标准规范下载简介和预览

雪峰山隧道施工监控量测与围岩稳定分析（2005年9月）

雪峰山隧道是位于中国湖南省的一条重要公路隧道，其施工过程中涉及复杂的地质条件和工程技术挑战。为确保隧道施工的安全性和稳定性，2005年9月期间开展了详细的监控量测与围岩稳定分析工作。

雪峰山地区地质构造复杂，主要由花岗岩、片麻岩等硬质岩石组成，局部存在断层破碎带和软弱夹层，给隧道施工带来了较大的风险。为了有效评估隧道开挖对围岩稳定性的影响，并优化支护设计，施工团队采用了多种监测手段，包括地表沉降观测、拱顶下沉测量、周边收敛监测以及锚杆轴力测试等。这些数据的采集通过精密仪器完成，例如全站仪、收敛计和压力盒等，以确保结果的准确性。

通过对监测数据的系统分析，研究团队发现隧道开挖初期围岩变形较大，但随着二次衬砌的施作，变形逐渐趋于稳定。特别是在穿越断层破碎带时塘口电站施工组织设计，围岩表现出明显的非线性变形特征，需要加强初期支护并及时封闭结构。此外，数值模拟方法（如有限元法）也被应用于预测围岩应力分布及位移变化规律，为现场决策提供了科学依据。

此次监控量测与围岩稳定分析不仅保障了雪峰山隧道施工过程中的安全，还积累了宝贵的实践经验，为类似地质条件下的隧道工程建设提供了参考。研究成果表明，合理布置监测点、动态调整支护参数以及密切跟踪围岩响应是实现高效施工的关键措施。同时，这也体现了现代隧道工程中信息化施工和智能化管理的重要性。

隧道横穿雪峰山主脉，属侵蚀深切中山地貌，隧道与山脊线近于正交。东侧山坡整体坡度约22°，西侧山坡整体坡度约27°，两侧山坡略呈台阶状，主要溪沟有5条，大致与隧道轴线平行或小角度斜交。坡面植被发育，以乔木为主。

隧道主要地层岩性为：亚粘土分布在较平缓的地段，碎石、块石土在山坡上及小的溪沟中广泛分布，漂石土主要分布在5条主溪沟中，灰绿色，中~厚层状或块状硅化砂质板岩，变质砂岩分布于隧道内，岩石坚硬，构造片岩、构造角砾岩、糜棱岩、构造石英岩、碎裂岩分布于断层带中。隧道区内地下水主要为孔隙水、基岩裂隙水、构造裂隙水，主要受大气降水补给，除全~弱风化基岩及构造带的局部为弱透水，大部分为微透水层或不透水。

隧道区有山顶倒转背斜、王公店―锅塘冲复式向斜两个大的褶皱，规模较大的断层共有8条，对隧道有影响的共有5条，均为逆断层，主要有五组节理，其中四组与隧道轴线平行或大角度相交的剪节理，延伸长度大，一组与隧道平行或小角度相交的张节理，将影响隧道围岩的稳定性。

监控量测可以及时提供地下结构的变形和受力情况等信息，判断施工工艺的可行性、设计参数的合理性，提出更加恰当的施工方法和合理的支护措施，实现隧道信息化动态施工控制，达到既能安全快速施工，又能节省工程造价的目的。根据规范要求，结合雪峰山隧道施工的实际工程情况，开展了以下的现场监控量测工作：

必测项目：（1）地质和支护观察、（2）周边收敛量测、（3）拱顶下沉量测、（4）锚杆内力量测。必测项目量测方法简单，量测密度大，量测信息直观可靠，贯穿在整个施工过程中。

选测项目：（1）地表下沉量测、（2）围岩内部位移量测、（3）围岩与喷射混凝土间接触压力量测、（4）喷射混凝土与二次衬砌间接触压力量测、（5）喷射混凝土内应力量测、（6）二次衬砌内应力量测、（7）钢支撑内力量测。埋设选测项目断面遵循的原则是①地质恶劣，节理裂隙发育，岩石破碎；②围岩类别渐变；③隧道埋深较浅；④偏压严重；⑤断层破碎带；⑥施工方案变更时所处断面。以便更深入地掌握围岩稳定状态与支护效果，对支护措施有效监控，作出安全性评价，指导施工。

