隧道施工监控及地质雷达技术

施工监控及地质雷达技术在软弱偏压隧道施工中的应用摘要近年来，我国建设了大量铁路、公路隧道。在修建过程中当隧道位于软弱、破碎段时，隧道围岩具有稳定性差、形变复杂等特点，常形成软弱围岩大变形、流变等地质灾害，往往成为整条隧道的薄弱环节和难题。因此，对软弱围岩变形特性及其控制措施研究是目前急需解决的问题。为此，本文以怀通高速隧道软弱围岩隧道为研究对象，依据隧道施工监控量测数据，分析和总结了软弱围岩变形特性，并运用弹塑性有限元法分别对软弱围岩隧道不同开挖方式及施工过程中围岩、支护结构力学效应进行数值模拟研究，总结和论证了软弱围岩隧道支护措施和方法，重要研究成果有：（1）重点研究了隧道典型断面的围岩变形～时间变化曲线、围岩变形～空间变化曲线的特点及规律，对围岩变形时间效应和空间效应进行分析，得出怀通高速隧道软弱围岩变形特性：隧道周边水平收敛值比拱顶沉降变形量大；软弱围岩大变形阶段表现为变形量大，拱顶偏压，围岩受到剪胀挤出，导致支护结构严重破损；Ⅳ级、Ⅴ级围岩一般在埋设测点后经历一个月后趋于稳定，而大变形段可达数月之久；各断面围岩变形～时间变化曲线重要有抛物线型和似阶梯形两种变化型式；各断面围岩变形～空间变化曲线则重要表现为抛物线型和似阶梯形型，怀通高速隧道围岩变形空间效应显著。（2）大变形，变形量级较普通围岩变形大的多；具有初期变形发展快，变形增长连续时间长，受到施工影响，变形呈现阶段性增减等特点。（3）施工现场观测衬砌混凝土开裂、剥落，错台严重，说明围岩发生明显剪切膨胀，从而导致衬砌破坏。（4）围岩变形与支护结构互相作用。软弱围岩在隧道开挖后，初期变形量过大，而支护结构刚度相对较弱，导致喷射混凝土层变位大，发生整体沉降，这是软弱围岩大变形的前提。对各级围岩条件下各测试元件结果做出了整理，并对正团冲隧道建立了二维平面及三维计算模型，模拟了隧道施工力学行为，重要得出了以下的结论：（1）IV～V级围岩中，钢支撑承受了很大的荷载，钢支撑在混凝土强度尚未完全形成时发挥重要作用，提高了支护结构的整体强度，起到了很好的支护效果。后期施作二衬混凝土时，钢支撑内力均有不同限度的减小，说明二衬分担了初期支护结构的部分应力，初期支护中，钢支撑的支护作用比较明显，对于破碎围岩来说，施作钢支撑是很有必要的，起到了很好的支护作用。（2）隧道上台阶开挖后由于部分初始应力得到释放，边墙两侧出现了应力集中现象，围岩塑性范围小，但应力值大，在施加初期支护后地应力完全释放，由围岩和支护共同承担应力，拱腰应力圈变化均匀，应力集中现象得到了很大的改善。（3）初期支护最大应力出现在隧道底部，且越远离开挖面数值越大，拱脚处有应力集中现象，这规定在施工过程中特别注意围岩开挖的轮廓以及锚杆特别是锁脚锚杆的施工时间和质量。应及时施做仰拱，尽早使衬砌闭合，假如不及时施做，围岩通过自身的应力调整，荷载会传递给隧道上部衬砌结构，使衬砌结构承受更大的荷载。（4）隧道拱顶、拱底和两侧边墙均承受一定的拉压应力，在施工过程中要保证喷混凝土密实，钢拱架与围岩紧密接触，钢拱架纵向有联系构件，底脚要牢固。特别注意围岩开挖的轮廓以及锚杆特别是锁脚锚杆的施工时间和质量。应及时施做仰拱，尽早使衬砌闭合。（5）隧道大面积开挖后，前方掌子面拉应力较大。采用此方法进行施工应循环施工，在掌子面前方预留一部分核心土阻止前方掌子面失稳。（6）计算和实测的支护内力均较小，设计选取的支护参数满足规定，并有一定的安全储备。对怀通高速公路隧道进行了地质雷达超前预报，探明了该段地层岩性分布，并就超前地质预报结果并根据地质雷达图像的波形特性和频率、振幅、相位以及电磁波能量吸取情况等细节特性的变化规律来建立与各种典型地质现象的相应关系。关键词：隧道软弱围岩空间效应时间效应变形特性数值模拟地质雷达目录摘要 II第一章绪论 11.1工程背景 11.1.1工程地质条件 11.1.2隧道主体工程 31.2选题依据 41.3重要内容及研究意义 51.3.1研究内容 51.3.2研究意义 6第二章施工监控量测在软弱偏压隧道中的应用 72.1隧道监控量测技术与方法 72.1.1隧道施工监控量测内容 72.1.2监控量测目的 82.1.3监测断面间距 92.1.4数据的解决 92.2软弱围岩隧道变形特性分析 102.2.1正团冲隧道围岩变形的时间效应分析 112.2.2正团冲隧道围岩变形空间效应分析 182.2.3燕子湾隧道软弱偏压围岩大变形监测分析 212.3施工监控量测技术在软弱偏压围岩隧道进洞阶段中的应用 262.3.1监控量测及施工措施 262.3.2隧道洞口施工总结 302.4影响软弱围岩变形的重要因素 312.5本章小结 33第三章隧道软弱偏压围岩稳定性分析 353.1影响软弱围岩隧道稳定的因素 353.1.1影响软弱围岩隧道稳定的因素 353.1.2影响正团冲隧道稳定的因素 383.2现场测试及结果分析 383.2.1测试目的 383.2.2测试内容与方法 393.2.3测试结果分析 413.3正团冲隧道施工工法的二维数值分析 463.3.1计算方法和计算模型 463.3.2围岩位移场应力场分析 473.3.3锚杆受力分析 503.3.4初期支护受力分析 513.4软弱围岩条件下隧道三维数值模拟 523.4.1计算方法和计算模型 523.4.2应力场分析 553.5本章小结 65第四章地质雷达技术在软弱围岩隧道的应用研究 664.1隧道地质超前预报概述 664.1.1地质超前预报意义及目的 664.1.2地质超前预报内容 664.1.3地质超前预报常用方法 674.2地质雷达探测法简介 674.2.1地质雷达工作原理 674.2.2地质雷达探测技术规定 704.2.3雷达图像的判读 714.3怀通高速隧道地质雷达探测实例 734.3.1测线布置方式选择 734.3.2天线频率的选择 734.3.3信号触发方式选择 734.3.4超前预报测试成果分析 744.4本章小结 79第五章结论 80第一章绪论1.1工程背景怀通高速公路是国家高速公路网包茂线的重要组成部分，也是湖南省“五纵七横”高速公路网规划中的第5纵，北接邵怀高速竹田枢纽互通，同时连通吉怀高速；南接广西龙胜县，与拟建的广西省桂林至三江高速公路相连。起于怀化市以南的邵怀高速竹田互通，向南经中方县，洪江市、会同县、靖州县、绥宁县、通道县进入广西境内。主线全长197.638km，主线采用双向四车道高速公路标准。全线共计隧道35座，合计单洞长44157.303m，其中最长隧道为K108+355～K110+962处的鱼梁坝隧道，单洞长度达成4207m。隧道分布分散，地质构造及地层岩性复杂，涉及23个土建施工单位，施工组织难度大。沿线地形属云贵高原向江南丘陵的过渡地带，路线分布狭长的丘岗盆地区，路线布置受地形限制较多。区内多为砂质板岩地区，断层、软弱夹层，破碎地层、节理密集带、富水裂隙带广泛分布，影响隧道的稳定性，特别是隧道进出洞口。1.1.1工程地质条件（1）地层岩性隧址区出露、揭露的地层有：新生界第四系残坡积层（Qel+dl），古生界寒武系无量山群第四段（∈wl4），隧道进口冲沟分布第四系冲洪积（Qal+pl）。1）第四系残坡积层（Qel+dl）：分布于斜坡表层，岩性为黄灰色、黄褐色、紫褐色碎石土，结构疏松，呈散体结构，粘性土、砂土充填。分布不均，局部呈含碎石（角砾）粉质粘土。隧道进出口堆积厚度3～5m。2）第四系冲洪积层（Qal+pl）：分布于隧道进口及冲沟内，岩性为碎石土、砂砾石土，黄褐色、浅灰色，松散～稍密，局部间夹粘性土透镜体，厚度2～5m。3）第四系人工填土层（Q4me）：分布于隧址区斜坡坡面，岩性为碎石土，黄褐色，松散，为采石场弃土，厚约3～5m。4）寒武系第四段（∈wl4）：分布于隧道进出口坡面第四系土层之下及隧道洞身，为一套浅～中档变质岩。岩性为钙质、砂质板岩，局部夹炭质板岩、片岩，其间含石英脉及团块，板状、片状构造。受构造影响，岩石揉皱强烈，节理裂隙发育，层理发育，呈薄层～中层状，层状岩石沿板理面易剥离呈片状。岩体完整性差，风化强烈，呈碎石～碎块状。据钻孔揭露，强风化岩层厚50～65m。（2）地质构造区内构造类型为断裂、褶皱和新构造运动，隧址区构造类型为新构造运动，其重要表现形式为河流、冲沟深切割。岩层中揉皱现象常见，层间差异风化显著，岩体破碎，风化强烈，节理、板理发育。