某隧道圍巖深部位移和支護(hù)系統(tǒng)量測報(bào)告

某隧道圍巖深部位移和支護(hù)系統(tǒng)量測報(bào)告一、概述某隧道系滬蓉國道湖北境內(nèi)白氏坪至恩施高速公路上的一條特長隧道，進(jìn)口位于湖北長陽縣賀家坪鎮(zhèn)頭道河北坡下，出口位于長陽縣榔坪鎮(zhèn)青巖溝與某溝交匯口處，設(shè)計(jì)為上下行分離式隧道，呈近東西向展布，右幅全長8599米，左幅全長8693米，最大埋深約500余米，隧道洞身由兩種巖性構(gòu)成，一種為弱-微風(fēng)化粉砂質(zhì)頁巖，硅質(zhì)頁巖，層狀軟弱-半堅(jiān)硬巖石，另一種為半奧陶系弱-微風(fēng)化地層，部分灰?guī)r夾頁巖，大部分為瘤狀灰?guī)r和灰?guī)r、白云巖，巖石堅(jiān)硬，強(qiáng)度高。根據(jù)《滬蓉國道主干線某特長隧道特殊地質(zhì)條件下的關(guān)鍵技術(shù)專題科研工作大綱》，以某隧道工程為依托，開展了對特長隧道圍巖深部位移和支護(hù)應(yīng)力的量測工作，在省指揮部的關(guān)注下，在第XX、第XX合同段項(xiàng)目部以及施工單位的配合下，現(xiàn)場采集了大量的數(shù)據(jù)，本報(bào)告根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行了仔細(xì)的分析，排除了儀器的誤差和人為的誤判，去偽存真，力求為地應(yīng)力場反演和圍巖強(qiáng)度、變形參數(shù)的反分析以及圍巖穩(wěn)定性分析提供可靠依據(jù)，現(xiàn)將整理的結(jié)果報(bào)告如下。二、圍巖深部位移量測圍巖深部位移的量測斷面在某隧道共布置了三個，其中一個量測斷面布置在隧道的進(jìn)口段左洞，里程樁號為ZK66+808，另外一個量測斷面布置在隧道的出口段左洞，里程樁號為ZK72+845，第三個量測斷面布置在隧道的出口段右洞，里程樁號為YK72+501。位移量測儀器為WRM—3型多點(diǎn)位移計(jì)，采用測微計(jì)量測各測點(diǎn)的位移，測微計(jì)的量測精度為0.01mm。1、ZK72+845圍巖深部位移量測斷面據(jù)地質(zhì)報(bào)告，此斷面穿越地域的地面高程為1200米，埋深約310米，處于巖溶及巖溶水較發(fā)育的地段，圍巖為厚層狀堅(jiān)硬的碳酸鹽灰?guī)r，層狀結(jié)構(gòu)，巖層產(chǎn)狀340°∠44°，走向基本與隧道軸向一致。圍巖整體性好，穩(wěn)定，為Ⅳ圍巖。多點(diǎn)位移計(jì)的測孔分別布置在隧道左邊墻、拱頂和右邊墻上（面向掌子面），如圖1所示。由于施工的原因，造孔孔深為23米，每孔5個測點(diǎn)，測點(diǎn)1至測點(diǎn)5距孔口的距離分別為4米、8米、13米、18米和23米。量測工作自2005年7月30日開始至現(xiàn)在。圖1ZK72+845量測斷面圍巖深部位移測點(diǎn)布置示意圖(a)左邊墻測孔(d)左邊墻測孔(b)拱頂測孔(e)拱頂測孔(c)右邊墻測孔(f)右邊墻測孔圖2ZK72+845量測斷面圖3ZK72+845量測斷面圍巖深部相對位移—時間的變化曲線圍巖深部絕對位移—時間的變化曲線（“+”向洞室內(nèi)“－”向洞室外）圖2（a、b、c）和圖3（d、e、f）分別為歷時257d圍巖深部各測點(diǎn)的相對位移和絕對位移與時間的變化曲線。