隧道開挖后的位移動態(tài)與隧道變形控制措施

1、4.隧道開挖后的位移動態(tài)與隧道變形控制措施4.1隧道開挖后的位移動態(tài)隧道開挖后可能引起的位移或變形主要包括：拱頂下沉、隧道兩側(cè)拱腰向隧道方向的水平位移、地表沉降與開裂、支護開裂、土體塌落和鋼拱架變形等等。隧道開挖引起圍巖的變形破壞通常是從洞室周邊開始的，而后逐步向圍巖內(nèi)部發(fā)展。圍巖變形破壞的形式和特點，除與巖體內(nèi)的初始應(yīng)力狀態(tài)、開挖斷面形態(tài)以及開挖工法有關(guān)外，主要取決于圍巖的巖性與結(jié)構(gòu)。堅硬塊狀圍巖的變形破壞形式主要有巖爆、脆性開裂及塊

2、體滑移；層狀巖體的變形破壞形式主要有沿層面張裂、折斷塌落、彎曲內(nèi)鼓等；碎裂巖體的變形破壞形式常表現(xiàn)為崩塌和滑動；松軟巖體與土質(zhì)隧道的變形破壞形式以拱形冒落為主。隧道開挖引起的地層位移動態(tài)主要可以分為以下幾個階段：1）隧道開挖階段隧道開挖破壞了地層的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)，隧道周邊的地層應(yīng)力將會由水平方向與豎直方向的主應(yīng)力，轉(zhuǎn)化為隧道徑向與法向的主應(yīng)力，大小主應(yīng)力方向?qū)l(fā)生變化，同時還將伴隨著地層剪切應(yīng)力的出現(xiàn)。隧道開挖后，周邊地層將會臨時處

3、于無支護的臨空狀態(tài)，隧道周邊地層將出現(xiàn)向隧道方向位移的趨勢（拱頂下沉與周邊收斂變形），如果在隧道開挖斷面范圍內(nèi)存在地質(zhì)破碎帶或地層斷面，甚至可能引起地層的坍塌。但由于此階段時間相對較短，相應(yīng)的地層位移可能并不明顯，尤其是在地層條件較好的情況下。2）施加初期支護階段隧道開挖后，應(yīng)在盡可能短的時間內(nèi)施加初期支護，并盡早施作仰拱，將初期支護封閉成環(huán)，達到“強支護”的目的。目前的暗挖隧道都采用新奧法施工理念，新奧法的核心思想就是要充分利用圍巖的

4、自承能力，圍巖壓力主要由鋼拱架、鋼筋網(wǎng)與噴射混凝土組成的初期支護承擔(dān)，圍巖壓力與初期支護反力之間的相互作用將會使它們達到變形協(xié)調(diào)、共同受力的目的，并最終趨于穩(wěn)定。①對于淺埋隧道，一般認為隧道上方地層無法形成自然塌落拱，同時拱腰4.2隧道變形控制措施隧道的變形在很大程度上取決于所選擇的施工工法，而施工工法的選擇應(yīng)以控制圍巖的應(yīng)力松弛，保護周邊環(huán)境為出發(fā)點，最大程度地減小地層位移。在城市軌道交通工程中，運用最多的隧道開挖工法是盾構(gòu)法與淺埋暗

5、挖法。對于淺埋暗挖法，其施工的地下洞室具有埋深淺、地層巖性差（通常為第四紀(jì)軟弱地層）、存在地下水、周圍環(huán)境復(fù)雜等特點。為了最大程度地減小隧道開挖引起的地層位移，采用淺埋暗挖法設(shè)計、施工時，應(yīng)同時采用多種輔助工法，超前支護，改善加固圍巖，調(diào)動部分圍巖的自承能力；并采用不同的開挖方法及時支護、封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護體系；在施工過程中應(yīng)合理運用監(jiān)控量測、信息反饋和優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)不塌方、少沉降、安全施工等，并形成多種綜合配套技

6、術(shù)。除盾構(gòu)法以外，無論是淺埋暗挖法還是礦山法，都是沿用了“新奧法”基本原理：初期支護按承擔(dān)全部基本荷載設(shè)計，二次模筑襯砌作為安全儲備；初期支護和二次襯砌共同承擔(dān)特殊荷載。“新奧法”的核心思想是充分利用圍巖的自承能力，對其理解不夠是造成實際施工控制困難的一大主要原因，主要體現(xiàn)在二次襯砌施作時機的把握上。“新奧法”強調(diào)圍巖既是生產(chǎn)支護荷載的主體，又是承受巖層荷載的結(jié)構(gòu)，支護—圍巖作為整體相互作用，共同承擔(dān)圍巖壓力，圍巖壓力是變形壓力和松動壓

7、力的組合，大部分壓力（特別是變形壓力）由圍巖自身承擔(dān)，只有少部分轉(zhuǎn)移到支護結(jié)構(gòu)上。初期支護施作后，隨著時間的推移，圍巖的變形越來越大，但變形速率越來越小，圍巖壓力也越來越小，同時初期支護承擔(dān)的圍巖壓力則越來越大（圖1），通過監(jiān)控量測，發(fā)現(xiàn)圍巖變形趨于基本穩(wěn)定或總變形量達到某一特定值后，一般認為圍巖的自承能力已經(jīng)得到了最大程度的發(fā)揮，應(yīng)立即施作二次襯砌。實際工程中，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)不能真正反應(yīng)圍巖的變形特性，二次襯砌施作時機不當(dāng)，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力