岩层倾向330°～10°，倾角20°～36°，局部8°～20°，重要发育三组陡倾角节理，形成区内的陡崖面、陡坡面，节理分述如下：1）走向168°～183°，倾向78°～93°，倾角70°～89°，节理延伸长1～3m，呈微张状，张开宽2～20mm，无充填或有少许钙质、泥质充填，密度2～3条/m。2）走向243°～263°，倾向153°～173°，倾角70°～85°，延伸长3～5m，张开2～15mm，局部15～25mm，无充填或少许钙质、泥质充填，密度3～4条/m。3）走向283°～310°，倾向193°～220°，倾角65°～85°，延伸长3～5m，张开2～20mm，无充填或有少许钙质、泥质半充填，密度2～4条/m。以上节理与层面互相错切，将岩体切割成碎石状、碎块状。隧址区总体构造环境相对稳定，构造对隧址区影响相对较小，区域稳定性相对较好。（3）水文地质特性地下水重要为第四系松散岩类孔隙水及变质岩基岩裂隙水。第四系松散岩类孔隙水赋存于第四系残坡积（Qel+dl）碎石土和第四系冲洪积碎石、砂砾石中，接受降水、沟水的补给，富水性贫乏，呈上层滞水的形式存在。基岩裂隙水赋存于山群板岩（∈wl4）强风化岩石及基岩裂隙中，接受降水、沟水和上覆松散岩类孔隙水的补给，富水性中档，泉水流量0.79～1.25L/S，地下径流模数1.0～2.0S/L.km2。钻孔揭露地下水埋深10.72～17.50m。据区域水质分析资料，地下水化学类型为HCO3-—Ca1.1.2隧道主体工程（1）隧道横断面设计隧道内轮廓设计横断面组成为：（0.75+0.5+4.0×2+0.5+0.75）m=10.5m，行车道限高（2）应急停车带横断面设计：应急停车带限界宽度组成：0.75+0.5+4.0×2+3.5+0.75，限界高度5.0m，采用三心圆断面。隧道考虑设立宽3.5m（涉及硬路肩），长40m的应急停车带，间距不大于750m。本项目（3）衬砌结构设计隧道衬砌结构除洞口段结合地形、地质条件设立明洞衬砌，采用明挖法外，隧道洞内其余段落均按新奥法原理进行设计，设计中采用柔性支护体系的复合式衬砌结构，即以锚杆、钢筋网、喷射混凝土、钢格栅等共同组成初期支护体系，并根据地层、地质条件在设计时采用了小导管超前预加固措施。这种衬砌支护既能充足发挥围岩的自身承载能力，使其与衬砌达成共同受力，以便达成减薄衬砌厚度的目的；又能有助于保证施工安全、便于机械化快速施工、提高隧道衬砌的抗震性与防水效果。二次衬砌采用模筑混凝土。在初期支护与二次衬砌支护之间敷设土工布加EVA防水卷材作为隔水层，防止围岩水渗入隧道内。衬砌结构设计方案采用工程类比法，并进行了有限元数值模拟计算进行了校核，拟定了支护的衬砌模式。在施工过程中应通过现场围岩监控分析及地质超前预报，对设计的参数作进一步优化、调整。本课题重要以正团冲隧道和燕子湾隧道为例，对隧道施工监控和地质雷达地质预报技术在施工中的应用进行说明。（1）正团冲隧道为新建高速公路控制性工程，左右幅分离，单洞长度3651米，于2023年终开工建设。项目沿线地形属云贵高原向江南丘陵过渡的湘西南地带，区内多为砂质板岩地区，断层、软弱夹层，破碎地层、节理密集带、富水裂隙带广泛分布。地质调查表白，隧道右洞出口端处在山坳出口，隧址严重偏压，右侧地表平缓，约800㎡水田，常年有小溪状流水，表层为残坡积种植土，植被发育，砂漏层。春夏属湘西南地区雨季，阵雨、暴雨随时而至，降水在地表漫流渗入，下有浸泡围岩使得围岩泥化，软弱，岩体抗剪强度大大减少，增大衬砌压力，严重影响洞口边坡和隧道围岩的安全和稳定。根据设计，隧道右洞出口端按V级围岩施工，施工参数为S5a：初期支护采用C20喷射混凝土，厚24cm，18型工字钢闭合环，间距75cm，超前小导管16环，D25注浆锚杆，长3m，0.75×1.00m布置；二衬厚度45cm，C25钢筋混凝土结构。明洞交接桩号YK117+796。（2）燕子湾隧道为左右洞分离小近距隧道，左线起讫里程K103+852～K104+185，全长333m，右线起讫里程K103+850～YK104+160，全长310m。洞口覆盖第四系残积土，植被发育；洞口埋深浅，强～全风化砂质板岩，黄褐色，松散状结构，完整性差，V级围岩；右洞出口端偏压较严重。下伏基岩为砂质板岩，穿过岩层为Ⅳ级、Ⅴ级围岩。地下水重要为基岩裂隙水。1.2选题依据近年来，随着国家社会经济实力的增强和区域经济发展的需要，陆上交通增长十分迅猛，原有的交通体系越来越不能满足使用规定。为了缓解各类交通设施超负荷运转，交通事故、交通阻塞和交通公害频发等巫待解决的问题，改革开放以来，我国将交通运送列为国民经济发展的战略重点之一，规划和建设了一大批铁路、公路运送体系。在这些交通运送体系中，逐渐摒弃了山岭地区盘山公路，而是采用大量隧道工程穿越山岭，跨越江河海湾。目前，我国已先后修建数量众多的铁路隧道、公路隧道。随着我国加强公路基础设施建设投入力度和当前阶段我国经济发展的需要，长大公路隧道的建设在我国进入了新的高峰。例如，被称为亚洲第二专长公路隧道的甘肃省宝(鸡)天(水)高速公路大坪里专长隧道(12KM)、湖北省最长公路隧道沪蓉西高速公路龙潭隧道(8.7KM)、四川大省雅安至西昌高速公路泥巴山专长隧道(8KM)等一大批在建、拟建专长隧道项目在全国各地不断涌现。2023年12月开工建设的武汉长江隧道总长3.6公里，是我国首条开工建设的水底隧道工程，其东线于2023年1月胜利贯通;厦门翔安海底隧道于2023年4月开工建设，隧道全长约9公里，其中跨海主体工程长约6公里，是中国大陆第一条海底隧道。这些建造难度相对较大的长大隧道工程相继开工建设和贯通标志着我国隧道工程建设历史上新的里程碑。在我国隧道建设取得举世瞩目的成绩同时，建设过程中碰到的各种问题也不容忽视。在修建公路、铁路隧道中，当隧道位于软弱破碎带时，隧道围岩具有稳定性差、受力复杂等特点，常形成软弱围岩大变形、流变等地质灾害，是整条隧道的薄弱环节，解决稍不得当，就会导致花费大量人力、物力，迟延工期，给工程建设导致极大的困难。如鹤鸽山公路隧道，其围岩岩体硬度小、膨胀率高，易风化，围岩变形重要发生在初期支护完毕后，变形量大，连续时间长。往往表现为初支混凝土开裂，钢拱架扭曲变形，局部侵入隧道限界，最大可达300~，甚至将初期支护整体破坏，产生大规模塌方。南昆线家竹管铁路隧道长390m的围岩大变形洞段，拱顶发生240cm的下沉，边墙内移160cm，底鼓80~100cm;支护结构严重变形，侵入隧道限界，致使上半断面高度缩小到局限性lm。工期延误达四个半月之久，据计算整治消耗自进式锚杆10万余米，假如将所有整治费用加在一起，损失十分惊人。可见，如何控制软弱围岩变形发展及制定合理支护方案、准确的地质超前预报成为困扰地下工程界的一个重大问题。1.3重要内容及研究意义1.3.1研究内容为此，本报告依托怀通高速隧道的建设实践，项目组在隧道施工现场，运用各种设备和量测元件，对怀通高速隧道施工过程进行监控，并现场测量了隧道拱顶沉降和拱腰水平收敛。以隧道现场实测数据为基础，对怀通高速隧道软弱围岩变形特性进行总结;在此基础上，通过弹塑性有限元法和有限差分法进行数值模拟，对怀通高速隧道软弱围岩段不同开挖方式及洞身软弱围岩段施工力学效应加以分析，结合现场实测数据进行对比，以检查、分析结果的合理性；最后，并对其控制措施进行分析研究。通过大量的超前地质雷达预报工作，我们积累了较为丰富的现场资料，并根据地质雷达图像的波形特性和频率、振幅、相位以及电磁波能量吸取情况等细节特性的变化规律来建立与各种典型地质现象的相应关系。1.3.2研究意义怀通高速隧道岩层层间结合较差，隧道拱部围岩容易失稳，隧道围岩为Ⅳ级为主，局部为Ⅴ级软弱围岩。地层地质复杂，对其软弱围岩段如处治不妥则会危及该隧道的正常施工建设和安全运营。因此有必要围绕该隧道围岩变形特性与合理工程控制措施问题进行研究，有针对性地开展科研工作，从而指导施工实践、反馈分析设计参数的合理性。第二章施工监控量测在软弱偏压隧道中的应用在隧道的开挖过程中，随着开挖面的向前推动和时间的推移，隧道围岩变形不断发展，这就是通常所说的围岩变形特性。对这一特性的研究，有助于我们掌握围岩的变形规律，拟定二次衬砌合理施作时机，为设计、施工提供参考和依据。本章结合怀通高速公路正团冲隧道和燕子湾隧道的监控量测资料，一方面介绍了隧道监控量测的技术与方法，运用相关围岩变形特性分析方法和技巧，对围岩变形～时间变化曲线、围岩变形～空间变化曲线的特点及规律进行分析，以期找出其中的一些变形特性和规律，为以后的相关研究提供参考。2.1隧道监控量测技术与方法2.1.1隧道施工监控量测内容监测的项目和具体内容按《公路隧道施工技术规范》规定拟定，监测的频率、采集的次数均不少于“规范”的规定。