從洞周測孔不同位置來看，圍巖深部位移的分布呈不對稱性，其中拱頂和右邊墻的巖體向洞內(nèi)移動，最大絕對位移分別為2.91mm和5.47mm，而左邊墻的巖體向洞外移動(向中隔墻巖體內(nèi)移動)，最大絕對位移為-1.97mm。從測點(diǎn)埋設(shè)的深度來看，靠近洞壁測點(diǎn)的位移值較大，而離洞壁越遠(yuǎn)的測點(diǎn)位移值則越小，圖4表明了本斷面深部巖體的移動規(guī)律。左邊墻巖體位移向洞外移動的因素是復(fù)雜的，地質(zhì)構(gòu)造、隧道開挖后應(yīng)力場的不均衡性等都有可能引起這種現(xiàn)象，初步分析主要還是由于圍巖深部層間錯動造成的，同時與巖層的產(chǎn)狀有關(guān)。事實(shí)上ZK72+845斷面所處的巖層產(chǎn)狀為：傾向340°傾角50°，圍巖為層狀結(jié)構(gòu)，走向基本與隧道走向一致，層間膠結(jié)較差，隧道開挖后在上覆巖層自重的作用下，某些部位的圍巖層理面上出現(xiàn)了剪切滑移，導(dǎo)致各測點(diǎn)相對于孔口的位置越來越近。圖4圍巖深部絕對位移隨埋深的變化曲線（“+”向洞室內(nèi)“－”向洞室外）2、YK72+501圍巖深部位移量測斷面地質(zhì)報(bào)告表明此斷面穿越地域的地面高程為1204米，埋深約314米，處于巖溶及巖溶水較發(fā)育的地段，巖石破碎，斷層破碎帶影響嚴(yán)重，巖層產(chǎn)狀為350°∠44°，走向基本與隧道軸向一致，按Ⅲ類圍巖支護(hù)。本量測斷面多點(diǎn)位移計(jì)的測孔分別布置在隧道左邊墻、拱頂和右邊墻上（面向掌子面），如圖5所示，由于圍巖差，造孔困難，經(jīng)常塌孔，堵孔，安裝測點(diǎn)時反復(fù)幾次才完成。受塌孔的影響，右邊墻孔深僅有14米，布置了3個測點(diǎn)，測點(diǎn)1至測點(diǎn)3距孔口的距離分別為4米、9米和14米，拱頂和左邊墻孔深25米，每孔布置5個測點(diǎn)，測點(diǎn)1至測點(diǎn)5距孔口的距離分別為5米、10米、15米、20米和25米。量測工作自2005年12月1日開始至現(xiàn)在。圖5ZK72+501量測斷面(a)右邊墻測孔圍巖深部位移測點(diǎn)布置示意圖(b)拱頂測孔(e)拱頂測孔(c)左邊墻測孔(e)左邊墻測孔圖6YK72+501量測斷面圖7YK72+501量測斷面圍巖深部相對位移隨時間的變化曲線圍巖深部絕對位移隨時間的變化曲線（“+”向洞室內(nèi)“－”向洞室外）圖8YK72+501量測斷面圍巖深部絕對位移隨埋深的變化曲線（“+”向洞室內(nèi)“－”向洞室外）圖6和圖7分別給出的是YK72+501量測斷面圍巖深部相對位移和絕對位移隨時間的變化曲線，圖8為絕對位移隨測點(diǎn)埋深的變化曲線。現(xiàn)場鉆孔情況表明，本斷面深部巖石破碎，呈碎塊狀，孤石較多，整體性差，透水性強(qiáng)。量測結(jié)果表明，各孔圍巖深部位移的分布呈不對稱性，右邊墻的相對位移要大于左邊墻，但三個測孔巖體移動的方向均朝向洞內(nèi)，而且隨測點(diǎn)埋深的增加圍巖位移減小，圖8說明了圍巖深部位移這一變化規(guī)律。到目前為止，左邊墻和拱頂最大絕對位移分別為4.15mm和3.89mm，圖中各曲線表明，圍巖位移繼續(xù)增大。