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(kāi)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(chē)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(lái)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(kāi)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(guò)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(chē)站是重慶輕軌較新線的重要組成部分，該車(chē)站暗挖段開(kāi)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(kāi)挖過(guò)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(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；通過(guò)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(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀況；通過(guò)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(chē)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(kāi)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(kāi)挖寬度 26.3 m，開(kāi)挖高度 20.6 m，最

5、大開(kāi)挖面積 430.0 m2；車(chē)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(chē)站地表建筑物的分布以及洞內(nèi)開(kāi)挖斷面的具體情況，在該車(chē)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(lái)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(shuō)明支護(hù)體系不會(huì)出現(xiàn)拉破壞。由此可見(jiàn)，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(lái)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(kāi)挖而不斷調(diào)整變化；在該地下工程施工過(guò)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(guò)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(kāi)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(jiàn)，地下工程的開(kāi)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(jiàn)，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

10、26.(inChinese)2 劉洪洲. 華鎣山隧道新奧法施工中的位移量測(cè)分析J. 世界隧道，1999，(3)：2830，35.(Liu Hongzhou. Displacement measurementanalysis of Huayingshan tunnel during excavation with NATMJ.World Tunnelling，1999，(3)：2830，35.(in Chinese)3 王建宇. 隧道工程監(jiān)測(cè)和信息化設(shè)計(jì)原理M. 北京：中國(guó)鐵道出版社，1990.(Wang Jianyu. Principle of Information Design andMo

11、nitoring of Tunnel EngineeringM. Beijing：China RailwayPublishing House，1990.(in Chinese)4 劉招偉，何滿潮，肖紅渠. 淺埋大跨連拱隧道施工中變形的監(jiān)測(cè)與控制措施J. 巖土工程學(xué)報(bào)，2003，25(3)：339342.(Liu Zhaowei，He Manchao，Xiao Hongqu. Deformation monitoring and controlmeasures of shallow large-span duel-linked arch tunnelJ. ChineseJournal of Ge

12、otechnical Engineering，2003，25(3)：339342.(inChinese)5 楊成永，張 彌，白小亮. 隧道噴混凝土襯砌結(jié)構(gòu)可靠度分析的位移方法J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22(2)：266269.(YangChengyong，Zhang Mi，Bai Xiaoliang. Displacement-based methodfor reliability analysis of shotcrete lining of tunnelJ. ChineseJournal of Rock Mechanics and Engineering，2003，22(2)：2

13、66269.(in Chinese)6 康 寧. 東港隧道的施工監(jiān)控J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1998，17(2)：140147.(Kang Ning. Construction monitoring of DonggangtunnelJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，1998，17(2)：140147.(in Chinese)7 黃宏偉，徐 凌. 大風(fēng)啞口巖石公路隧道圍巖及初期支護(hù)變形與內(nèi)力研究J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23(1)：4452.(HuangHongwei，Xu Ling. Study on def

14、ormation and internal force ofsurrounding rocks and initial support in Dafengyakou rock roadtunnelJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2004，23(1)：4452.(in Chinese)8 楊典森，陳衛(wèi)忠，楊為民，等. 龍灘地下洞室群圍巖穩(wěn)定性分析J.巖土力學(xué)，2004，25(3)：391395.(Yang Diansen，Chen Weizhong，Yang Weimin，et al. Stability analysis

15、 of surrounding rock mass ofLongtan underground cavernsJ. Rock and Soil Mechanics，2004，25(3)：391395.(in Chinese)9 Hibino S，Motojima M. Characteristic behavior of rock mass duringexcavation of large cavernsA. In：Proceedings of the 8th InternationalConference on Rock MechanicsC. Tokyo：A. A. Balkema，1995.