本项目重要开展的监测实行项目如表2.1：表2.1监测实行项目表序号监测项目方法及工具测点布置监测间隔时间1～15d16d~1个月1～3个月大于3个月1地质及支护状态观测地质素描；地质罗盘、地质锤；相机开挖后及初期支护后进行原则上天天1次2周边位移收敛计每10～50m一个断面，每断面2～3对测点。1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月3拱顶下沉水平仪、水准仪、钢尺或测杆每10～50m一个断面4锚杆轴力及抗拔力电测锚杆测力计及拉拔器锚杆轴力每座隧道不同围岩类别设1个监测断面，每个断面设3～5根锚杆测力计。锚杆抗拔力每10m，一个断面，每个断面至少做三根锚杆。5洞口浅埋段地表下沉水平仪、水准尺洞口和浅埋段每5～50m一个断面，每断面至少7个测点，每隧道至少1个断面；中线每5～20m一个测点。开挖面距监测断面前后＜2B时，1～2次/天开挖面距监测断面前后＜5B时，1次/2天开挖面距监测断面前后＞5B时，1次/周6开挖轮廓测量激光断面仪1个断面/20m开挖后初支前7围岩体内位移（洞内设点）洞内钻孔中安设多点位移计每5～100m一个断面，每断面3～5个多点位移计。1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月8围岩内位移（地表设点）、土体侧向变形（有偏压的洞口段）地面钻孔中分层沉降仪和测斜仪洞口和浅埋段设1～2个断面，每断面2个钻孔，钻孔位置设于隧道中线。同地表沉降规定9围岩压力及两层支护间压力压力盒每代表性地段一个断面，每断面设5～7个测点。1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月10钢支撑内力钢筋应力计每代表性地段一个断面，每断面设5～7个测点。11初衬、二衬砼应力、裂隙混凝土应变计、测缝计每代表性地段一个断面，每断面设5～7个测点。12渗透水压力渗压计每代表性地段一个断面，每断面设2～4个测点。2.1.2监控量测目的在隧道施工期间实行监测，引入监测制度，是加强工程安全质量管理，防止重大事故发生的有力措施。通过监测工作提供及时、可靠的信息用以评估隧道工程在施工期间的安全性，并对也许发生危及安全的隐患或事故及时、准确地预报，以便及时采用有效措施，避免事故的发生的同时指导设计和施工，实现“动态设计、动态施工”的主线目的。本项目隧道按锚喷构筑法原理，鉴于隧道地质构造及地层岩性复杂，为了保证隧道施工的安全和顺利进行，掌握围岩和支护的动态信息；使结构既安全，满足其使用规定，又经济合理；在不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊规定的停车通道交叉地段或业主及监理认为有必要监控的地段设立监控量测断面，进行全面系统的监控量测。（1）掌握围岩动态和支护结构的工作动态，运用量测结果修改设计，指导施工；（2）预见事故和险情，以便及时采用措施，防范于未然；（3）积累资料，为以后的工程设计、施工提供经验；（4）为拟定隧道安全提供可靠的信息；（5）量测数据经分析解决与必要的计算的判断后，进行预测和反馈，以保证施工安全和隧道稳定。2.1.3监测断面间距拱顶沉降和水平收敛量测断面的间距为:Ⅲ级以下围岩不大于40m;Ⅳ级围岩不大于30m;Ⅴ级围岩应小于20m。围岩变化处适当加密，在各级围岩的起始地段增设拱顶沉降测点1～3个，水平收敛1～2对。当发生较大涌水时，Ⅳ、Ⅴ级围岩量测断面的间距应缩小至5～10m。2.1.4数据的解决（1）根据量测结果进行综合判断，拟定变形管理等级，据以指导施工。变形管理等级见表2.2。表2.2监测管理等级管理等级管理量施工状态ⅢUO＜（Ut/3）可正常施工Ⅱ（Ut/3）＜UO＜（2Ut/3）应加强监测ⅠUO＞（2Ut/3）预警、应采用特殊措施注：UO为实测值，Ut为最大允许值。（2）由于偶尔误差的影响而具有离散性，根据实测数据绘制的围岩变形随时间而变化的曲线有时出现上下波动，不规则，难以进行分析。有必要应用数学的方法对现场量测数据进行回归分析，对围岩变形曲线散点图进行拟合，使之具有更直观的规律性和科学性，以便我们更好掌握围岩变形规律。我们用一次负指数函数对监测原始数据进行了回归分析，回归方程为:，其中t为时间，U为t时刻内空收敛值，A、B、k为回归系数。（3）《公路隧道施工技术规范》中明确规定，二衬施做时机应在满足下列规定期进行：a.各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；b.已产生的各项位移已达预测总位移量的80%～90%；c.周边位移速率小于0.1～0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07～0.15mm/d。d.当位移～时间曲线出现反弯点时，则表白围岩和支护已呈不稳定状态，此时应密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖。2.2软弱围岩隧道变形特性分析隧洞开挖后产生的洞周收敛变形重要来自于开挖，即“空间效应”和岩体流变的“时间效应”。对于坚硬岩体，一般来讲洞周的内空收敛变形重要来源于隧道的开挖，但对于软弱岩体和极软岩体来讲，则与坚硬岩体则不尽相同，仍然围岩不仅变形量大，其变形规律也比较特殊。如何对的地结识软弱围岩的变形规律，是对的进行隧道设计和安全施工一方面必须解决的问题。为了解决怀通高速隧道碰到的这一问题，我们在施工过程中进行了大量软弱围岩变形观测和测定。通过量测项目获得的数据资料，经整理分析，逐步结识了怀通高速隧道软弱偏压围岩体的变形规律及特性，为指导开挖、初期支护、二次衬砌和以后的运营管理提供了依据，并在实践中总结出了适应软弱围岩隧道的建设经验。根据怀通高速正团冲隧道地质勘察报告，正团冲隧道Ⅳ级围岩洞段占隧道长度的75.5%，其余部分为Ⅴ级围岩。其岩性以砂质板岩为主，局部为泥岩，发育、风化，且伴有地下水。岩石强度低，围岩自承能力差，正团冲隧道围岩多属软弱围岩。正团冲隧道在施工过程中左、右洞沿轴线共布置296个监测断面。根据记录的结果：正团冲隧道Ⅴ级软弱围岩洞段的变形量大约为5.3～38cm，一般趋稳时间约为30天，而正团冲隧道大变形段从开挖到围岩变形稳定则历经约6个月时间；Ⅳ级围岩洞段的变形量大约为0.3～1.4cm，趋稳时间一般为20～30天。围岩级别的影响较明显，重要是由于正团冲隧道Ⅴ级围岩重要集中分布在浅埋偏压的洞口地段和断层破碎富水带，软弱围岩深埋隧道长度占正团冲隧道总长度的24.5%，Ⅳ2.2.1正团冲隧道围岩变形的时间效应分析新奥法的基本思想在于：把岩体视为连续介质，在粘、弹、塑性理论指导下，根据在岩体中开挖隧道后从变形产生到岩体破坏，存在一个时间历程，在这一历程中适时地构筑支护结构，使围岩和支护共同形成坚固的承载环。这里提及的“隧道围岩变形从产生到破坏的过程”这一时间历程，其中所涉及的一个重要内容就是由于围岩的流变性质所导致围岩变形时间效应。根据正团冲隧道的现场监控量测资料，对典型断面围岩变形～时间变化曲线进行分析，结果如下。（1）正团冲隧道YK117+340断面1）周边水平收敛正团冲隧道YK117+340断面围岩级别Ⅳ级，岩性为砂质板岩，现场观测其岩体结构呈块碎石状、镶嵌结构。支护类型为S4a衬砌类型，此断面设计及实际施工均采用台阶从YK117+340断面的周边水平收敛位移历时曲线（图2.1）可知，上测线周边水平收敛变化回归曲线总体呈抛物线形。抛物线形变形曲线一般可分为三个变形阶段：快速增长阶段、缓慢增长阶段及趋稳阶段。第一阶段为快速增长阶段，在埋设测点后的前7天，收敛值累计达17.87mm，已占总收敛量的71.85%，收敛速率几乎均大于-0.2mm/d（图2.2）；在接下来的7天，进入缓慢增长阶段，周边收敛累计值继续增长，但增长缓慢，增长量为5.87mm，占总收敛量的23.60%，收敛速率也已降至-0.15mm/d以下；在测点埋设15天至22天，周边水平收敛变化曲线进入趋稳阶段。期间，周边收敛累计增量较小，为0.17mm，仅占总收敛值的0.68%，而平均收敛速率仅为图2.1YK117+340断面周边水平收敛变化曲线图图2.2YK34+920断面周边水平收敛速率变化曲线图表2.3正团冲隧道YK34+920断面周边水平收敛变形特性抛物线形曲线

