張鶴

　　中鐵十二局第三工程有限公司山西省太原市

　　摘要：隨著西部大開發(fā)推進，當?shù)鼗�礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)十分活躍。國內(nèi)黃土隧道的修建并無太多的經(jīng)驗可借鑒，因為黃土土質(zhì)特殊，洞中位移特點也與眾不同，在設(shè)計大斷面的客運專線鐵路黃土隧道的預留變形量時，很難做具體的確定。因隧道初期支護、工程造價等會受到隧道設(shè)計的影響，所以，對變形預留量的設(shè)計意義重大。

　　關(guān)鍵詞：大斷面;黃土隧道;變形規(guī)律;預留變形量

　　通常情況下，明確隧道的變形預留量應(yīng)參考埋置深度、隧道寬度、支護情況、圍巖級別、施工方法等，明確辦法為工程類比法。在大斷面黃土隧道中，分析實測數(shù)據(jù)，范圍并非完全適合。在研究中，多數(shù)停留在定性的描述，定量的分析不多見。立足于某黃土隧道工程，進行了統(tǒng)計分析與現(xiàn)場實測，對變形規(guī)律與變形預留量做了研究，希望對工程建設(shè)有所啟發(fā)。

　　一初期支護保證率與變形量

　　當前，現(xiàn)有的支護條件與施工技術(shù)水平基礎(chǔ)上，在開挖隧道后變進行初期支護，因為圍巖固有性質(zhì)，洞內(nèi)將接受隧道周邊的位移，在初期支護作業(yè)和后來的基本穩(wěn)定位移的實現(xiàn)，累計的隧道周邊位移值就是初期的隧道支護變形量。

　　開挖跨度、隧道支護形式、施工工藝技術(shù)、圍巖性質(zhì)、施工方法等各因素對初期的隧道支護變形量有影響。在本文中，因為已經(jīng)明確了的開挖度、隧道支護的形式和施工辦法，那么主要研究就可以確定在施工工藝水平與圍巖本質(zhì)特性上，但存在不確定的現(xiàn)場實測。參考不確定的實測數(shù)據(jù)以及實用性的兼顧，變形預留量的選取要依據(jù)不同的圍巖級別，在特定保證率基礎(chǔ)上確定范圍值，滿足變形預留量與實際工程相符。保證率則是比給定值測點數(shù)小的初期變形支護量和總的統(tǒng)計測點間的比值。

　　二分析變形量

　　(一)現(xiàn)場調(diào)研

　　大斷面黃土隧道的變形規(guī)律與預留變形量的分析是根據(jù)現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)進行研究的，在圍巖級別差異基礎(chǔ)上，對變形規(guī)律做分析，同時對變形預留量確定取值范圍。在黃土隧道建設(shè)項目中，某客運專線將位移量測儀器布置大斷面隧道中，對圍巖級別差異基礎(chǔ)上的初期支護變形做了數(shù)據(jù)實測。量測數(shù)據(jù)則來源某高等院校課題組以及鐵路施工企業(yè)。

　　調(diào)查發(fā)現(xiàn)，洞身經(jīng)過地層為：新黃土，砂質(zhì)黃土為主要地層，是V級圍巖;老黃土，粘質(zhì)黃土是主要地層，是IV級圍巖。

　　(二)參數(shù)設(shè)計

　　該客運專線初期支護為錨網(wǎng)噴，具體的臨時與初期支護具體數(shù)據(jù)不同的圍巖級別進行的橫斷面設(shè)計。分析大斷面黃土隧道屬性，分析其含水率、地形地貌、隧道埋深、新老黃土地層，主要以雙側(cè)壁導洞法、CRD法以及弧形導洞法為施工辦法。

　　弧形導洞法適用于老黃土的洞身，雙側(cè)壁導洞法或中壁交叉法多在砂紙、較大含水量、偏壓、淺埋黃土上適用。對于圍巖，都以仰拱、一次襯砌拱墻法進行。

　　(三)分析實測數(shù)據(jù)

　　1.IV級圍巖。該級別隧道采集的水平收斂量以及拱頂沉降數(shù)據(jù)多大上百個，具有代表性的斷面位移時態(tài)，該級別圍巖變形規(guī)律是：在初期開挖時，拱腳下沉量以及實測拱頂間具有較大差異，在閉合隧道的初期支護時，二者出現(xiàn)相當?shù)奈灰屏俊，F(xiàn)象顯示，開挖大斷面黃土隧道后，整體性的拱部下降是主要變形規(guī)律。下沉的拱頂和相對收斂位移有相似的變化規(guī)律，但拱頂下沉絕對量大于水平收斂。在對施工階段中的周邊位移比例分析后，占據(jù)95%的全部沉降量是發(fā)生在全部分布初期支護之前的沉降，也就是封閉全斷面初期支護后，周邊的隧道位移不會變動。