图1. 必测项目测点布置图 图2. 选测项目测点布置图

现场监控量测工作根据隧道工程的实际进展开展，在隧道的施工中，及时根据围岩的变化情况埋设量测断面，尤其对围岩稳定性差、易发生塌方事故的地段，在同一断面埋设选测和必测项目，便于各量测项目进行相互对照、印证，全面分析围岩的变形和支护结构的受力情况，对围岩和支护结构的稳定性作出准确的判断。量测断面的埋设根据实际的工程进展和工程情况进行，如雪峰山隧道左线进口，考虑到该段为浅埋偏压地段，洞内开挖对围岩的扰动很大，围岩和支护结构的稳定性很差，极易发生塌方事故，因此对地表下沉量测断面进行了适当的加密，该段共埋设了3个地表下沉量测断面。

为保证量测数据采集的真实可靠及连续性，采取了以下措施：量测仪器专人保管；量测设备、传感器等各种器件校准合格后方可投入使用；在监测过程中严格遵守实施细则；量测数据的存储计算管理均采用计算机系统进行；现场量测的测点埋设、数据采集，围岩及相关信息采用专门表格记录，全部实行表格化管理等。

现场监控量测人员按规范和监控量测大纲规定的频率坚持每天到洞内采集数据和进行地质跟踪调查，如发现量测数据出现异常变化或围岩地质情况变差，则及时分析引起变化的原因并通知有关各方，使问题得到及时处理，同时量测频率在规范规定的基础上增加。

监控量测数据分析和处理采用自行开发的专门用于隧道围岩监控量测的软件：“隧道围岩监控量测数据管理系统”，该系统采用数据库技术实现了对监控量测数据的储存和管理，保证了数据的完整和准确性，系统具有查询、添加、修改、删除数据等功能，能够生成应力、变形随时间、空间变化而形成的时间效应、空间效应曲线，全面分析隧道施工中的时间效应和空间效应，同时对深孔量测项目生成围岩内部分布图，判断出围岩内部的松动范围，围岩内部变位的分布情况，支护结构的受力状况，为确定正确的施工方案提供依据，对隧道分步开挖围岩稳定情况和支护的受力情况进行分析，及时预报围岩软弱段的变形发展趋势。

隧道围岩监控量测数据管理系统所生成的时间空间效应曲线和深孔量测项目围岩内部分布图，在一张图纸上综合反映了量测断面桩号、量测断面隧道埋深、施工方法、工程进度、测点位置等信息，能够全面地分析随着时间的推移和掌子面的向前推进，量测断面的围岩变形和支护结构受力的大小和发展趋势，准确判断围岩和支护结构的稳定性，围岩内部的松动范围，对每一个断面的各量测项目分别进行分析，判断变形和应力是已趋于稳定或是有继续发展的趋势，给出一个明确的判断，对隧道施工起到了积极的指导作用。

4、典型断面围岩稳定性分析

4.1 ZK95+893断面

ZK95+893断面量测位于F8断层破碎带和冲沟浅埋段内，断面岩性为灰色、褐黄色薄~中层状含砂泥质板岩，岩石板理发育，岩石质软，破碎，局部为褐灰色粘土层，粘土固结差、松散，断面岩石自稳能力极差，易掉块或坍塌。破碎带中角砾岩和节理裂隙发育，角砾岩成分为砂岩，角砾形状呈扁平状、次园状等，裂隙面光滑、平直，见泥质充填物。