变形阶段周边收敛

(mm)累计位移量比例

(%)历时（d）平均收敛速率（-mm/d）快速增长阶段17.8771.8572.55缓慢增长阶段5.8723.670.84趋稳阶段0.170.6880.02合计23.91100.00222）拱顶沉降拱顶中间测点的沉降变化历时曲线呈抛物线形(图2.3)，埋设测点之后6天，拱顶沉降变化曲线进入快速增长阶段，沉降值变化较大，达成9.2mm，占中间测点总沉降量的76.03%(表2.4)，沉降速率均大于-1.0mm/d(图2.4)，平均速率达成-1.53mm为2.4mm，占总沉降量的19.83%。在该阶段内，中间测点沉降速率在-0.上下浮动，平均速率为-0.34mm/d；在拱顶中间测点埋设后22天，曲线变化逐渐平缓，其沉降值增量、沉降速率、平均沉降速率较前两阶段均较小。拱顶围岩沉降变形逐渐趋于稳定。表2.4正团冲隧道YK34+920断面拱顶下沉变形特性抛物线形曲线

变形阶段拱顶下沉(mm)累计下沉量比例

(%)历时（d）平均收敛速率（-mm/d）快速增长阶段9.276.0361.53缓慢增长阶段2.419.8370.34趋稳阶段0.54.1390.05合计12.1100.0022图2.3YK117+340断面拱顶下沉变化曲线图图2.4YK34+920断面拱顶下沉速率变化曲线图表2.5正团冲隧道YK117+340断面围岩变形回归分析测线名称回归方程相关系数历时（d）预测最终位移（mm）实测最终位移（mm）水平收敛

上测线0.9872325.5123.91拱顶沉降

左测点0.9942314.314.0拱顶沉降

中测点0.9672312.312.1拱顶沉降

右测点0.9892318.718.5通过对正团冲隧道YK117+340断面原始测量数据进行回归分析，结果置于表2.5，并将其绘制于图2.1、图2.3中。图中，实测数据曲线和回归拟合曲线基本吻合。由表2.5可知，上测线周边水平收敛当t=18d，理论周边收敛值为24.01mm，实测周边收敛值为23.82mm，预测最终周边收敛值为24.87mm，己产生的收敛值占总收敛值的95.8%；拱顶沉降左边测点当t=17d，理论周边收敛值为13.2mm，实测周边收敛值为13.5mm，预测最终周边收敛值为14.3mm，已产生的收敛值占总收敛值的92.3%，且收敛速率小于-0.1mm/d；拱顶沉降中间测点当t=16d，理论周边收敛值为11.9mm，实测周边收敛值为11.9mm，预测最终周边收敛值为12.2mm，已产生的收敛值占总收敛值的97.5%；拱顶沉降右边测点当t=16d时，理论周边收敛值为17.9mm，实测周边收敛值为17.5mm，预测最终周边收敛值为18.7mm，已产生的收敛值占总收敛值的95.7%。且拱顶沉降左、中、右测点沉降速率均小于-0.15mm（2）正团冲隧道YK117+784断面1）周边水平收敛正团冲隧道YK117+784断面处在右线出口端，围岩级别V级，岩性为灰褐色砂质板岩，现场观测其岩体结构呈块碎石状压碎结构。支护类型为S5c衬砌类型，实际施工采用上下台阶开挖法。从YK117+784断面的周边水平收敛位移历时曲线(图2.5)可知，上、下测线周边水平收敛变化曲线呈似阶梯形。似阶梯形曲线呈现四个变形阶段模式，即，快速增长阶段→缓慢增长阶段→快速增长阶段→趋稳阶段。在上台阶开挖后的前7天，上测线周边收敛变化曲线进入快速增长阶段，收敛值累计达46.24mm，占总收敛量的77.94%，平均收敛速率达-6.60mm/d(图2.6)；在测点埋设后8天至32天，上测线周边水平收敛变化曲线呈缓慢增长状态，变形增量比较小，仅为1.44mm，说明初期支护对围岩进一步变形的约束作用明显。上台阶开挖42天后进行下台阶开挖，上测线周边收敛速率明显增长，最大值达成-1.67mm/d。下台阶开挖5天后，上测线变形速率明显减小，19天后其变化曲线逐渐趋于稳定，稳定收敛值为59.33mm；上台阶开挖过程中的变形量为52.46mm，占上测线总收敛值约90%，下台阶开挖过程中产生变形量为6.03mm，占上测线总收敛值约该断面下测线周边收敛历时变化曲线呈似阶梯形，总体经历了快速增长变形阶段、缓慢变形、快速增长变形阶段和趋稳阶段。下台阶开挖23天后，下测线收敛速率开始显著减慢，其变形曲线逐渐稳定，最终稳定收敛值在下台阶开挖34天后达成4.77mm图2.5YK117+784断面周边水平收敛变化曲线图图2.6YK117+784断面周边水平收敛速率变化曲线图表2.6正团冲隧道YK117+784断面上测线周边水平收敛变形特性抛物线形曲线

