中铁六局集团北京铁路建设有限公司北京100036
摘要：随着我国社会主义发展，我国铁路、公路也正在高速发展。由于我国多处山林开发需要建设隧道，隧道开挖属于暗挖工程，存在很多不明确的事情发生，例如塌方、变形等等危害。我们为了防止这一类事情的发生，我们需要在开始施工之前对要即将施工的岩石信息进行全面了解，只有这样才能保证我们在工作中的安全和施工完成后的质量，因此我们对隧道做试验段进行测试及监控。通过数据及曾经案例进行分析作出结论。
关键词：隧道监控量测；围岩压力；钢架压力；压力分析
1工程概况
马湾隧道采用单洞双线形式，施工场地多以丘陵为主，隧道洞口山丘表面为硬塑灰黄色的（Q4el+dl）粉质黏土，含少量碎石，厚0~2m；再往下就是岩石层，岩层分为云母石英片岩全风化、强风化、弱风化，颜色是灰白色的，岩质较硬，局部呈硅化结构，片理面为20°∠62°的片状构造，山体岩层比较破碎，节理属于发育型。DK846+290~DK846+420为V级围岩，本段隧道整体埋深较浅，隧道进口右侧偏压较严重，本隧道是属于埋深比较浅的双线隧道，隧道洞顶到山顶最大的深度只有28m。
隧道采用三台阶法施工，上台阶高度3.6m，中台阶高度3.4m，下台阶高度4.55m。预防措施采用φ50导管支护，钢管孔位布置梅花形，支护采用H230格栅钢架，间距0.5m，C25喷砼，厚度30cm。
2试验段监测方法
2.1围岩压力测点布设
双线隧道每个断面布设5个侧位，一般采用振弦式土压力盒量测围岩压力。埋设围岩压力盒时须将该点围岩表面找平（找平方向是指与该点处隧道设计轮廓线切线平行方向），然后将土压力盒固定在找平层上，土压力盒与围岩和喷射完成的初支混凝土密切相连，紧密想贴。围岩压力测点按图2.1进行布设。压力盒在埋设中，最好用一个三角支架，来顶住压力盒，三角支架与周围钢筋网片焊接牢固，确保压力盒紧贴围岩
2.2钢架内力
在隧道内选择两个断面进行测试，每个断面选择5个位置（与压力盒同位置），钢架支护采用格栅型的，因此每个位置上面选择内和外两个测点，把格栅钢架的主筋隔断，把振弦式钢筋计焊接到钢架上，不要焊在同一侧，分对角焊接（注意焊接和立钢架的时候保证电缆线不要损坏）。焊接过程中注意焊件的温度，温度过高会损害钢筋计的元件，所以在焊接的时候要淋水降低温度。安设完毕并降温稳定后测读初始读数。
3数据采集分析
监测频率遵循如下要求：在测点埋设初期应和必测项目的监测频率一致，当选测项目的量测值变化不大时，可降低量测频率，从每周1次到每月1次，直至无变化为止。
3.1围岩压力计算
根据《铁路隧道设计规范》计算
浅埋隧道垂直压力计算公式：（H<2.5hq适用，当取H<hq，θ取0）
q=γH（1-λHtanθ/B）（1）
代入本工程参数：hq=12.24m
Hp=2.5hq=30.6m，垂直压力计算公式适用（1）
V级围岩计算摩擦角φc=45°，θ=0.6φc=27°
垂直压力q=γH（1-λHtanθ/B）=396.69kN/m2
上台阶侧压力在[302kN/m2，388kN/m2]范围内。
本工程B项测试里程段：B取12米，围岩容重27kN/m3，埋深28m，侧压力系数取0.4来计算。
3.2初支轴力变化及分布规律
根据马湾隧道DK846+307.82及DK84+320断面的初期支护的参数和钢架受力之后的测试数据，计算出该隧道两个断面初期支护结构轴力，通过分析各个断面支护结构轴力得出如下曲线图：
监测结果显示，这两个断面轴力多分布在洞顶和洞顶往下2米左右的位置并且拱顶左侧往下2m左右的位置变化数值比较大，拱脚的数值变化相对还是比较小的。相对比较的话两侧的变化不是对称性的。初支的轴力也存在隧道初支继续施工开挖而急剧增大，停止施工后，又慢慢恢复的状态。
3.3初支应力分布规律
