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【摘 要】以砼表面应变计监测喷射砼表面应变为手段，对某隧道开展初支应力、二衬应力监测，获得各监测点的应力时间曲线图。通过对砼表面裂缝采用高强度粘结剂加固，其围岩拱顶压应力值降为原二衬应力值的40%，表面再铺以碳纤维加固，拱顶压应力再降25%，监测分析可得支护承载能力有较大提高，应力场最终趋于稳定。
【关键词】应力监测；裂缝；支護施工；压应力
0.引言
监测初期支护喷射混凝土表面应变，掌握隧道开挖过程中，时空效应对监测点喷射混凝土受力的影响。对施工力学的研究有着重要的作用，并能为施工过程中初期支护的安全性可靠性提供判断依据。结合某隧道支护施工应力监测，分析监测断面初期支护应力时间曲线和二衬应力时间曲线图，确定围岩变化情况、支护结构的受力状况以及它们之间的相互作用情况，建立对围岩支护全过程的稳定性分析，判断隧道支护施工方法的合理性，指导安全施工。
1.工程概况
该隧道洞身横穿舌状丘陵的鞍部，舌状丘陵两侧地形起伏较大。隧道左洞最大埋深73.7m，位于ZK106+160处；隧道右洞最大埋深77.3m，位于YK106+160处。山体自然坡度30°～40°，地形起伏较大，地面高程变化在503.7～547.3m之间。设计为双洞单向交通隧道，左线隧道起讫桩号为ZK106+940～ZK107+410，全长470m；右线隧道起讫桩号为YK106+885～YK107+395，全长510m。隧道左洞采用2.8%单向下坡，右洞采用3%单向下坡。隧道主要由卵石土、碎石土等堆积体组成，为Ⅴ级围岩隧道，地下水及其丰富，洞顶静水压力达36m高，隧道土体在遇水后呈软塑状，自稳能力差，施工中多次出现初期支护沉降、变形现象，造成初期支护开裂和拱架侵限等情况，且左洞存在严重偏压。
2.应力监测及结果分析
2.1 监测工作布置
为准确监测预期支护效果，应力监测主要分析初支应力、二衬应力监测成果。初支喷射混凝土应力监测，是初期支护的主要组成部分，在隧道施工作有着极为广泛的应用。在每个喷射混凝土量测断面布置3～5个测点，每个测点布设1个喷射混凝土表面应变计，二次衬砌应力监测，每个代表性的地段布置一个量测断面，每个量测断面布设3～5个测点。采用混凝土表面应变计，每个测点内外侧各布置1个应变计。
2.2初支监控成果分析
ZK107+295监测断面，拱顶压应力较大，左、右拱腰和拱肩监测点压应力相差不大，曲线之间近似平行，受力较为均衡。在监测时间16d后，曲线明显出现拐点，斜率降低，趋于水平，应力值保持在0.7MPa～0.8MPa之间。分析认为：随着隧道开挖初期，各监测点压应力增长明显加快，16d以后围岩受力趋于稳定，表明围岩与混凝土初衬间粘接紧密，初期支护达到了较好的稳定效果。
YK160+950监测断面，右拱肩处的压应力最大，左拱腰处在监测初期出现较大的拉应力，最大值达-6MPa，分析认为：该截面右边围岩明显偏压，应力场发生明显变化，由于初期支护的进行，拉应力有所降低，但左、右拱腰处均保持均受拉，而左右拱肩、拱顶均保持受压之势，该截面最不稳定，变形大，且出现6mm左右的裂缝，小于安全系数，应及时跟进二衬支护，以稳定应力量值，控制初支变形。
2.3二衬应力监控成果分析
ZK107+295二衬应力监测断面中大部分监测点应力值较小，且分布均匀。右拱脚、右拱腰内侧的压力值明显大于其它各点的压力值。分析认为：右侧内侧的压力凸显，是由于隧道整个右侧收到岩层的偏压，在二衬支护内侧表面出现局部应力集中，并根据现场巡查，发现确实在该段右侧截面出现了少许细微裂缝，但该应力集中并不影响围岩的稳定性。
ZK106+950二衬应力监测断面中未出现初期支护中的拉应力，左拱腰和右拱腰处已处于压应力状态，在二衬支护监测初期，压力值趋于稳定值的75%以上，基本未出现初期支护受偏压情况的发生。表明围岩受力变形较稳定时间为一个月左右，随着二衬支护的完工和开挖面的延伸，其应力变化值较小，围岩从欠稳定状态逐渐转为稳定，由此可得二衬支护为围岩稳定储备了一定的安全性。但拱顶与左拱腰处监测数值与其它监测点差值较大，围岩受力并未完全平衡，由于二衬支护中裂缝的出现，其围岩二衬承载力有所削弱，但处于可控状态。
3.二衬裂缝处理分析
