薛城隧道施工监控量测及围岩稳定性研究

摘要

随着我国经济社会的不断发展，越来越重视对西部地区的交通建设，在西部地区修建的公路隧道数目也逐年增多。但是，由于西部地区的地质状况复杂，解决围岩的远期稳定性问题也越加突出，给整个建设工作带来了不少的麻烦。为了能够顺利的开展隧道建设工作，必须立足于西部地区的工程地质情况，并汲取新奥法及在中东部地区修建隧道的经验。
　　 本文以薛城隧道为实际工程研究对象，薛城隧道属于直线型隧道，围岩级别主要为Ⅴ和Ⅳ级，主要有千枚岩和碳质千枚岩组成；隧道内的含水类型为微弱，中等和丰富含水三个类型，对隧道中的材料没有腐蚀作用；隧道可能出现的破坏为岩体的局部裂隙、拱顶塌落、岩层的大面具弯曲；隧道的开挖采用小台阶及全断面法，在围岩承载能力低的地段采用超前支护、强支护和柔性支护。根据薛城隧道的特点，制定了符合实际要求的监测方法及频率，并在不同围岩级别的地段实施了相应的监控量测方案，得到了不同围岩级别地段监控量测的数据，通过引入回归分析的方法，对监测得到的数据进行了回归分析，用三个不同的函数模型分别对六个代表性断面进行了拱顶下沉及水平收敛的拟合。其中，皮尔生函数模型在断面K28+490、K28+600、K28+220的拱顶下沉拟合的相关系数分别为0.99、0.89、0.98：在断面K28+670、K29+260、K28+331的水平收敛拟合的相关系数分别为0.96、0.97、0.99。拟合图显示；皮尔生函数模型在围岩变形的后期对实际的变形量预测的程度最为精确，结合现场的地质情况得出：皮尔生函数适合于预测薛城隧道的围岩远期变形量的结论。同时，对六个断面分别进行了速率分析，由速率变化曲线可知，各个分析断面的收敛速率最终将趋近于零，据此得出，在隧道开挖成型后围岩能保持稳定状态。借助分析软件，对在地应力的影响下的围岩位移、受力等进行模拟，由成果图可知隧道的X、Y、Z方向的应力分别为0.38MPa、0.75MPa、0.38MPa；三个主应力分别为0.75MPa、0.37MPa。0.18MPa。依据得到的成果图及图中的数据，结合岩石力学、工程地质及安全系数法等方法进行综合分析，最后求出了围岩的安全系数及位移速率，围岩的安全系数是大于1的，位移速率趋近于零，研究表明在地应力的作用下，围岩能够保持自身稳定。