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1工程概況

隧道進口里程DK422+816，大跨加寬段最大開挖跨度21．01m，高度15．82m，開挖面積達270m2，至DK423+505里程處變化為左、右線兩座隧道直到出口，連拱段長80m，至DK423+585里程處變化為小凈距隧道。燕尾段處于F4斷層影響帶范圍之內，F4斷層產狀165°∠60°，與線路交角約為45°;斷層以密集節帶的形式表現，局部沿節理面產生水平滑移，地表寬度約為3m，長度為800m;該斷層為左旋平移斷層，其上盤影響寬度約為20m，下盤影響寬度約為10m，在影響范圍之內的巖石節理裂隙相對發育，巖石破碎，地下水為構造裂隙水，較發育，為強富水區。大跨段屬煤系地層，局部含軟弱夾層，Ⅳ級圍巖;連拱段受F4斷層影響明顯，主要為Ⅳ級圍巖，局部Ⅴ級。其中大跨段采用三臺階法開挖，連拱段采用中導洞超前，右洞全斷面先行開挖施工。

2現場監測方案設計

燕尾式隧道作為一種典型的隧道結構型式，同時具備多種隧道結構型式的特點。大斷面隧道由于形狀扁平，開挖后圍巖穩定性變差，圍巖應力更集中，松弛壓力更大;連拱隧道施工工序繁多，施工干擾大，左右兩洞相互影響明顯。因此，加強對隧道燕尾段的現場監測顯得十分必要，是快速安全施工的重要保證手段。現場圍巖壓力測試，錨桿軸力采用錨桿計量測，初噴混凝土層應力，鋼拱架應力采用鋼筋計量測。

3現場監測試驗研究結果分析

通過接觸壓力時程曲線可以看到，當上臺階開挖后，圍巖與初支接觸壓力以較大速率增長;當中臺階進行開挖并通過該測量斷面過程中，拱頂和拱腰處圍巖壓力均出現一定程度的回彈，繼而又以一定的速率增長;這是由于中臺階開挖后，使上臺階鋼拱架拱腳處失去了部分支撐反力造成的，所以應加強上臺階鋼拱架與鎖腳鋼管的牢固焊接，確保上臺階鋼拱架在未與中、下臺階鋼拱架閉合前有較大的承載能力;下臺階開挖對該測量斷面上部圍巖壓力影響較小。大約40d后，圍巖壓力進入平緩期。為該斷面最終圍巖壓力分布圖。從該斷面最終圍巖壓力分布圖可以看出:本斷面最大圍巖壓力發生在拱頂處，圍巖壓力為0．238MPa，斷面圍巖壓力大小總體上為:拱頂＞拱腳＞拱腰＞墻腳＞仰拱＞邊墻，圍巖壓力已基本趨于穩定;拱頂處圍巖壓力大于左右拱腰處的圍巖壓力，說明側壓力系數小于1。一般的經驗公式證明，深埋隧道左右兩側拱腰所受壓力相同，并且小于拱頂圍巖壓力，這與實際測量結果基本吻合。連拱段圍巖壓力監測結果分析隧道連拱段以中導洞超前，右洞全斷面先行開挖施工。分別為右、左洞圍巖與初支接觸壓力時程曲線從接觸壓力時程曲線可以看出:右洞最大圍巖壓力發生在拱頂位置處，約為0．355MPa，而左洞最大圍巖壓力則出現在右拱腰處，約為0．244MPa，兩洞圍巖壓力最大值均出現在靠近中隔墻上方巖體處，說明中隔墻上方巖體擾動明顯，是連拱段較為薄弱的環節。當左洞進行開挖時，右洞左拱腰處圍巖壓力急劇增大，當左洞開挖面通過該監測斷面一定距離后，右洞左拱腰處圍巖壓力才趨于穩定。由于連拱段右洞先行開挖施工，使得周圍巖體的內部應力得到一定程度的釋放，加之后行左洞側開挖面不斷推進產生的空間效應，使先行右洞的圍巖壓力普遍大于左洞。

4錨桿軸力分析

大跨斷面與連拱斷面錨桿軸力分布所示，通過錨桿軸力現場測試結果可以看出:大跨段錨桿軸力最大值為55．2kN，發生在左拱腰位置;連拱段錨桿軸力最大值則出現在中隔墻上方，約為52．0kN，說明該區域內巖體穩定性差，為連拱段較為薄弱環節，這與圍巖壓力監測結果相吻合。縱向來看，大跨段錨桿軸力值普遍大于連拱段，這是因為大跨段開挖跨度大，松動區內的節理裂隙、破裂面更易擴展。單根錨桿軸力最大值多發生在深度為2～3m的位置，表明錨桿設計長度合理，有效穿透圍巖松弛帶，起到了加固松動區巖體的作用。錨桿為全長粘結砂漿錨桿，其設計最大承載拉力為100kN，壓力為50kN，實際監測錨桿軸力值均小于設計值，錨桿錨固力還有充分富余。一般情況下，錨桿多承受拉力作用，只有在極少數情況下，錨桿才承受壓力且壓力值較小。鋼拱架應力分析從鋼拱架應力監測結果來看，大跨監測斷面鋼拱架最大應力出現在左拱腳位置，應力值為95．973MPa，右拱腰處應力值次之，為93．049MPa;右側應力分布較左側均勻。連拱段監測斷面先行右洞鋼拱架最大應力出現在左拱腰處，右拱腰和右邊墻處次之，拱頂位置最小;后行左洞左邊墻處鋼拱架應力最大，左拱腰處最小，應力值分別為66．965MPa，52．673MPa;后行左洞鋼拱架應力分布較先行右洞均勻。縱向來看，大跨段鋼拱架應力普遍大于連拱段鋼拱架應力;鋼拱架應力均在其強度容許范圍之內，并且有充分的富余，可以保證隧道整體穩定性。初噴混凝土層應力分析燕尾段初噴砼層應力測試結果可以看出，大跨斷面初期支護混凝土最大應力發生在拱頂，總體來看右側大于左側，與鋼拱架受力情況較為吻合。連拱段面右洞初支混凝土應力最大值發生在拱頂處，左洞最大應力出現在左拱腰處。初支混凝土屬柔性支護，允許圍巖發生一定的變形收斂，普遍受到壓力作用，并且應力分布較為均勻，所承受載荷均在混凝土設計強度范圍之內。

5結論

連拱斷面初支與圍巖接觸壓力較大值均出現在中墻上方巖體附近，后行左洞圍巖壓力普遍小于先行右洞，大跨斷面開挖邊界較連拱斷面更為平滑，應力集中程度小于連拱斷面。大跨斷面錨桿軸力普遍大于連拱斷面，錨桿多承受拉力作用，并呈現兩頭小，中間大的軸力分布特點，監測數據顯示錨桿支護參數存在進一步優化的空間。初噴砼層屬柔性支護，協調圍巖變形，鋼拱架屬剛性支護，阻止圍巖過度變形并承受大部分松弛載荷，初噴砼層與鋼拱架均承受壓力作用，大跨斷面支護應力大于連拱斷面。根據監控量測數據統計分析反饋，隧道燕尾段支護體系受力均在材料設計強度允許范圍之內，燕尾段整體穩定性較好，表明隧道燕尾段施工方法、施工工藝均合理有效。

作者：宋楊婁國充高云嬌單位：石家莊鐵道大學