根据马湾隧道DK846+307.82及DK84+320断面的初期支护的参数和钢架受力之后的测试数据，计算出该隧道两个断面格栅钢架应力和初支混凝土应力统计表。
表1各断面支护结构最终钢架应力计算结果统计表
备注：负值表示钢筋受压
表2各断面支护结构最终混凝土应力计算结果统计表
备注：负值表示混凝土受压
从监测结果来看，两个断面的格栅钢架都是在受压，整体的结构是有利的状态，两个断面的钢筋受压比较大的位置分布在隧道洞顶和洞顶左侧的位置，最大的压力位置为拱顶靠左侧位置并且是外侧钢筋，数值可以达到111.735MPa。初支喷射完成的混凝土和格栅钢架的受力是相同的，主要分布在洞顶及靠左侧的位置，最大的压力是在DK846+320断面，并且位于洞顶左侧位置，最大的压力可以达到12.369MPa，设计规定的混凝的极限抗压强度是12.5MPa，此压力值非常接近设计规定的极限值，随着隧道初支的继续施工，该断面的洞顶及偏左的位置的混凝土受压的数值还会继续增加，甚至会超过设计的强度值，存在安全隐患，不利于结构安全。
3.4初支弯矩变化及分布规律
根据马湾隧道DK846+307.82及DK84+320断面的初期支护的参数和钢架受力之后的测试数据的结果，计算出每个断面初期支护结构各个部位弯矩。通过分析各个断面初期支护结构不同部位弯矩得出如下曲线图：
初支的弯矩变化曲线图和初支轴力的变化是相似的，随着隧道继续施工初支开挖，弯矩的数值也是随之增加，停止施工数值变化减小，隧道初支的开挖施工对已近施工完成的初支结构造成很大的影响，目前的数据显示拱脚部位的数值为正值，洞顶的数值为正值，只有洞顶往下拱脚往上的部分为负值。通过数据分析，隧道洞顶左侧的初支弯矩值和洞顶的弯矩值绝对值是比较大的，但是洞顶左侧弯矩值是负的，洞顶的弯矩是正值，拱顶右侧部位的初支弯矩值绝对值是比较小的，数值是负值。
3.5围岩压力测试结果分析
马湾隧道的两个断面，不同部位围岩压力测试做出结果统计，并得出如下曲线图：
围岩压力通过测出数据绘制成的曲线图，与初支轴力和钢架弯矩变化曲线是相似的，都是随着隧道继续施工初支开挖，围岩压力的数值也是随之增加，停止施工数值变化减小。测试DK846+320断面的数据是最全面的，根据该断面分析隧道右侧的拱脚处的侧压力是0.142MPa，数值较大；拱脚至洞顶处的侧压力比较，左侧的比右侧的数值大，洞顶出的压力值大于理论值，数值为0.628MPa。
4结论及建议
1）对于隧道围岩压力、初支应力、初支弯矩测试数据分析及计算得出，随着隧道继续施工初支开挖，隧道初支各项的数值也是随之增加，停止施工数值变化减小。
2）对于隧道围岩压力、初支应力、初支弯矩测试数据分析及计算得出，拱脚处均相对较小，洞顶及洞顶以下处变化较大，断面上呈非对称性分布，初支结构受力明显不均，个别部位的数值偏大，接近极限值，不利于结构安全。
3）总体上由于围岩破碎，开挖断面大，在及时停工的情况下，实测局部围岩压力仍较大，部分测点初支喷射砼应力接近极限值，后期恢复施工，各项应力仍会继续发张，建议适当调整初期支护参数，提高支护强度。
4）合理设置上下台阶高度，减小每层台阶长度，各个台阶初支封闭成环要尽快，隧道开挖完成后尽快立架喷射，减少围岩接触空气时间。
5结束语
通过对隧道试验段围岩监测可以分析出隧道初支受力的部位，对该部位的钢架进行加强处理，保证钢架受力在安全范围内，保证了施工的安全，通过围岩的监测了解到在施隧道的围岩状况，分析设计参数对该隧道不合理部位，对设计参数进行调整，通过这些调整可以保证施工过程中的安全及质量从而顺利的完成隧道工程的施工。并且可以为以后类似的围岩地质隧道工程施工提供参考依据。
参考文献：
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[5]《蒙西华中铁路隧道施工监控量测实施方案（试行）》（蒙西华中工技【2015】55号）及相关规范、条文、设计及变更文件等