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

1、大跨度地下空間支護體系應(yīng)力監(jiān)測與穩(wěn)定性分析     賈劍青 王宏圖 李曉紅 胡國忠 李慧民 李開學(xué) 摘要：監(jiān)控量測是隧道新奧法設(shè)計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體系受力和應(yīng)力監(jiān)測工程實踐，分析支護體系初期支護工字鋼拱應(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)力等測試結(jié)果和變化規(guī)律，闡述大跨度地下空間支護結(jié)構(gòu)及參數(shù)選擇、量測方法及測試手段，并確定支護體系的穩(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；支護體系；應(yīng)力監(jiān)測；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，早噴錨，勤量測，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)為初期支護手段，以復(fù)合式襯砌作為支護體系，通過施工量測及信息的及時反饋，實現(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。檢測是隧道及地下工程設(shè)計、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，對支護體系穩(wěn)定性研究主要集中在支護體系變形的監(jiān)測和錨桿軸力監(jiān)

3、測研究上46。然而，根據(jù)地下空間工程的特點，還需要對支護體系進行全面應(yīng)力監(jiān)測和分析。      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，對初期支護工字鋼拱應(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)力進行監(jiān)測，以全面掌握該地下工程施工過程中支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；通過信息反饋，及時調(diào)整施工方案及修正施工設(shè)計，盡而對該地下空間工程施工期間支護體系的安全性及

4、穩(wěn)定性進行全面的評估及預(yù)測，以全面掌握該地下工程施工過程中支護結(jié)構(gòu)的受力狀況；通過信息反饋，及時調(diào)整施工方案及修正設(shè)計，進而對隧道施工期間支護體系的安全穩(wěn)定性進行全面的評估及預(yù)測，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 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)測斷面布置及測試手段3.1 監(jiān)測斷面布置      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 個監(jiān)測斷面。監(jiān)測斷面測點布置如圖 1 所示。     5 支護體系穩(wěn)定性分析      該地下工程監(jiān)測結(jié)果表明，初期支護工字鋼拱應(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。從各支護體系的應(yīng)力變化趨勢來看，當(dāng)拱頂應(yīng)力基本收斂時，拱腰和拱腳應(yīng)力也收斂，亦即對支護結(jié)構(gòu)而言，支護體系應(yīng)力變化趨勢是協(xié)調(diào)一致的。      支護體系穩(wěn)定后，工字鋼應(yīng)力、臨時鋼支撐應(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、，均在強度范圍內(nèi)；支護體系內(nèi)應(yīng)力接近于 0，說明支護體系不會出現(xiàn)拉破壞。由此可見，單一支護體系均處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)然由支護體系“串聯(lián)”起來的支護體系也是穩(wěn)定的10。6 結(jié) 論      (1) 初期支護應(yīng)力及圍巖與支護體系間接觸壓力均隨著監(jiān)測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)測斷面測點應(yīng)力值快速異常增大，個別監(jiān)測斷面應(yīng)力值甚至將要超過規(guī)范允許的強度值；根據(jù)反饋的監(jiān)測信息，及時調(diào)整施工方案和支護參數(shù)，使各測點的應(yīng)力值最終穩(wěn)定在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，避免險情的發(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 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支護結(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，最大達到 51.8kN，在該斷面下部邊墻進行二次襯砌后，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間的接觸壓力均出現(xiàn)下降趨勢并最終趨于穩(wěn)定。由此可見，二次襯砌在改善圍巖初期支護受力狀態(tài)以及增加初期支護與圍巖的穩(wěn)定性方面起著十分重要的作用。<P參考文獻(References)：1 馮衛(wèi)星，徐明星. 鐵路隧道新奧法施工新實踐J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報，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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