隧道开挖变形位移的一种预测方法研究

隧道开挖变形位移的一种预测方法研究

黄胜

成都宜居水城城乡交通建设投资有限公司610400

摘要：监控量测作为隧道新奥法施工中必不可少的项目，发挥着重要的作用，但是在实际工程开展中只能采集到布设点处的某一时间段内的变形量，对隧道建设的指导意义有限。本文通过对隧道开挖过程中变形位移与隧道埋深、掌子面距量测断面距离之间的变形规律进行研究，依托云湖隧道监控量测数据，FLAC3D模拟隧道的开挖过程，得到了变形位移与隧道埋深、开挖时间（通过开挖进尺与掌子面距量测断面换算）之间的函数关系式。将隧道埋深的影响进行归一化，变为拱顶下沉函数的变化系数，得到了隧道开挖变形位移关于隧道埋深、开挖时间的二元函数关系，此函数可预测任意断面、任意时间的变形值，对隧道信息化施工大有益处。

关键词：隧道开挖变形隧道埋深开挖时间预测方法

1引言

近些年来，我国在交通基础建设的投入非常大，目前已经成为世界上隧道数量最多、长度最长的“隧道大国”。但是在隧道建设过程中，仍然面临着诸多难点。当前山岭隧道的施工基本采用新奥法施工，监控量测是新奥法施工的隧道中必不可少的一项工作，但监控量测在实际工作中发挥的效果是有限的，监控量测数据未能及时有效的用来指导设计与施工，信息化反馈不足。主要因为隧道开挖后，测点并不能及时的安装，需等初期支护施作完毕后才能安装，采集初始数据，实际上监控量测只能采集某一个时间段内埋设点处变形位移。监控量测自身不能提供隧道开挖变形的全位移，便不能判断围岩是否达到极限位移，对隧道的安全施工带来很大的隐患[1][2]。如果不仅知道任一断面处的围岩变形规律，而且知道围岩变形的数值，那样便可时刻掌握隧道变形的情况，为信息化施工和设计提供支撑，保证隧道的安全施工。本文以云湖隧道采集到的数据作为分析样本，研究隧道开挖后位移的变形规律。

2.隧道开挖位移变形规律

2.1工程概况

云湖隧道全长3420m，始终点桩号为K9+750～K13+170，隧道穿越山脊顶部最高高程为1980m，隧道进口绵远河河床高程752m，岭谷相对高差达1228m，属中山构造剥蚀地貌。

通过查阅资料可知，影响隧道开挖后变形位移的因素主要有两个，一个是隧道埋深、一个是掌子面距离量测断面的距离（可以根据开挖后时间与单次进尺掘进量进行换算）。首先要研究隧道埋深、掌子面距量测断面的距离与位移的关系。

2.1实测数据分析

监控量测的必测项目为拱顶下沉与周边收敛，云湖隧道经过围岩有Ⅳ级、Ⅴ级，本次选取不同围岩下不同埋身下的拱顶下沉量作为分析基础。根据研究需要在不同埋深（分别为50m、150m、300m），不同围岩（Ⅳ级、Ⅴ级）下选择了5个监测断面，按照测线布置情况，对拱顶下沉进行了监测。选择的监控量测代表面如表4-5所示。

通过运用得到的拱顶下沉的函数关系式预测位移的不同时刻不同埋深的拱顶下沉量，并与实测值进行对比，有一定的误差，但通过比较发现预测的最终收敛位移值的差距不是很大，能够满足实际需求。

4.结论

本文通过对隧道开挖变形规律的研究，得到了不同围岩级别下，变形量与开挖时间的关系，进一步转化成变形量与距离掌子面距离的函数关系式。

又研究了变形量与埋深的函数关系，推定出开挖变形量与埋深及开挖时间的二元函数，可以预测任一断面、任意时刻的变形量，具有指导施工的现实意义。

参考文献

[1]关宝树.隧道力学概论[M].成都:西南交通大学出版社,1993.

[2]李晓红.隧道新奥法及其量测技术[M].北京:科学出版社,2002.

[3]孙大松.不同围岩和埋深条件下隧道围岩位移和应力变化规律分析[J].现代隧道技术.2012.04.

[4]基于监控量测与数值分析的隧道围岩围岩稳定性判定方法研究[D].重庆:重庆交通大学,2008.