由于右邊墻測孔僅有14米，所以這里沒有給出該測孔內(nèi)各點(diǎn)的絕對位移，最大相對位移為9.6mm。另外還得提出的是，施工單位在掛防水板時，將我們預(yù)留的測線全部從錐型夾具尾部割斷，現(xiàn)場量測人員用了6個多小時的時間將其接好，并做好了將本斷面各測點(diǎn)的測線引出到二襯外面的所有工作，但在施工單位施作完二襯拆模后，現(xiàn)場量測人員安裝孔口板時，拱頂測孔找不到了，測孔內(nèi)的測點(diǎn)全部被打在混凝土中，已無法繼續(xù)量測。3、ZK66+808圍巖深部位移量測斷面此斷面位于某隧道進(jìn)口段左洞的加寬帶，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，該斷面穿越地域的地面高程約為1186米，埋深約296米，圍巖為層狀軟弱-半堅(jiān)硬碎屑巖，易風(fēng)化，不透水，巖層產(chǎn)狀為25°∠46°，巖體穩(wěn)定。設(shè)計(jì)為Ⅳ圍巖本量測斷面多點(diǎn)位移計(jì)的測孔分別布置在隧道左邊墻、拱頂和右邊墻上（面向掌子面），如圖9所示，每個測孔深25米，每孔5個測點(diǎn)，測點(diǎn)間距為5米。量測工作自2005年8月27日開始至現(xiàn)在。圍巖深部各測點(diǎn)的絕對位移與時間的變化曲線給在圖6中。圖7是圍巖深部位移隨孔深的變化曲線。圖9ZK66+808量測斷面圍巖深部位移測點(diǎn)布置示意圖(a)左邊墻測點(diǎn)(d)左邊墻測點(diǎn)(b)拱頂測點(diǎn)(e)拱頂測點(diǎn)(c)右邊墻測點(diǎn)(c)右邊墻測點(diǎn)圖10ZK66+808量測斷面圖11ZK66+808量測斷面圍巖深部相對位移隨時間的變化曲線圍巖深部絕對位移隨時間的變化曲線（“+”向洞室內(nèi)“－”向洞室外）由于洞內(nèi)的潮氣（量測洞內(nèi)的濕度為70-80%）與爆破的硝煙、動力機(jī)械排放的廢氣混合在一起，對測線產(chǎn)生了腐蝕作用，從已斷的測線來看，均斷在錐型夾具的前端且有銹痕，到現(xiàn)在為止，右邊墻已斷4根，左邊墻已斷2根.本斷面位移的分布類似ZK72+845斷面，其中左邊墻和拱頂圍巖深部位移向洞內(nèi)移動，左邊墻135d量測的最大絕對位移為5.67mm，拱頂236d量測的最大絕對位移為4.53mm，而右邊墻圍巖位移向洞外移動(向中隔墻巖體內(nèi)移動)，51d量測的最大絕對位移為-2.45mm，事實(shí)上，ZK66+808斷面圍巖為深灰色中厚-厚層泥質(zhì)粉砂巖，巖層產(chǎn)狀12°∠48°，節(jié)理較發(fā)育，局部見產(chǎn)狀246°∠83°、290°∠85°節(jié)理規(guī)模較大，未充填，多閉合或微張。隧道全斷面開挖后，在上覆巖層自重的作用下，某些部位的圍巖層理面上出現(xiàn)了剪切滑移，導(dǎo)致了右邊墻巖體向洞外移動。圖13描述了圍巖深部位移隨測點(diǎn)埋深的變化。到目前為止，該斷面仍處于初襯支護(hù)中，左邊墻和拱頂兩測孔的位移仍在向洞內(nèi)變化，但移動量極小，右邊墻測孔的位移變化也趨平緩。