变形阶段周边收敛(mm)累计收敛量比例

(%)历时（d）平均收敛速率（-mm/d）快速增长阶段46.2477.9476.60缓慢增长阶段1.442.43250.06快速增长阶段9.5816.1581.20趋稳阶段2.073.49360.10合计59.33100.00762）拱顶沉降拱顶中间测点的沉降变化历时曲线呈似阶梯形(图2.7)。埋设测点之后前11天，拱顶沉降变化曲线进入快速增长阶段，沉降值增量较大，达成13.0mm，占中间测点总沉降量的37.46%(表2.7)，其平均沉降速率为-1.18mm/d(图2.8)；在接下来的30天，拱顶沉降变化曲线变化平缓，其沉降增量相对较小，为7.4mm。下台阶开挖后，拱顶测点的沉降产生一定限度的突变，增长量为10.9mm，占中间测点沉降值的31.41%，这说明下台阶开挖对拱顶沉降的影响较为显著，下台阶开挖法施工尚有优化也许性。最终，中间测点沉降变化曲线在测点埋设76图2.7YK117+784断面拱顶下沉变化曲线图图2.8YK117+784断面拱顶下沉速率变化曲线图表2.7正团冲隧道YK117+784断面拱顶下沉变形特性抛物线形曲线

变形阶段拱顶下沉(mm)累计下沉量比例

(%)历时（d）平均收敛速率（-mm/d）快速增长阶段13.037.46111.18缓慢增长阶段7.421.32300.25快速增长阶段10.931.41110.99趋稳阶段3.49.80240.14合计34.7100.0076表2.8正团冲隧道YK117+340断面围岩变形回归分析测线名称开挖环节回归方程相关系数历时（d）预测最终位移（mm）实测最终位移（mm）水平收敛

