不僅能夠有效的維護(hù)隧道周邊圍巖穩(wěn)定，而且還能夠與圍巖同時(shí)變形，進(jìn)一步釋放圍巖應(yīng)力，對(duì)于黃土地鐵隧道來(lái)說(shuō)，施作格柵鋼架是很有必要的。（2）圍巖壓力DK5+740斷面測(cè)試得到的各特征點(diǎn)圍巖壓力分布圖如圖4-46所示，各特征點(diǎn)圍巖力時(shí)程曲線如圖4-47所示。圖4-47 YDK5+740斷面圍巖壓力變化時(shí)程曲線圖4-46 YDK5+740斷面圍巖壓力分布圖（kPa）根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果分析可知：1）自埋設(shè)元件后圍巖壓力迅速增大，一周后變化趨于穩(wěn)定，主要是因?yàn)辄S土容易受施工擾動(dòng)。各測(cè)點(diǎn)圍巖壓力變化規(guī)律基本一致，其中仰拱和左邊墻處初始階段增幅很小，隨后基本穩(wěn)定，這是由于斷面埋深較淺，隧道開(kāi)挖后土體能夠在短時(shí)間內(nèi)完成應(yīng)力釋放。2）圍巖壓力分布差異性明顯，其中，右邊墻及左墻腳的壓力增加幅度最大，右邊墻為0.04MPa，左墻腳為0.03MPa；仰拱和左邊墻的圍巖壓力較小，均小于0.005MPa。所以，圍巖壓力存在偏壓現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)及施工中均應(yīng)引起重視。4.3.2 YDK6+660斷面（1）格柵鋼架主筋內(nèi)力DK6+660斷面測(cè)試得到的各特征點(diǎn)格柵鋼架主筋軸力分布圖如圖4-48和4-49所示，各特征點(diǎn)斷面格柵鋼架主筋軸力時(shí)程曲線如圖4-50所示。（a）外側(cè)主筋軸力分布圖 （b）內(nèi)側(cè)主筋軸力分布圖 圖4-48 YDK6+660斷面右側(cè)開(kāi)挖鋼支撐軸力分布圖（kN） （a）外側(cè)主筋軸力分布圖 （b）內(nèi)側(cè)主筋軸力分布圖 圖4-49 YDK6+660斷面左側(cè)開(kāi)挖鋼支撐軸力分布圖（kN） （b）內(nèi)緣主筋軸力時(shí)間曲線圖圖4-50 YDK6+660斷面格柵鋼架主筋軸力變化時(shí)程曲線（kN） （a）外緣主筋軸力時(shí)間曲線圖根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果分析可知：1）格柵鋼架內(nèi)緣以受壓為主，而外緣在仰拱和右墻腳處為受拉狀態(tài)。格柵鋼架軸力在施做初期約一周的時(shí)間內(nèi)增幅明顯，隨后增速放緩，主要是因?yàn)槭┳龀跗?，掌子面不斷向前推進(jìn)，圍巖應(yīng)力釋放，作用在初支結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力迅速增大，而一周后測(cè)試斷面已與掌子面有一定的距離，軸力受掌子面推進(jìn)的影響較小。2）斷面仰拱和右邊墻格柵鋼架外緣始終保持受拉狀態(tài)，并且拉力較大，分別為30.2kN和7.5kN，其他測(cè)點(diǎn)均為受壓，最大-23.9kN和-20.5kN，斷面各位置存在拉壓交替現(xiàn)象，不利于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的支護(hù)作用，維護(hù)圍巖穩(wěn)定。3）5個(gè)月后 (5月12日)斷面左側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖之后，左拱腰、左邊墻處格柵鋼架軸力變化顯著，當(dāng)拆除中間支撐時(shí)，軸力出現(xiàn)劇烈變化，所以，中間支撐拆除后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二襯施做?？傮w來(lái)說(shuō)，斷面各處格柵鋼架軸力差異較大，斷面中出現(xiàn)了較大的拉力，但是，格柵鋼架能有效的承擔(dān)受拉作用，所以初期支護(hù)中格柵鋼架的作用比較明顯，起到了很好的支護(hù)作用。（2）圍巖壓力DK6+660斷面測(cè)試得到的各特征點(diǎn)圍巖壓力分布圖如圖4-51所示，各特征點(diǎn)圍巖力時(shí)程曲線如圖4-52所示。圖4-51 YDK6+660斷面圍巖壓力分布圖（kPa） 圖4-52 YDK6+660斷面圍巖壓力變化時(shí)程曲線根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果分析可知：除仰拱底外，其他測(cè)點(diǎn)處圍巖壓力變化不大，變化規(guī)律基本一致。仰拱處的圍巖壓力初始階段迅速增大，一周左右后增速減緩。仰拱處的最大圍巖壓力為0.05MPa，其他各測(cè)點(diǎn)的圍巖壓力均較小，小于0.016MPa。所以，整體上斷面的圍巖壓力較小，變化也較為穩(wěn)定。4.3.3 YDK6+750斷面（1）格柵鋼架主筋內(nèi)力（a）外側(cè)軸力分布圖 （b）內(nèi)側(cè)軸力分布圖圖4-53 YDK6+750斷面格柵鋼架主筋軸力分布圖（kN）DK6+660斷面測(cè)試得到的各特征點(diǎn)格柵鋼架主筋軸力分布圖如圖4-53所示，各特征點(diǎn)斷面格柵鋼架主筋軸力時(shí)程曲線如圖4-54所示。（a）外緣軸力時(shí)間曲線圖 （b）內(nèi)緣軸力時(shí)間曲線圖圖4-54 YDK6+750斷面格柵鋼架軸力變化時(shí)程曲線（kN）根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果分析可知：1）格柵鋼架軸力變化較為復(fù)雜，受施工擾動(dòng)顯著。格柵鋼架外緣軸力除拱頂和仰拱處外，均為受壓，壓力逐漸增大；仰拱外側(cè)呈受拉狀態(tài)，后期拉力趨于穩(wěn)定；拱頂外側(cè)在施做初期呈受壓狀態(tài)，1個(gè)月后 (5月9日)由于施工擾動(dòng)，壓力逐漸減小，轉(zhuǎn)為受拉。內(nèi)緣主筋均以受壓為主，并呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)；拱頂內(nèi)緣在1個(gè)月后 (5月9日)施工擾動(dòng)后，壓力劇烈增