大跨度地下空間支護(hù)體系應(yīng)力監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定性分析

1、大跨度地下空間支護(hù)體系應(yīng)力監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定性分析     賈劍青 王宏圖 李曉紅 胡國(guó)忠 李慧民 李開學(xué) 摘要：監(jiān)控量測(cè)是隧道新奧法設(shè)計(jì)與施工中必不可少的環(huán)節(jié)。結(jié)合重慶市輕軌較新線大坪車站大跨度地下空間施工支護(hù)體系受力和應(yīng)力監(jiān)測(cè)工程實(shí)踐，分析支護(hù)體系初期支護(hù)工字鋼拱應(yīng)力、錨桿軸力、噴射混凝土內(nèi)應(yīng)力、噴射混凝土與圍巖接觸壓力、臨時(shí)工字鋼支撐應(yīng)力、噴射混凝土與二次襯砌接觸壓力、二次襯砌鋼筋應(yīng)力等測(cè)試結(jié)果和變化規(guī)律，闡述大跨度地下空間支護(hù)結(jié)構(gòu)及參數(shù)選擇、量測(cè)方法及測(cè)試手段，并確定支護(hù)體系的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的安全性，其結(jié)果指導(dǎo)該工程的信息化施工。關(guān)鍵詞：隧道工程；大跨度；

2、新奧法；地下空間；支護(hù)體系；應(yīng)力監(jiān)測(cè)；穩(wěn)定性 1 引 言      在隧道及地下空間工程的建設(shè)中，越來越多地采用新奧法施工。新奧法以“管超前，少擾動(dòng)，早噴錨，勤量測(cè)，緊封閉”為施工方針，以光面或雙光面爆破、預(yù)裂爆破為開挖手段，以噴射混凝土、錨桿、鋼拱架及鋼筋網(wǎng)為初期支護(hù)手段，以復(fù)合式襯砌作為支護(hù)體系，通過施工量測(cè)及信息的及時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)隧道及地下空間工程施工的合理化、信息化和科學(xué)化13。檢測(cè)是隧道及地下工程設(shè)計(jì)、施工是否合理的直接判斷手段目前，在隧道及地下空間工程信息化施工中，對(duì)支護(hù)體系穩(wěn)定性研究主要集中在支護(hù)體系變形的監(jiān)測(cè)和錨桿軸力監(jiān)

3、測(cè)研究上46。然而，根據(jù)地下空間工程的特點(diǎn)，還需要對(duì)支護(hù)體系進(jìn)行全面應(yīng)力監(jiān)測(cè)和分析。      大坪車站是重慶輕軌較新線的重要組成部分，該車站暗挖段開挖跨度大，地表交通運(yùn)輸干道且地表建筑物密集。為確保工程施工及地表建筑物的安全，在該地下工程開挖過程中，對(duì)初期支護(hù)工字鋼拱應(yīng)力、錨桿軸力、噴射混凝土內(nèi)應(yīng)力、噴射混凝土與圍巖間接觸壓力、臨時(shí)工字鋼支撐應(yīng)力、噴射混凝土與二次襯砌間接觸壓力、二次襯砌鋼筋應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以全面掌握該地下工程施工過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；通過信息反饋，及時(shí)調(diào)整施工方案及修正施工設(shè)計(jì)，盡而對(duì)該地下空間工程施工期間支護(hù)體系的安全性及

4、穩(wěn)定性進(jìn)行全面的評(píng)估及預(yù)測(cè)，以全面掌握該地下工程施工過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀況；通過信息反饋，及時(shí)調(diào)整施工方案及修正設(shè)計(jì)，進(jìn)而對(duì)隧道施工期間支護(hù)體系的安全穩(wěn)定性進(jìn)行全面的評(píng)估及預(yù)測(cè)，從而確保工程安全性。2 工程概況      重慶輕軌較新線大坪車站隧道里程為 DK7+609.7DK7+804.0，全長(zhǎng) 194.3 m。該隧道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，斷面變化大，道岔區(qū)最大開挖跨度 27.2 m，是目前亞洲城市交通單跨最大的隧道。其中，DK7+658.2DK7+804.0 為暗挖施工，暗挖段長(zhǎng)度145.8 m，最大開挖寬度 26.3 m，開挖高度 20.6 m，最