圖12ZK66+808量測斷面圍巖深部絕對位移隨孔深的變化曲線（“+”向洞室內(nèi)“－”向洞室外）三個量測斷面的的結(jié)果表明明，圍巖深深部位移雖雖然在洞周周表面分布布呈不對稱稱性，但從從位移值來來看卻都具具有離孔口口越近位移移值越大，離離孔口越遠(yuǎn)遠(yuǎn)位移值越越小的規(guī)律律，這種變化規(guī)規(guī)律具有普普遍性，只只是不同深深度各點(diǎn)之之問的位移移比例不盡盡相同，同時也具有有明顯的時時空效應(yīng)，當(dāng)掌子面面距量測斷斷面較近時時，臨近量量測斷面圍圍巖的開挖挖，使得量測測斷面的圍圍巖受到的的擾動較大大，圍巖變形也隨之之增大，三三個量測斷斷面前10d的最大位移移速率在0.43mm//d—0.6mm/d之間；當(dāng)開開挖斷面遠(yuǎn)遠(yuǎn)離量測斷面時時，此時圍巖巖變形受開挖空間間的影響逐漸漸減小，而而時間效應(yīng)變得較為顯著，從圖中可可以看出，受蠕變的影響，圍巖的變形仍在變化，這種由蠕變引起的圍巖位移雖然位移速率很小，但卻是一個較長的過程。三、圍巖支護(hù)應(yīng)力量量測圍巖支護(hù)應(yīng)力包包括錨桿軸軸力、二襯襯接觸壓力力的量測。量量測斷面也布置了三三個，其中中一個布置置在隧道的的出口段左洞，里里程樁號為為ZK72+743，一個布置置在進(jìn)口段左洞，里程樁樁號為ZK66+876，第三個個斷面布置置在進(jìn)口段右洞，里里程樁號為為YK67+209。錨桿軸力力采用光纖纖量測技術(shù)術(shù)，由微機(jī)機(jī)控制的光光纖光柵解解調(diào)儀能夠夠隨時準(zhǔn)確確地捕捉到到布置在監(jiān)監(jiān)測錨桿上上的光纖光光柵應(yīng)變傳傳感器在外外力作用下下的光波波波長皮米（pm）級的變變化，根據(jù)據(jù)波長與應(yīng)應(yīng)變的率定定關(guān)系和應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)關(guān)系，就可可以確定錨錨桿的軸力力。二襯接接觸壓力量量測采用振弦式壓力力傳感器，振弦頻率測測定儀測定定壓力傳感感器的頻率率變化，根根據(jù)標(biāo)定公公式求得二二襯所受的的壓力。1、YK67+2009圍巖支護(hù)護(hù)應(yīng)力的量量測斷面該斷面位于進(jìn)口段段右洞，穿穿越地域的的地面高程程為12551米，埋深約3661米，地層為志志留系下統(tǒng)統(tǒng)羅惹坪組組（S1lr）深灰色中中厚層泥質(zhì)質(zhì)粉砂巖夾夾粉砂質(zhì)頁頁巖，巖層層產(chǎn)狀12°∠48°。節(jié)理發(fā)發(fā)育，產(chǎn)狀狀無明顯規(guī)規(guī)律，多閉閉合或微張張，未充填填，以產(chǎn)狀狀250°∠60°節(jié)理規(guī)模模較大，未充充填。地下下水弱發(fā)育育，淋滲普普遍但規(guī)模模不大。巖巖體穩(wěn)定。設(shè)設(shè)計(jì)為Ⅳ類圍巖。本斷面共布置了了3個監(jiān)測錨錨桿和3個壓力盒盒，分別布布置在左邊邊墻、拱頂頂和右邊墻墻上（面相相掌子面）。監(jiān)監(jiān)測錨桿長長為2.5米，4片光纖光柵柵應(yīng)變傳感感器等間距距布置在錨錨桿上，壓壓力盒緊靠靠錨桿布置置，如圖13所示。錨桿軸力力的量測工工作自2005年9月23日至現(xiàn)現(xiàn)在，二襯襯接觸壓力力的量測工工作自2005年11月12日至現(xiàn)在在。