上测线上台阶开挖（0＜t＜30）0.9953058.4959.79下台阶开挖（30≤t≤76）0.95746水平收敛

下测线上台阶开挖（42＜t＜52）0.947105.004.99下台阶开挖（52≤t≤76）0.99124拱顶沉降

左测点上台阶开挖（0＜t＜41）0.9874129.630.1下台阶开挖（41≤t≤76）0.99435拱顶沉降

中测点上台阶开挖（0＜t＜41）0.9654134.734.5下台阶开挖（41≤t≤76）0.94635拱顶沉降

右测点上台阶开挖（0＜t＜41）0.9784115.215.5下台阶开挖（41≤t≤76）0.98835考虑到台阶法施工中，下台阶的开挖对已开挖隧道上部围岩的二次扰动，在对正团冲隧道YK117+784断面原始测量数据回归分析时采用分段函数进行曲线拟合，以期达成更加合理、科学的结果。得到表2.8解决结果，并将其以图表形式绘制于图2.7、图2.8。图中，实测数据曲线和回归拟合曲线较好吻合。由表2.8可知，上测线周边水平收敛当t=50d，理论周边收敛值为55.0mm，实测周边收敛值为55.2mm，预测最终上测线周边收敛值为59.79mm，已产生的收敛值占总收敛值的92.3%；下测线周边水平收敛当t=66d，理论周边收敛值为4.21，实测周边收敛值为4.30mm，预测最终下测线周边收敛值为4.99mm，已产生的收敛值占总收敛值的86.2%。且上、下测线变形速率均于0.10mm;拱顶沉降左、中、右边测点当t=48d，理论周边收敛值分别为28.7mm、29.5mm、14.4mm，实测周边收敛值分别为29.3mm、30.0mm、14.9mm，预测最终周边收敛值分别为30.1mm、34.5mm、15.5mm，已产生的收敛值占总收敛值分别为95.3%、85.6%、96.1%，且拱顶沉降左、中、右测点沉降速率均小于2.2.2正团冲隧道围岩变形空间效应分析隧道围岩变形空间效应是指隧道开挖后，由于受开挖面的“虚拟”支撑力及初期支护的共同作用和影响，随开挖面的不断推动，围岩变形逐渐释放直到稳定的特性效应。根据正团冲隧道现场监控量测资料，基于正分析的计算结果，绘制出隧道净空位移监控曲线，而后根据预设计拟定的监控基准，鉴定隧道的稳定性及也许发生的异常现象。监控曲线以方程绘制的，系数C为控制的最大位移值。系数D则由量测数据记录鉴定，其值与围岩级别有关。正团冲隧道围岩监控曲线正团冲隧道Ⅳ级围岩与Ⅴ级围岩，其周边收敛与开挖面距离的监控曲线见表2.9和图2.9所示，图中曲线均呈抛物线型增长，Ⅳ级围岩刚开始周边收敛位移释放较快，后来随着与开挖面距离的增长，周边收敛的位移释放速率减慢。距开挖面1倍洞径处，周边收敛位移释放率己达91.8%；距开挖面2倍洞径处，周边收敛位移释放率达成99.2%左右，围岩变形已经基本稳定，可以施作二次衬砌。Ⅴ级围岩刚开始周边收敛位移释放不久，后来随着与开挖面距离的增长，周边收敛的位移释放速率减慢。距开挖面1倍洞径处，周边收敛位移释放率己达95.0%;距开挖面2倍洞径处，周边收敛位移释放率达成99.8%左右，围岩变形已经基本稳定，可以施作二次衬砌。图2.9正团冲Ⅳ级、Ⅴ级围岩监控曲线表2.9正团冲周边水平收敛变形特性围岩级别监控曲线距开挖面的距离（m）周边收敛（mm）周边收敛释放率（%）Ⅳ级55.99371.3107.71091.8158.20297.6Ⅴ级512.11977.71014.82395.01515.42798.9正团冲隧道不同掘进速度下监控曲线分析隧道掘进速度是隧道安全施工的重要影响因素，结合正团冲隧道监控量测资料，在Ⅴ级围岩条件下按天天进度1m、2m、3m和4m绘制掘进速度与周边收敛变化关系图，见图2.10和表2.10。在掘进到距掌子面1倍洞径时，各掘进速度下周边收敛位移释放率为77.7%、91.8%、95.0%和98.9%。随着掘进速度递增，变形速率也发生递增现象。当掘进速度达成4m/d时，围岩变形速率过大，围岩应力释放过快，初期支护未能与围岩共同发生形变，初期支护将承担较大压力，对隧道施工安全导致较大隐患。在开挖k116+254断面下导时，曾发生钢架应力急剧上升的险情。因素是急于赶工期，一次开挖的距离太长。经监控量测及时发现报警，立即停止掌子面的掘进，加强临时支护，并及时跟进后方的衬砌。钢架应力在采用措施后趋于稳定，避免了事故的发生.图2.10正团冲Ⅴ级围岩掘进速度对监控曲线影响表2.10正团冲围岩掘进速度对监控曲线影响掘进速度（m/d）距开挖面的距离（m）周边收敛（mm）周边收敛释放率（%）158.23152.81012.11977.71513.95589.52511.13071.31014.31991.81515.23397.63512.11977.71014.82395.01515.42798.94513.95689.51015.42798.91515.58299.9根据正团冲隧道的围岩变形现场监控量测资料的典型断面围岩变形时间和空间效应分析，总结变形特性如下:(l)周边收敛变形量普遍比拱顶下沉值大。(2)Ⅳ级、Ⅴ级围岩一般在埋设测点后经历一个月左右的时间，围岩变形基本上就会趋于稳定。(3)各断面围岩变形～时间变化曲线重要有抛物线形和似阶梯形两种变化型式，其中全断面法开挖时，拱顶沉降和周边收敛变化曲线及台阶法施工时周边收敛下测线往往表现为抛物线形曲线，而当台阶法开挖时围岩拱顶沉降变化曲线和周边收敛上测线变化曲线表现为似阶梯形曲线变化型式。(4)从各断面回归分析结果来看，回归方程选取合适，与围岩变形～时间变化曲线方程的相关系数R均满足规定，这样，依据现场监测数据可以更加准确判断不同时刻围岩变形量及变化趋势，预估围岩最大变形量。(5)隧道围岩变形与开挖面距离关系曲线基本上呈现为抛物线型。刚开始围岩释放速率不久后来随着开挖面距离的增长，围岩变形基本稳定不变；而在洞身和洞口段的围岩变形空间效应一般为抛物线型，随着开挖面距离的增长其围岩变形速率逐渐减慢，最后趋于稳定。(6)正团冲隧道围岩变形的空间效应显著，由于对洞口软弱破碎围岩控制掘进速度，及时增打锚杆、封闭端面和超前注浆，使围岩的物理力学性能得到改善，并且加强了初期支护的刚度，使得该洞段在1～2倍洞径时围岩释放率超过80%，反观洞身段，由于采用的支护较弱，亦需要在2倍洞径后围岩释放率才干达成80%。2.2.3燕子湾隧道软弱偏压围岩大变形监测分析（1）燕子湾隧道右线出口端地质情况右洞出口浅埋偏压，洞口覆盖层厚度小，隧道轴线与坡面斜交，边坡切面与洞门为非对称，存在偏压，洞口边、仰坡的高度与坡度均较大。围岩为强全风化砂质板岩和残积土，松散状结构，围岩完整性差，V级围岩。（2）现场软弱偏压段施工情况2023年8月9日～8月22日，右线出口端重要进行支挡墙、套拱施工，仰坡砌坡和管棚施工。9月16日，右线出口端开始掘进。9月27日～10月3日，右洞上台阶暂停开挖。因连日下雨，出口端偏压加剧，偏压侧右侧套拱混凝土开裂，YK104+135拱顶初期支护出现长约8cm10月4日～10月10日，右洞出口端围岩急剧恶化，偏压加剧，洞口山顶截水沟出现5道横向裂缝，裂缝最宽为6cm。洞顶仰坡喷射混凝土鼓包，翘曲。边仰坡多处混凝土开裂。套拱右侧拱腰出现横向裂缝，宽约7mm，有继续发育趋势。10月5日套拱顶部出现长约1m的纵向裂缝。11月2日，YK104+132～126开挖右幅下导，暂停上台阶开挖。因隧洞开挖及山体偏压等受力影响，山顶出现约数十条拉张裂缝，沿隧道轴线向山体延伸约20m，裂缝最大宽度约10cm，深约1m。11月5日，YK104+132～YK104+126施做仰拱，该范围封闭成环。11月6日，暂停施工。（3）现场监控量测结果与分析为分析燕子湾隧道右线出口软弱偏压围岩大变形规律，选取隧道典型断面YK104+130现场监控实测数据进行分析。2023年9月20日至9月23日，我方在YK104+130上台阶及时布设了量测监控点。进洞后第一周YK104+130（L1测线）收敛速度为-3.29mm/d，累计收敛-9.86mm。拱顶沉降速度为-1.60mm/d，累计沉降-6.4mm。（图2.11、2.13，表2.11、表2.13）9月27日～10月3日，断面YK104+130量测出现外扩，外扩速度为0.12mm/d。之后一周随着偏压加剧，围岩恶化，外扩速度加剧，达成0.65mm/d。拱顶沉降速度10月11日～10月18日，围岩注浆加固期间，断面YK104+130外扩停止，收敛速度为-0.27mm/d，累计收敛为-10.14mm。11月1日，断面YK104+130（L2）（图2.12，表2.12）测线收敛速度达成-15.24mm/d，拱顶沉降达成-12.411月2日，因下导开挖扰动，断面YK104+130（L2）收敛速度达成-7.89mm/d，拱顶沉降达成-5.7mm/d。