Research on Deformation Monitoring Method and Deformation Law of Shallowly Buried Tunnels
with Bias-pressure
刘志强 LIU Zhi-qiang
（湖南致力工程科技有限公司，长沙 410205）
（Zhili Science and Technology Inc.，Hunan，Changsha 410205，China）
摘要：为研究浅埋偏压断层公路隧道洞口段变形观测方法及变形规律，采用全站仪对边测量及高差测量的方法，对雅溪冲隧道进口地表沉降、围岩收敛及拱顶下沉进行变形监测，得出如下结论：①浅埋偏压断层公路隧道洞口段围岩变形分为急剧变形、缓慢变形及基本稳定三个阶段；②周边位移、拱顶下沉及地表下沉变形趋势同步；③围岩稳定性，可通过变形速率、变形-时间曲线的变化趋势来综合判定；④采用环形开挖预留核心土施工的隧道，可采用全站仪进行观测。
Abstract: In order to research on the method of deformation monitoring and deformation law of tunnel portal section of fault tunnel of highway shallow buried bias pressure, the means of total-station instrument for opposite side measurement and elevation difference measurement was utilized. After monitoring the ground settlement, convergence of surrounding rocks and dome sinking of the Yaxichong tunnel, I got the conclusions drawn as follows: First, the surrounding rock deformation of tunnel portal section of fault highway tunnel of shallow buried bias pressure was divided into three stages: dramatical deformation, slow deformation and basic stability. Second, there was a synchronic trend of peripheral displacement, dome sinking and surface submerging and deformation. Third, the stability of surrounding rocks could be judged comprehensively by the tendency of deformation rate and deformation-time curve. Fourth, I found that it was accessible to observe tunnels conducted by construction with circular excavation and core soil reservation by total-station.
关键词：高速公路；隧道监控量测；浅埋偏压；洞口；变形规律
Key words: highway；tunnel monitoring and measurement；shallow buried bias pressure；tunnel portal；law of deformation
中图分类号：U452.1+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）25-0179-02
0 引言
公路隧道监控量测是新奥法施工的重要一环，其监测数据为设计变更提供依据[1-3]。监控量测项目分为选测项目和必测项目两种。其中，必测项目包括洞内外观察、地表下沉、拱顶下沉及周边位移四种[4-8]。隧道埋深较浅则围岩自稳能力差，地形不对称则隧道支护结构受力不对称而形成偏压，断层则隧道围岩较破碎，稳定性差。因此，对公路浅埋偏压断层隧道洞口段变形监测方法及变形规律的研究具有重要的科研价值和现实意义。
1 工程概况
1.1 工程简介
G209、G319吉首绕城公路一期工程，起于起于乾州二炮台，经水厂路，止于林木山，与S229相接，全长19.316公里。雅溪冲隧道全长2645m，中线最大埋深173m，属二级公路长隧道，洞身净宽12m。
1.2 工程地质条件
雅溪冲隧道地处低山丘陵工程地质区，隧道进口端位于南向山坡，坡角约34°，山势较陡，隧道轴线与等高线右交角约43°，洞口轴线与地形的关系属坡面斜切入型，横向地形变化较大，前进方向右侧偏压较大。隧道进口端发育一断层F，断层F与路线相交于K8+246附近，断层规模较小，发育于向斜南端，走向长小于300m，走向318°，倾向48°，倾角20～25°，破碎带宽度0.2～0.5m，断层下盘为寒武系上统西阳山组灰岩，上盘为奥陶系下统灰岩夹泥质灰岩。
K8+220～K8+255洞口浅埋段，最大埋深为10m，围岩为寒武系上统西阳山组灰岩，夹薄层泥质灰岩，较坚硬，节理裂隙发育，岩体较破碎，碎块状结构，地表溶蚀发育，薄层薄层第四系残坡积土，围岩自稳性较差，V级围岩。
1.3 水文地质条件
雅溪冲隧道所在区域属亚热带湿润气候，四季分明，降雨充沛，年平均降雨量1391.7mm。地表水为季节性水流，受降水影响明显，对隧道建设影响较小。地下水主要有松散堆积层孔隙水、基岩裂隙-岩溶水。
1.4 施工及加固方法
浅埋偏压段洞口设置偏压挡墙并结合超前管棚进行预加固，同时采用钢筋混凝土衬砌结构形式确保隧道结构稳定、安全，施工时尽快完成仰拱施作，与拱墙及早形成封闭承载体系，避免因施工工艺不当导致地面下沉、开裂和二衬产生裂缝。地表采用注浆加固，洞口端边、仰坡采用早强药卷锚杆挂网喷射混凝土支护，加固土体，减少地表及边仰坡变形。
洞口段V级围岩采用环形开挖预留核心土法开挖，按拱顶、左拱腰、右拱腰顺序环形开挖上断面，施作初期支护，然后开挖上端面核心土，下端面左、右侧跳槽开挖，并施作相应初期支护。
2 变形监测方案设计
2.1 变形控制标准
2.2 观测频次要求
2.3 测点布设
2.4 观测方法
由于洞口段V级围岩采用环形开挖预留核心土法开挖，作业面狭小，传统监测方式收敛计及水准测量已不适应周边位移及拱顶下沉监测，故采用全站仪对边测量及高差测量的方式配合反射片进行周边位移及拱顶下沉监测。地表沉降采用水准测量进行观测。
2.5 观测结果分析
采集数据后及时绘制周边位移、拱顶下沉、地表下沉-时间曲线图，如图1。从K8+230监测数据来看，浅埋偏压断层公路隧道洞口段围岩变形分为急剧变形、缓慢变形及基本稳定三个阶段。隧道开挖后10天内（6.17-6.26）变形速率＞1mm/d，为急剧变形状态，变形量呈线性增长；开挖后11～30天（6.27-7.16）变形速率1.0～0.2mm/d，为缓慢变形状态；开挖30天后围岩变形速率＜0.2mm/d，处于基本稳定。周边位移、拱顶下沉及地表下沉变形趋势同步，累计变形量＜25mm，其中，周边位移累计最大变形值为20.6mm（水平测线C线），为收敛变形，拱顶下沉累计沉降量为22.17mm，地表下沉累计沉降量为23.47mm。
3 结语
本文通过对雅溪冲隧道浅埋偏压洞口段监测数据的分析，得出以下结论：
①浅埋偏压断层公路隧道洞口段围岩变形分为急剧变形、缓慢变形及基本稳定三个阶段。隧道开挖后10天内变形速率＞1mm/d，为急剧变形状态，变形量呈线性增长；开挖后11～30天变形速率1.0～0.2mm/d，为缓慢变形状态；开挖30天后围岩变形速率＜0.2mm/d，处于基本稳定。
②周边位移、拱顶下沉及地表下沉变形趋势同步，累计变形量＜25mm。
③浅埋偏压断层公路隧道洞口段围岩稳定性，可通过变形速率、变形-时间曲线的变化趋势来综合判定。当处于急剧变形时应增加观测频率，必要时调整支护设计，采取加固措施。
④采用环形开挖预留核心土施工的隧道，其周边位移及拱顶下沉可采用全站仪对边测量及高差测量的方式进行观测。
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