圖13YK67++209量測斷面面錨桿和壓壓力盒布置示意圖(a)拱頂頂錨桿(b)左邊墻錨錨桿(c)右邊墻錨錨桿圖14YK67++209量測斷面面錨桿軸力力隨時間的的變化（“+”為拉力“－－”為壓力）圖15YK67++209量測斷面圖16YK667+2009量測斷面面錨桿軸力隨埋深深的變化二襯襯接觸壓力力隨時間的的變化圖15給出了左邊墻、拱拱頂和右邊邊墻齡期為為203d錨桿軸力力隨時間的的變化曲線線，圖15為錨桿軸軸力隨測點(diǎn)點(diǎn)埋深的變變化，圖16是二襯接接觸壓力隨隨時間的變變化曲線。從曲線可以看出出，錨桿軸軸力在短時時間內(nèi)上升升較快，很很快達(dá)到峰峰值，當(dāng)軸軸力達(dá)到峰峰值后，在在隨后的量量測中，拱拱頂錨桿軸軸力下降幅度較大，兩邊墻上上的錨桿軸軸力下降幅幅度小，這可能是由由于爆破開開挖時使得得松動圈的范范圍增大，松動后的圍巖反過來對錨桿施加壓力的結(jié)果，施作了二襯以后（圖中標(biāo)記），所有錨桿軸力隨時間的變化趨于平緩，從空間上分析，兩邊墻錨桿受力大于拱頂，各錨桿軸力分布特點(diǎn)基本一樣，錨桿軸力呈中間大，兩端小的分布，而且遠(yuǎn)離孔口的測點(diǎn)軸力最小，如圖15所示。左、右邊墻最大錨桿軸力出現(xiàn)在距孔口1.5米的地方，分別為17.47kN和21.74kN，且右邊墻錨桿的軸力略大于左邊墻錨桿的軸力，拱頂錨桿最大軸力出現(xiàn)在1.0米地方，其值為12.36kN。二襯襯接觸壓力力的量測工工作已進(jìn)行行了4個多月，從從圖16給出的曲曲線來看，二二襯施作一一周內(nèi)壓力力較大且三三個測點(diǎn)的的壓力不具具對稱性，其中左、右邊墻和拱頂最大壓力分別為0.037MPa、0.087MPa和0.026MPa。隨后很快下降，大約28d后變化趨緩，最終測得左、右邊墻和拱頂壓力分別0.018MPa、0.025MPa和0.002MPa，表明二襯接觸壓力較小。2、ZK66+8766圍巖支護(hù)護(hù)應(yīng)力量測測斷面本斷面位于某隧道道進(jìn)口段左左洞，穿越越地域的地地面高程為為1212米，埋深約3222米，地層為志志留系下統(tǒng)統(tǒng)羅惹坪組組（S1lr）深灰色色中厚-厚層泥質(zhì)質(zhì)粉砂巖，層層理發(fā)育，巖巖層產(chǎn)狀15°∠46°。節(jié)理較較發(fā)育，泥泥質(zhì)膠結(jié)，多多閉合或微微張。全斷斷面開挖，Ⅳ類支護(hù)。地地下水不發(fā)發(fā)育。圍巖巖整體性較較好，穩(wěn)定定性也較好好。本斷面位于Ⅲ類類和Ⅳ類圍巖交交界處，監(jiān)監(jiān)測錨桿長長為3.0米，4片光纖光光柵應(yīng)變傳傳感器等間間距布置在在錨桿上。在斷面上共布置監(jiān)測錨桿5根，分別布置在左邊墻、右邊墻，拱頂和左、右肩上（面向掌子面），如圖17所示，由于施工單位在該量測斷面未施作二襯，壓力盒至今未安裝。本斷面距掌子面不足8米，在2005年9月21日錨桿剛布置完畢的當(dāng)天下午，一次全斷面的爆破開挖將4根錨桿的光纖炸斷，后因各種原因，10月20日才將被炸斷的錨桿中的兩根接好，拱頂和左肩的錨桿無法連接。圖18是左邊墻、右肩和右邊墻上錨桿軸力隨時間變化結(jié)果。