附件软岩富水隧道各部位变形监测及分析.doc

附件4 关于软岩富水隧道初支变形监测及分析 1 工程背景 福宝山隧道位于湖北省利川市境内,齐耀山背斜东南翼,出露以砂岩为主的须家河组和泥岩夹砂岩,沟谷切割较深;地下水以裂隙渗流为主,地下水位基本连续;地表地下水露头极少T[3]xj及J[1]z的碎屑岩类为透水层,T[2]b地层为阻水层,在二者交界处(一般在山前坡脚处)易形成下降泉或上升泉,故山前一般地下水较发育,在其轴部含水量丰富,是新建渝利铁路六大高风险隧道之一其中中铁五局一公司隧道十队负责施工的DK259+016~DK258+200段围岩以泥岩为主,夹薄层砂岩,围岩破碎~极破碎,岩质软,含水(渗水),局部呈雨淋状,围岩级别为Ⅳ~Ⅴ级,稳定性差,泥岩膨胀系数高达1.78(见图1,图2),给前期的施工带来了极大的困难 图1 图2 2 隧道监测方案 由于地质条件比较差,采用三台阶七步法开挖,开挖与支护的步序多,且泥岩膨胀系数较高,尤其是富水地段,直接影响着隧道围岩和衬砌结构的稳定,特别是初期支护阶段,受力更为复杂,而目前国内可供借鉴的工程经验不多,施工方法都还不太成熟? 复杂的环境条件对地面沉降控制提出了非常高的要求?一进入该地段,根据工程结构型式?施工工艺?开挖后围岩应力重分布和现场施工经验得出:1)拱顶主要为上部围岩产生的竖向应力;2)拱腰上中台阶连接处受到竖向和横向应力的作用,主要变现形式还是以下沉为主;3)中下台阶连接处受到上部环向轴力传递和附近围岩挤出效应的叠加影响,主要表现以净空收敛为主;4)内轨顶上1m处受到附近围岩挤出效应的影响,表现为净空收敛?监测项目和典型测点布置断面如表l和图3所示?根据铁路规范对布置点进行每日一测,直至仰拱施工完毕成环? 3 监控数据分析 本文重点对典型部位的变形监测成果进行了分析研究? 3.1 拱顶沉降 下图4所示为初支结构施作后拱顶沉降量随时间的变化曲线,可以看出: 拱顶由于受到上部竖向应力的作用,存在较大的沉降量,在10~15cm之间由于DK258+925~905段水压较大,掌子面呈雨淋状,透过初支面渗出,此段沉降量相比于DK258+950~925段大5cm初支结构在上台阶支护成型初期和下部台阶开挖的时候变形量占有较大比例,另外,初支结构的自身重量(喷射混凝土)也会对沉降产生一部分影响 图4 DK258+940~910段初支拱顶沉降时程曲线图 3.2 拱腰沉降 下图5所示为初支结构施作后拱腰沉降量随时间的变化曲线,可以看出: 拱腰由于部分应力转化成水平收敛,沉降量与拱顶相比要小,在10~12cm之间?但收敛量相对沉降量较小,变形还是以沉降为主? 通过对拱腰位置沉降桩的观测可以充分证明,其中爆破对围岩的扰动会对初支结构造成较大的影响DK258+920中下台阶左线和右线施工时间间隔为四天,因此时沉曲线也相应的向后位移四天DK258+910处左右线施工间隔仅为一天,因此时沉曲线位移并不大,两条曲线几乎是一致的由于此段隧道埋深均在50米以上,岩层倾角不大,几乎与隧道内轨顶线是平行的,因此未产生偏压,左右线拱腰沉降量相差不大 图5 DK258+925~905段初支拱腰沉降时程曲线图 3.3 水平收敛 下图6所示为初支结构施作后水平收敛量随时间的变化曲线,可以看出: DK258+925~905段水压较大,掌子面呈雨淋状,透过初支面渗出,泥岩在富水地段长期受水侵蚀,由膨胀引起的挤出效应更明显,因此与此段沉降量一样,相比于DK258+950~925段要大通过水平收敛量测数据分析可以得出仰拱开挖和施工对相应里程的水平收敛影响较大,原先趋于稳定的水平收敛出现二次较大的收敛变化,并以20mm/d的速度递增,由于挤压速率过快,下台阶局部会出现横向裂缝,沿着仰拱施作方向发育(见图2);在两环仰拱开挖连接处存在受力差异还会出现沿环向的裂缝(见图1),仰拱开挖后必须加快施工进度,确保工程安全通过DK258+920位置两个收敛观测点的比较,2号观测点较之1号观测点水平收敛值更大2号收敛观测点(内轨顶上1m位置)相比1号观测点(中下台阶连接位置)收敛值要小,此阶段初支中部位置水平收敛较大;而在仰拱开挖和施工阶段,2号收敛观测点相比1号观测点收敛时程曲线跨越幅度更大,在此阶段,初支下部位置收敛值变化较之中部位置要大得多,曲线趋于平稳? 图6 DK258+950~905段初支水平收敛时程曲线图 4 施工测量及保护措施 通过对DK258+950~905段监控量测及数据分析,为了保证工程的安全,有效控制初期支护变形的发展?施工中采取了以下措施: 根据监控量测提供的数据,根据不同围岩特点制定不同的预留沉降15cm放样,遇到前方掌子面渗水呈雨淋状或出现股水,提前一环将预留值放大至20cm针对富水软岩地段稳定性很差的情况,对