施工采用上下导坑法开挖，其中上导坑预留核心土、弧形导坑法开挖。主要支护参数如为：1、初期支护：（1）C20喷射混凝土厚26cm。（2）Ⅰ18工字钢钢拱架，间距75cm。（3）D25中空注浆锚杆，L=300cm，间距75cm（纵）x100cm（环），按梅花形布置。（4）Ф8双层钢筋网，间距20cmx20cm。2、二次衬砌：C25钢筋混凝土砼厚45cm。地表采用砂浆锚杆加固，洞内辅助施工措施采用超前长管棚。

图3.ZK95+893断面地表下沉曲线图 图4.ZK95+893断面喷砼内部应力曲线图

周边收敛：拱腰的周边收敛逐渐增大，总体上分两个阶段，上台阶开挖初期，拱腰的周边收敛增加速度较快，后逐渐减缓，下台阶开挖时，拱腰的周边收敛又短暂地有所增加，其稳定收敛值为12.4mm，边墙的的周边收敛量测值很小。

接触压力：围岩与喷射混凝土接触压力呈中间大两侧小地状态，拱顶测点的接触压力最大，接触压力达到0.433Mpa，30天后则趋于稳定，喷砼与二次衬砌接触压力很小，处于稳定状态。

内部应力：喷射混凝土内部应力呈现出左侧受拉右侧受压的状态，与本断面左侧埋深大右侧埋深小，呈偏压状态吻合，真实地反映了的结构的真实受力状态。其中右侧拱腰的喷射混凝土内部应力较大，测点埋设初期增加较快，量测20天后受力趋于稳定，其稳定量测值为1.9Mpa，二次衬砌内部应力较小，量测值小于0.4Mpa。

钢支撑内力：拱顶测点的钢支撑内力最大，测点埋设后的变化很快，30天后拱顶测点的钢支撑内力已逐渐趋于稳定，稳定量测值为21KN，其余测点的量测值很小。

围岩内部位移：本断面的围岩内部位移较大，表明隧道施工开挖对围岩有所扰动，其中左侧拱腰围岩壁面和围岩内部0.7m处的位移最大，量测值分别为10mm、8.5mm，均为向隧道内空移动，右侧拱腰围岩内部2.1m处的位移最大，量测值为6mm，为向隧道外移动，分析表明在偏压的作用下，围岩和隧道结构有向右移动的现象。

锚杆轴力：本断面的锚杆轴力以受压为主办公楼电气照明安装工程施工方案，基本上都呈现出往围岩内部轴力逐渐减小的状态，稳定量测值均小于8KN，分析表明锚杆的作用尚未充分发挥出来，因此，可适当增加锚杆的长度。

4.2 YK96+690断面

本断面位于雪峰山隧道邵阳端涌水处治地段，该段裂隙水很大，呈股状、线状的涌水点多达几十处。施工采用全断面法开挖。采用局部注浆堵水、排堵结合。

断面岩石为深灰色厚层状硅化砂质板岩，岩石板理发育，板理厚0.3~0.7cm，岩石坚硬、性脆、完整性好，自稳能力强。断面内节理较发育，裂隙不发育，节理与开挖方向斜交或垂直。

拱顶下沉：本断面的拱顶下沉不大，量测值缓慢增大，左侧、拱顶、右侧点的量测值分别为2.9mm、2.54mm、2.45mm。

周边收敛：本断面的周边收敛值缓慢增大，拱腰、边墙的量测值分别为1.9mm、1.71mm，本断面的周边收敛已稳定。

接触压力：本断面的围岩与喷射混凝土接触压力值很小，各测点的接触压力均小于0.1MP，且变化不大，从接触压力的时间空间曲线分析，本断面的接触压力已稳定。喷混凝土与二次衬砌接触压力很小，均小于0.1MPa，处于稳定状态。

内部应力：二次衬砌内部应力不大db32∕t 3690-2019 600mpa热处理、热轧带肋钢筋混凝土结构技术规程，其中左侧边墙、左侧拱腰和右侧边墙的二次衬砌内部应力为拉力，最大值为0.4Mpa，拱顶和右侧拱腰为压力，内部应力最大值为0.24Mpa的压力，二次衬砌内部应力基本稳定。