從圖18（a）左邊墻上的錨桿受力來看，最大軸力在距孔口1.2米的地圖17YK66++876量測斷斷面錨桿和和壓力盒布置示意圖(a)左邊墻錨錨桿測點(diǎn)(b)右肩錨桿桿測點(diǎn)(c)右邊墻錨錨桿測點(diǎn)圖18ZK66++876量測斷斷面錨桿軸軸力隨時間間的變化（“+”為拉力“－－”為壓力）方，而遠(yuǎn)離孔口口的測點(diǎn)軸軸力最小，4個測點(diǎn)（0.6米、1.2米、1.8米、2.4米）的軸力分分別為12.113kN、18.991kN、15.339kN和7.588kN，圖18(b)和圖18(c)表明的是是右肩和右右邊墻上錨錨桿受力的的情況，這這兩處的錨錨桿安裝的的時間和左左邊墻一樣樣，但由于于光纖被炸炸斷，使得得觀測時間滯滯后，比較圖18(a)的量測結(jié)果果，圖18(b)和圖18(c)量測到的的只是軸力力到達(dá)最大大值以后的的部分，沒有有完全反映錨錨桿受力的的全過程，這這也說明錨錨桿受力的的時空效應(yīng)，支護(hù)護(hù)錨桿宜盡盡早安裝。圖18(c)中錨桿一段受拉而另一段受壓的現(xiàn)象，這可能是該錨桿穿過了巖層的不連續(xù)面，在不連續(xù)面附近兩側(cè)，錨桿同時產(chǎn)生異常大的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。這種現(xiàn)象，國內(nèi)外學(xué)者在實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場監(jiān)控量測中均出現(xiàn)過。3、ZK72+743圍圍巖支護(hù)應(yīng)應(yīng)力量測斷斷面本斷面位于某隧隧道出口段段左洞，穿穿越地域的的地面高程程為12226米，埋深約3336米，地層為奧奧陶系下統(tǒng)統(tǒng)紅花園組組（O1h）黑灰色色厚層、巨巨厚層灰?guī)r巖，該段處處于斷層破破碎帶內(nèi)，圍圍巖多呈大大塊狀堆積積，無層序序，之間或或無充填或或充填黃色色粘土，按Ⅱ類支護(hù)。地地下水較發(fā)發(fā)育，左側(cè)側(cè)壁（北壁壁）裂隙水水發(fā)育，呈呈股狀匯出出，水量約約4～5L/s。由于本斷面處于于F2斷層破碎碎的影響范范圍內(nèi)，圍圍巖整體性性差，因此此采用了臺臺階法預(yù)留核核心土的開開挖方式。本斷面布置的監(jiān)監(jiān)測錨桿長長為3.5米，4片光纖光光柵應(yīng)變傳傳感器等間間距布置在在錨桿上，本斷面共共布置5根錨桿和5個壓力盒盒，分別布布置在左邊邊墻、右邊邊墻，拱頂頂和左、右右肩上（面面向掌子面面），如圖圖19所示。錨錨桿和壓力力盒布置的的時間是2005年11月23日，量測斷斷面距掌子子面不足18米，而且且上臺階已已開挖，下下臺階還未未開挖。圖20給出了左左邊墻、拱拱頂、右邊邊墻和右肩肩錨桿軸力力隨時間的的變化曲線線（左肩錨錨桿在12月2日爆破開開挖時被炸炸斷，左邊邊墻測點(diǎn)保保護(hù)盒和錨錨桿的光纖纖也被挖掘掘機(jī)破壞，左左邊墻錨桿桿的齡期只只有78d）。圖19YK772+7443量測斷斷面錨桿和和壓力盒布布置示意圖圖(a)左邊墻錨桿測點(diǎn)點(diǎn)(b)拱頂錨桿測測點(diǎn)(c)右邊墻錨錨桿測點(diǎn)(d)右肩錨桿測測點(diǎn)圖20ZK772+7443量測斷面面錨桿軸力力隨時間的的變化圖中結(jié)結(jié)果表明，錨錨桿軸力比比前兩個斷斷面的錨桿桿軸力大，錨桿安裝初期軸力變化平緩，后呈臺階式變化，而且各測點(diǎn)出現(xiàn)不同