11月4日，因左测下导开挖引起较大变形收敛，断面YK104+130（L2）测线收敛速度达成-10.25mm11月5日，YK104+132～YK104+126施做仰拱，该范围封闭成环，收敛速度明显减小，断面YK104+130（L2）测线收敛速度达成-0.95mm/d，拱顶沉降达成-11月6日，暂停施工。断面YK104+130（L2）测线出现外扩现象，外扩速度为0.31mm/d。11月7日，YK104+130~132左侧下导开挖，断面YK104+130（L2）测线收敛速度达成-表2.11YK104+130(L1测线)洞内水平收敛量测数据表观测日期日收敛值(mm)总收敛值(mm)9月23日0.009月24日-3.56-3.569月25日-3.30-6.869月26日-3.00-9.869月28日-2.01-11.879月30日-1.12-12.9910月2日0.24-12.7510月4日1.45-11.3010月6日1.11-10.1910月8日0.92-9.2710月10日1.05-8.2210月12日-1.48-9.7010月14日-0.75-10.4510月16日0.31-10.1410月18日-0.46-10.6010月20日-0.35-10.9510月22日-0.27-11.2210月24日-0.11-11.3310月25日-0.15-11.4810月26日-0.35-11.8310月27日-0.67-12.5010月28日-0.31-12.8110月29日-0.21-13.0210月30日-0.13-13.1510月31日-0.10-13.25图2.11YK104+130（L1测线）总收敛值随时间变化曲线表2.12YK104+130(L2测线)洞内水平收敛量测数据表观测日期日收敛值(mm)总收敛值(mm)备注10月24日0.0010月25日4.104.1010月26日1.255.3510月27日0.005.3510月28日-0.684.6710月29日-1.533.1410月30日-0.692.4510月31日-1.490.9611月1日-15.24-14.28上台阶开挖、YK104+134、YK104+135环向裂纹，5-10mm11月2日-7.89-22.17YK104+132右侧下导开挖11月3日-6.68-28.8511月4日-10.25-39.10YK104+132左右侧下导开挖，初支施作11月5日-0.95-40.05YK104+132仰拱施做，混凝土初凝11月6日0.31-39.74暂停施工11月7日-3.41-43.15YK104+130~YK104+131左侧下导开挖图2.12YK104+130（L2测线）总收敛值随时间变化曲线表2.13YK104+130拱顶沉降量测数据表日期日沉降量(mm)总沉降量(mm)9月23日0.09月24日-2.3-2.39月25日-2.1-4.49月26日-2.0-6.49月28日-1.6-8.09月30日-0.9-8.910月2日-0.5-9.410月4日-2.6-12.010月6日-4.3-16.310月8日-3.8-20.110月10日-3.0-23.110月12日-2.4-25.510月14日-2.0-27.510月16日-1.8-29.310月18日-2.3-31.610月20日-1.6-33.210月22日-0.7-33.910月24日-0.4-34.310月25日-0.5-34.810月26日-0.3-35.110月27日-0.2-35.310月28日-0.1-35.410月29日-0.3-35.710月30日-0.3-36.010月31日-0.2-36.211月1日-12.4-48.611月2日-5.7-54.211月3日-6.2-60.411月4日-11.7-72.111月5日-0.6-72.711月6日-0.8-73.5图2.13YK104+130拱顶总沉降值随时间变化曲线（4）软弱围岩隧道大变形特性从上述监测结果知，燕子湾隧道YK104+130断面拱顶累计沉降量为73.5mm，YK104+130（L1测线）周边收敛的累计变形量为13.25mm，YK104+130（L2测线）周边收敛的累计变形量为根据监控量测数据可知，YK104+130拱顶沉降累计达成73.5mm，依据《公路隧道设计规范》（JTGD70–2023）与《公路隧道施工技术规范》（JTGF60–2023）相关规定，监测预警标准为规范规定值的2/3，即U＞（2Un／3）。（U为实测变形值，Un设计极限变形值）。一般情况下，宜将隧道设计的预留变形量作为极限位移。燕子湾右线为两车道隧道，围岩级别为Ⅴ级，取Un=120mm，2Un／3即为80mm。实测值已接近监测预警标准，应采用特殊措施。综合分析怀通高速正团冲隧道和燕子湾隧道大变形洞段监测成果，总结归纳了软弱围岩变形特性如下：1)大变形，变形量级较普通围岩变形大的多；具有初期变形发展快，变形增长连续时间长，受到施工影响，变形呈现阶段性增减等特点。2)施工现场观测衬砌混凝土开裂、剥落，错台严重，说明围岩发生明显剪切膨胀，从而导致衬砌破坏。3)围岩变形与支护结构互相作用。软弱围岩在隧道开挖后，初期变形量过大，而支护结构刚度相对较弱，导致喷射混凝土层变位大，发生整体沉降，这是软弱围岩大变形的前提。2.3施工监控量测技术在软弱偏压围岩隧道进洞阶段中的应用2.3.1监控量测及施工措施正团冲隧道右洞出口端处在山坳出口，隧址严重偏压，右侧地表平缓，约800㎡水田，常年有小溪状流水，表层为残坡积种植土，植被发育，砂漏层。春夏属湘西南地区雨季，阵雨、暴雨随时而至，降水在地表漫流渗入，下有浸泡围岩使得围岩泥化，软弱，岩体抗剪强度大大减少，增大衬砌压力，严重影响洞口边坡和隧道围岩的安全和稳定。为保证隧道施工期间的安全性，并对也许发生危及安全的隐患或事故及时、准确地预报，引入监控量测制度并贯穿整个施工过程监控量测在洞口段每5m布置一个量测断面，每个断面布置1～2条收敛测线（每台阶断面布置1条收敛测线）和3个拱顶下沉测点。按照规范规定当量测速率大于5.0mm/d或累计值超过规范规定值或设计值时，表白围岩处在急剧变化状态，应报警并进行加固。根据设计文献，本隧道V级围岩预留变形量为12cm。由于隧道右洞出口端围岩软弱、洞口偏压，加上进洞阶段适逢雨季，整个进洞阶段历时近5个月，整个施工过程重要可提成5个阶段，如图1隧道施工过程图，图中①～⑤为施工5个阶段，图中文字说明为阶段施工过程和施工加固措施。（1）阶段一：裂缝出现、发展，量测结果变化明显。洞顶、边坡注浆，超前大管棚加固；截止2月8日，上台阶掘进至YK117+760，累计掘进36m。2月20日复工后，发现洞口端初期支护出现多条斜向裂纹，裂缝长度1～7m，最大宽度4mm。洞内出现多条沿拱架裂纹，从拱脚延伸至拱腰，且裂缝连续发展；洞内个别钢支撑表面混凝土剥落。洞顶边坡出现多条裂缝，特别是偏压左侧截水沟多处开裂挤溃，经观测洞口围岩和边坡处在不稳定状态，掌子面停止掘进。图2.14隧道施工过程图监控量测表白：近掌子面监测断面，随开挖扰动，量测数据变化明显，YK117+773和YK117+763断面周边收敛速率达成-0.74～-1.85mm/d，拱顶下沉速率为-2.39～4.68mm/d，位移不稳定状态连续变化至掌子面停止掘进后，如图2.15和图2.16。图2.15监控量测累计值随时间变化曲线图2.16监控量测速率值随时间变化曲线3月4日开始进行洞口洞顶边坡注浆和超前大管棚加固。管棚采用φ108无缝钢管，壁厚6mm，节长3m，水泥-水玻璃浆液，注浆初压0.5～1.0MPa，终压2.0MPa。在山凹区域新修截水沟，汇聚前方地表水，并引出隧道影响区。（2）阶段二：裂缝连续发展，钢拱架的混凝土剥落，洞口段初期支护进行注浆加固；3月，初期支护混凝土裂缝继续发展，从拱脚延伸至拱腰，钢拱架的混凝土剥落扩大，隧道洞内较大范围渗水，雨天局部位置滴水如淋雨状。3月10日开始对洞口段初期支护进行注浆加固。φ42注浆花管，注浆材料采用水泥浆，水灰比1:1，注浆压力0.6～1.0MPa。监控量测表白：3月中旬，洞口边坡注浆后，量测速率显著变小，但仍未稳定，特别是3月底4月初连续几天下雨，洞口监测断面天天沉降达成-0.30～-0.70mm。（3）阶段三：仰拱开挖，掌子面恢复掘进。3月26日开始进行下导仰拱施工，至4月底洞口段40m仰拱施工完毕。掌子面恢复掘进，按V级围岩施工，施工参数为S5a，上下台阶，预留核心土开挖，局部软弱围岩地段采用6m长φ42双层超前小导管预支护。监控量测表白：4月初，随下导仰拱施工，监控断面量测数据明显变大，周边收敛速率达成-1.29～-1.84mm/d，拱顶下沉速率为-0.26～0.71mm/d,其中YK117+773累计收敛达成-40.9mm，累计拱顶下沉达成-55.03mm。