　　分析IV級別圍巖，隧道埋深和水平收斂、拱頂下沉量的關(guān)系，分析后得知，在不超過40m的埋深下，出現(xiàn)實測斷面較大沉降，也出現(xiàn)較大的實測性下沉量離散性。在其他埋深區(qū)段，出現(xiàn)了相對集中分布的實測沉量區(qū)，多不超過10cm。立足隧道埋深和水平收斂關(guān)系，沒有顯著相關(guān)性。在差異埋深基礎(chǔ)上，在各斷面中，最大的水平收斂位移在各測線上都很集中，占據(jù)較多的量測斷面呈現(xiàn)出低于7.5cm的水平收斂。

　　2.V級圍巖。該級別圍巖中水平收斂與拱頂沉降的量測數(shù)據(jù)收集數(shù)量在百個以下，對于代表性的位移斷面時態(tài)曲線，在封閉初期支護前，黃土隧道的拱頂出現(xiàn)較快速度下沉，在全部封閉初期支護后，增長幅度依然明顯，但漸漸變得穩(wěn)定。在對各施工環(huán)節(jié)中的隧道周邊位移百分比做分析后，占據(jù)了95%的全部沉降量是發(fā)生在全部封閉前的隧道初期沉降。也就是在封閉全斷面的初期支護后，周邊的隧道位移將保持穩(wěn)定。對水平收斂的位移做觀察后，發(fā)現(xiàn)拱頂下沉大于水平收斂位移，這和IV級別的圍巖有相似規(guī)律。

　　分析隧道埋深和下沉拱頂量、最大水平收斂位移間的關(guān)系，如果出現(xiàn)低于25m的隧道埋深，因為沒有控制好施工工藝，出現(xiàn)較大的拱頂實測下沉量，同時出現(xiàn)相對較大的離散型實測數(shù)據(jù)，代表性不明顯，所以統(tǒng)計分析樣本可忽略該數(shù)據(jù)。在斷面實測時，排除低于25m的埋深隧道，其余出現(xiàn)了低于30cm的沉量，分析隧道埋深、拱頂下沉量的關(guān)聯(lián)，不具有顯著相關(guān)性。另外，埋深、收斂間也具有不顯著的相關(guān)性，對拱頂下沉與水平收斂做比較，發(fā)現(xiàn)水平收斂量小于絕大部分下沉拱頂量。

　　三明確預留變形量

　　從上述分析發(fā)現(xiàn)，因為黃土地和隧道支護間具有復雜的相互作用，另外，存在不確定的影響隧道初期支護變形原因，所以，對于數(shù)據(jù)的現(xiàn)場實測結(jié)果，離散型比較嚴重。如果在保證率的基礎(chǔ)上得到的預留變形量與之超過80%，那么可以說是合適的變形預留。因為在量測數(shù)據(jù)中，斷面中的水平收斂均小于拱頂下沉。所以，在確定預留變形量時，依據(jù)可參考下沉的拱頂量。

　　在IV級圍巖，在參考拱頂下沉量基礎(chǔ)上，那么預留變形量應(yīng)該有所差異，確定的保證率。分析可知，如果以7.5、1.以及25cm為變形預留量，那么可得到90%以上的保證率。因量測數(shù)據(jù)存在離散，又要實現(xiàn)保證率較高，則對于IV級的圍巖，可以10-15cm為變形預留量。

　　對于V級圍巖，參考下沉的拱頂量，在變形預留量差異情況下。分析可知，如果以20、25以及28cm為變形預留量，那么最低的保證率是53.01%，最高為96.39%。因為量測數(shù)據(jù)存在離散型，由考慮保證率的兼顧，則以25-28為變形預留量。

　　四結(jié)語

　　以現(xiàn)實工程為參考，在系統(tǒng)研究量測數(shù)據(jù)后，我們可以得到：拱腳與拱頂出現(xiàn)較小的下沉差別，也就是拱部會因為開挖隧道而出現(xiàn)整體性的略微降沉;在監(jiān)測中，水平收斂量比下沉的拱頂量小，所以，主要黃土變形特點就是拱頂?shù)南鲁?如果存在低于40m的埋深隧道，出現(xiàn)離散性以及最大拱頂下沉。如果超過40m埋深隧道，出現(xiàn)相對集中的水平收斂與拱頂下沉。所以，隧道變形預留量可在統(tǒng)計實測基礎(chǔ)上得到;在封閉初期隧道支護后，周圍的隧道位移保持穩(wěn)定。所以，對于變形預留量的控制可參考封閉初期支護的時間;因為量測數(shù)據(jù)受離散型影響，又要確定保證率，對于不同級別的黃土圍巖的變形預留量也有所不同。

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