5、大開挖面積 430.0 m2；車站圍巖以泥巖和砂巖為主，強(qiáng)度較低，自穩(wěn)能力差。隧道頂板巖土體賦存情況及巖層物理力學(xué)參數(shù)如表 1，2 所示。3 監(jiān)測(cè)斷面布置及測(cè)試手段3.1 監(jiān)測(cè)斷面布置      根據(jù)大坪車站地表建筑物的分布以及洞內(nèi)開挖斷面的具體情況，在該車站共布置 6 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布置如圖 1 所示。     5 支護(hù)體系穩(wěn)定性分析      該地下工程監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，初期支護(hù)工字鋼拱應(yīng)力、錨桿軸力、噴射混凝土內(nèi)應(yīng)力、噴射混凝土與圍巖間接觸壓力

6、、臨時(shí)工字鋼支撐應(yīng)力、噴射混凝土與二次襯砌間接觸壓力及二次襯砌鋼筋應(yīng)力等在支護(hù)初期受力和應(yīng)力變化均比較大，從初支到基本穩(wěn)定一般需要 120140 d。從各支護(hù)體系的應(yīng)力變化趨勢(shì)來看，當(dāng)拱頂應(yīng)力基本收斂時(shí)，拱腰和拱腳應(yīng)力也收斂，亦即對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)而言，支護(hù)體系應(yīng)力變化趨勢(shì)是協(xié)調(diào)一致的。      支護(hù)體系穩(wěn)定后，工字鋼應(yīng)力、臨時(shí)鋼支撐應(yīng)力、二次襯砌鋼筋應(yīng)力、噴射混凝土內(nèi)應(yīng)力及二次襯砌與噴射混凝土間接觸壓力在中線拱處均大于左、右拱腰及拱腳應(yīng)力，右拱腰或右拱腳應(yīng)力大于左拱腰或左拱腳應(yīng)力，且拱腳應(yīng)力大于拱腰應(yīng)力；錨桿軸力中線拱大于拱腳和拱腰，但受力均比較小

7、，均在強(qiáng)度范圍內(nèi)；支護(hù)體系內(nèi)應(yīng)力接近于 0，說明支護(hù)體系不會(huì)出現(xiàn)拉破壞。由此可見，單一支護(hù)體系均處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)然由支護(hù)體系“串聯(lián)”起來的支護(hù)體系也是穩(wěn)定的10。6 結(jié) 論      (1) 初期支護(hù)應(yīng)力及圍巖與支護(hù)體系間接觸壓力均隨著監(jiān)測(cè)斷面附近巖土體的開挖而不斷調(diào)整變化；在該地下工程施工過程中，有些監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值快速異常增大，個(gè)別監(jiān)測(cè)斷面應(yīng)力值甚至將要超過規(guī)范允許的強(qiáng)度值；根據(jù)反饋的監(jiān)測(cè)信息，及時(shí)調(diào)整施工方案和支護(hù)參數(shù)，使各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值最終穩(wěn)定在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，避免險(xiǎn)情的發(fā)生，確保工程施工安全。   

8、   (2) 隨著下部核心巖土體的開挖，下部巖土體的支撐壓力作用在工字鋼拱上，使該斷面工字鋼拱應(yīng)力出現(xiàn)一定幅度的上升，中線拱頂工字鋼拱應(yīng)力增加較為明顯，最大達(dá) 110.3 MPa，但在下部邊墻施作二次襯砌后，該斷面工字鋼拱應(yīng)力下降并趨于穩(wěn)定，由此可見，地下工程的開挖方式對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有重大影響。      (3) 該斷面錨桿軸力初期值較大，最大達(dá)到 51.8kN，在該斷面下部邊墻進(jìn)行二次襯砌后，錨桿軸力明顯下降并趨于穩(wěn)定。      (4) 施作二次襯砌后，工字鋼拱應(yīng)力、

9、錨桿軸力及圍巖與支護(hù)間的接觸壓力均出現(xiàn)下降趨勢(shì)并最終趨于穩(wěn)定。由此可見，二次襯砌在改善圍巖初期支護(hù)受力狀態(tài)以及增加初期支護(hù)與圍巖的穩(wěn)定性方面起著十分重要的作用。<P參考文獻(xiàn)(References)：1 馮衛(wèi)星，徐明星. 鐵路隧道新奧法施工新實(shí)踐J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2001，20(4)：524526.(Feng Weixing，Xu Mingxing. Newpractice of NATM in railway tunnel constructionJ. Chinese Journalof Rock Mechanics and Engineering，2001，20(4)：5245

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