4月中旬，该区段仰拱施工完毕，量测结果变小，周边收敛速率达成-0.44～-0.86mm/d，拱顶下沉速率为-0.41～0（4）阶段四：围岩支护变形加剧，变形超限段增设套拱和临时仰拱。4月～5月，雨季雨量充沛，隧道洞内有较大范围渗水，局部如淋雨状。裂缝继续发展，最宽裂缝达成3.0cm。钢拱架的混凝土剥落，特别是拱顶和拱脚区域，在渗滴水作用下，混凝土剥落严重。洞口地表喷射的混凝土多处开裂，截水沟多处严重挤溃，最宽处达成6.0cm，如图6和图6。洞口边坡含水较丰富，地表径流汇集渗入，土体的摩阻力减少，加剧洞内围岩的不稳定状态。监测断面YK117+773和YK117+763量测数据较上一周明显变大，周边收敛速率为-1.09～-1.53mm/d,拱顶下沉速率为-1.10～-1.21mm/d。5月上旬，量测速率连续变大，周边收敛速率达成-5.00～-5.36mm/d,拱顶下沉速率达成-3.99～-4.84mm/d，YK117+763累计收敛-100.60mm，拱顶累计下沉-87.0mm，量测速率大于5.0mm/d时，围岩处在急剧变化状态。监测断面YK117+753收敛速率达成-3.50mm/d，拱顶下沉速率达成-16.45mm/d，累计周边收敛-51.40mm，拱顶累计下沉-148.40mm，累计量测变形值超过设计最大允许值，局部初期支护侵限。基于此，发布监控预警指令，掌子面停止掘进，洞口段围岩支护进行注浆加固，YK117+747～YK117+736段增长套拱和临时仰拱。图2.17初期支护裂缝图2.18地表截水沟开裂5月5日，初期支护混凝土裂缝扩展延伸，混凝土剥落区域加大，洞口段进行注浆加固，YK117+747～YK117+736增长套拱和临时仰拱。套拱采用全环I18钢架，与原支护喷混凝土密贴，φ42小导管锁脚。临时仰拱采用I20钢架，上下布设φ22@1000连接筋，拱内浇注C25混凝土，每榀设立。注浆采用水泥浆，水灰比1:1。监控量测表白：注浆加固后，量测数据变化趋缓，至5月下旬，监测断面YK117+773和YK117+763周边收敛速率为-1.11～-1.49mm/d,拱顶下沉速率为-0.68～-1.08mm/d，围岩支护仍不稳定，YK117+730～YK117+770区域已施工段初期支护喷射混凝土裂缝继续发展，从拱脚延伸至拱顶区域，呈闭环发展趋势。（5）阶段五：施做二衬。监控量测表白：5月底，监测断面YK117+773和YK117+763周边收敛速率为-0.34～-0.59mm/d,拱顶下沉速率为-0.04～-0.49mm/d，二衬准备施工。6月初，洞口段15m明洞和30m二衬施工完毕，连续观测后，二衬未见异常。在洞口段的整个施工过程，监控量测和超前预报实时反映了围岩和支护的变形情况，量测结果对隧道施工进行有效的指导，防止了事故的发生，体现了“动态施工”的目的，保证了隧道施工的安全和质量。2.3.2隧道洞口施工总结分析认为，导致本隧道洞口施工困难重要有以下几方面因素：地质方面：隧址严重偏压，围岩级别低，有软弱破碎带穿过。洞口山体对围岩支护不仅有偏压作用，并且尚有线路方向的强大推力，导致洞口套拱出现明显的斜向裂缝。水文方面：隧道进洞阶段为雨季，严重影响围岩和支护结构的稳定。地表边坡未做良好的做喷锚解决，雨水经砂漏层渗入加剧破坏围岩稳定。施工方面：施工工序不合理，仰拱未跟进，不及时闭合；初期支护存留时间太长，围岩支护不稳定，导致支护变形量大；二衬未及时施做。虽然导致偏压、软弱围岩隧道进洞阶段施工困难的因素是多方面的，但通过将超前预报和监控量测纳入隧道施工过程，并根据监控量测结果来指导施工，是保证了隧道的安全和质量的有效措施。本隧道施工过程根据超前预报和监控量测结果提出了以下有针对性的措施，保证了隧道施工安全和施工的顺利进行。掘进中注意施工工艺，预留核心土，做好超前支护，开挖后及时进行喷锚支护，做好防突水突泥、防坍塌预案。保证锁脚锚杆施工质量，控制超挖，保证回填质量。保证仰拱施工紧跟，尽早封闭成环，下导坑开挖采用跳槽的形式，一次开挖长度不可过长。尽早进行二衬施工，防止围岩变形过大。在初衬水量较大处加密环向排水管的间距，达成良好排水的目的。注意洞内外排水，边坡裂缝及时封闭，地表径流引流至排水沟，使雨水顺畅排出隧址区，防止雨水冲刷、入渗，影响边坡和洞内围岩稳定。2.4影响软弱围岩变形的重要因素根据上述正团冲隧道和燕子湾隧道等现场实测监控数据的的整理分析，得出隧道围岩变形特性，表白围岩变形受多种因素的影响，重要的影响因素有以下几个方面:（1）围岩性质1）隧道的围岩级别是决定隧道支护手段和工程措施的首要因素，同时它也是影响隧道围岩变形极为重要的因素。一般而言，随着围岩级别(Ⅳ→Ⅴ)依次减少，围岩变形位移也愈大，其位移稳定期间也相对愈长。2）围岩结构，岩体结构状态是围岩质量评价的重要标准之一，其破碎限度对围岩变形有很大的影响。通常而言，随着围岩岩体结构（整体结构→砌体结构→镶嵌结构→压碎结构→松散结构）强度的减少，围岩变形位移越大。3）地应力隧道的失稳是由于隧道开挖引起的应力重分布超过围岩强度或导致围岩过度变形而导致。而应力重分布是否会达成危险的限度就看初始应力场方向、量值和性质而定了。所以地应力是控制地下洞室稳定基本因素之一，地应力重要有自重应力和构造运动产生的或残留的应力两种。其对隧道的稳定重要看最大主应力与最小主应力差值；主应力大小、方向；各主应力构成特性如何；以及主应力与工程相对方位、与岩层重要节理组的夹角而定。在软岩中围岩应力重分布后会产生较大的塑性区及松动区，引起围岩随时间而增长的大变形，挤压破坏。在洞顶表现为塌落，在侧帮产生挤压和溃曲性破坏，在底板产生底鼓等。4）岩体力学性质影响工程岩体的稳定性重要视岩体的强度及变形特性与开挖后重新分布的围岩二次应力互相作用的结果如何而定。前者强于后者则稳定，后者强于前者则失稳。软岩的力学特性如各向异性、塑性、扩容性、膨胀性、流变性等都对围岩的稳定有重要影响。层状软岩的各向异性使围岩的变形失稳及失稳形态有很强烈的非对称性，软岩的扩容性和塑性明显时会使洞周形成松散破碎区或挤压变形区，软岩的膨胀性会产生挤坏支护或形成严重的底朦，有明显时间效应的粘土质软岩则产生粘弹—塑性或粘塑性的变形压力。5）隧道埋深隧道围岩变形位移的大小与埋深有很密切的关系。随着埋深的增长，初始应力场也随之增大，在围岩强度不变的情况下，隧道围岩变形位移的大小也相应增长。在正团冲隧道的监测资料中显示：Ⅳ级围岩洞段处在埋深较大的洞段，而Ⅴ级围岩处在浅埋的洞段，两者的围岩变形量与稳定期间大体相称，说明埋深大的围岩变形量和稳定期间大体相称于埋深浅但围岩级别高一级的变形量和稳定期间。（2）工程因素工程因素指隧道的方位、断面尺寸、形状、开挖方法、支护形式等影响。隧道的方位对围岩稳定影响重要表现为:当隧道的纵轴线接近正交最大主应力方向时，洞顶受到垂直压力较大，对围岩稳定是不利的;当隧道的纵轴线平行或小角度相交主应力方向则较为有利。而对大的断层或软弱地层则正好相反，隧道纵轴线与之正交较为有利。1）隧道跨度对围岩稳定影响。重要是其尺寸效应问题，也就是洞室临空面尺寸与结构体尺寸的相对关系B出(B为临空面尺寸，b为结构体尺寸)，跨度B越大，其切割的围岩结构面越多，形成的不稳定块体越多，围岩易失稳。2）隧道断面形状对其围岩稳定影响。比如矩形洞易在夹角处形成应力集中，而圆形洞则不会。隧道断面为矩形洞或椭圆形时，则尚有一个长短轴应当尽量适应初应力场二个主应力值的比例关系问题。3）隧道开挖方法的影响。对于软岩大断面隧道，若采用全断面开挖，往往没有足够时间支护，隧道即发生塌方事故，故一般情况下大断面软弱围岩隧道开挖采用分部开挖，在软弱围岩隧道内采用机械开挖对围岩的扰动比采用爆破方法要小，围岩的稳定性相对就好一些。软弱围岩隧道的掘进速度的影响:在隧道掘进过程中，围岩的变形自掌子面前方1.52倍洞径处即已开始，当采用快速掘进时，循环时间较短，往往在隧道开挖后，立即进行临时支护结构施工，这样软弱围岩隧道围岩时间效应影响较小，在软弱围岩隧道变形的初始阶段就提供支护力，防止了围岩形成较大的塑性区和松动区，减缓围岩松弛恶化限度，增强了围岩的自稳能力。若隧道掘进速度较慢时，围岩时间效应明显，围岩变形充足，变形的塑性体在无支护作用下，进入破裂阶段，形成松动体，对支护结构形成较大的支护压力。特别在具有蠕变性质的软弱围岩隧道掘进时，其掘进速度的快慢，往往直接影响围岩的稳定，掘进速度太慢，掌子面前方的岩体在掘进前即进入了松弛破坏阶段，围岩甚至随挖随塌，给支护工作带来了施工难度。斑竹林隧道围岩属“软岩—超软岩”，在岩体破碎中开挖时，经常发生塌方，为此在隧道的施工过程中进行了超前支护，开挖后立即进行支护，方可保证围岩的稳定。4）支护形式的影响。一般情况下，隧道采用新奥法进行及时锚喷支护要比滞后很久的永久性衬砌支护对围岩的稳定更有利。在