根据在ZK106+950处二衬应力监测中，得到围岩因二衬支护裂缝的出现，其应力平衡得到了较大削弱，拱顶压应力为6.5MPa，与平均压应力之间相差4MPa，支护承载力降低。左洞衬砌混凝土中出现了5道不同宽度的纵向裂缝，在后续施工中，裂缝不断向前发展，直至ZK107+030位置，根据现场施工情况，在该处设置了施工缝，并进行了注浆加固处理，裂缝最终在该处停止向前发育，裂缝总长达至80m。由于左洞受到外部堆积体的严重偏压，裂缝宽度一直在不断加大，通过对洞内设置压力注浆锚杆、偏压位置设置树根桩、地表采取深孔压浆等措施，裂缝宽度得到了有效的抑制，最终裂缝宽度为6.0mm左右。
根据裂缝宽度发育情况，决定引用注胶加固方法对裂缝进行处理，在二衬表面裂缝中注入高强度粘结剂和二衬混凝土进行充分的粘接，然后养护混凝土到一定强度后，表面粘结剂上再辅以碳纤维布进行加固。在整个加固实施过程中，对该效果进行了一年多的应力监测，其监测断面为ZK106+950处，监测时间曲线图见图1：
图1 ZK106+950断面二衬应力—时间曲线
从图中可以看出，所有监测点处数值相差较小，曲线变化平缓，应力值在0～2.5MPa之间，压应力降低，受力均衡稳定，拱顶处在注胶加固时段，应力值保持在2.0MPa～2.4MPa之间，粘贴碳纤维布后，应力值降至0.5MPa左右。计算得出混凝土表面裂缝进行注胶加固后，其围岩拱顶压应力值降为原二衬应力值的40%，表面铺以碳纤维加固后，拱顶压应力再降25%，且该处结构层中应力趋于稳定状态。因此可以得出，二衬承载能力在通过粘贴碳纤维布处理后得到了较大的提升，取得了理想的加固效果。
4.结论
（1）在隧道支护应力监测过程中，发现应力值变化很大时，及时采取辅助措施进行加固处理，围岩压力变化基本稳定，得知该隧道的开挖方式及结构支护参数设计比较合理。
（2）注胶加固砼裂缝是一种新技术，将砼强度恢复一定值后，表面再辅以碳纤维加固，可将强度再次提高，通过应力监测发现，完全能满足围岩正常稳定。
（3）应力监测保证了隧道开挖的安全顺利进行，避免了围岩安全事故的发生，取得了理想的经济效益。
【参考文献】
[1]初厚永.大断面黄土隧道围岩变形监控量测技术[J].现代交通技术.
[2]赵旭峰，王春苗等.深部软岩隧道施工性态时空效应分析[J].岩石力学与工程学报，2007，26（2）：404-409.
【关键词】应力监测；裂缝；支護施工；压应力
0.引言
监测初期支护喷射混凝土表面应变，掌握隧道开挖过程中，时空效应对监测点喷射混凝土受力的影响。对施工力学的研究有着重要的作用，并能为施工过程中初期支护的安全性可靠性提供判断依据。结合某隧道支护施工应力监测，分析监测断面初期支护应力时间曲线和二衬应力时间曲线图，确定围岩变化情况、支护结构的受力状况以及它们之间的相互作用情况，建立对围岩支护全过程的稳定性分析，判断隧道支护施工方法的合理性，指导安全施工。
1.工程概况
该隧道洞身横穿舌状丘陵的鞍部，舌状丘陵两侧地形起伏较大。隧道左洞最大埋深73.7m，位于ZK106+160处；隧道右洞最大埋深77.3m，位于YK106+160处。山体自然坡度30°～40°，地形起伏较大，地面高程变化在503.7～547.3m之间。设计为双洞单向交通隧道，左线隧道起讫桩号为ZK106+940～ZK107+410，全长470m；右线隧道起讫桩号为YK106+885～YK107+395，全长510m。隧道左洞采用2.8%单向下坡，右洞采用3%单向下坡。隧道主要由卵石土、碎石土等堆积体组成，为Ⅴ级围岩隧道，地下水及其丰富，洞顶静水压力达36m高，隧道土体在遇水后呈软塑状，自稳能力差，施工中多次出现初期支护沉降、变形现象，造成初期支护开裂和拱架侵限等情况，且左洞存在严重偏压。
2.应力监测及结果分析
2.1 监测工作布置
为准确监测预期支护效果，应力监测主要分析初支应力、二衬应力监测成果。初支喷射混凝土应力监测，是初期支护的主要组成部分，在隧道施工作有着极为广泛的应用。在每个喷射混凝土量测断面布置3～5个测点，每个测点布设1个喷射混凝土表面应变计，二次衬砌应力监测，每个代表性的地段布置一个量测断面，每个量测断面布设3～5个测点。采用混凝土表面应变计，每个测点内外侧各布置1个应变计。
2.2初支监控成果分析
ZK107+295监测断面，拱顶压应力较大，左、右拱腰和拱肩监测点压应力相差不大，曲线之间近似平行，受力较为均衡。在监测时间16d后，曲线明显出现拐点，斜率降低，趋于水平，应力值保持在0.7MPa～0.8MPa之间。分析认为：随着隧道开挖初期，各监测点压应力增长明显加快，16d以后围岩受力趋于稳定，表明围岩与混凝土初衬间粘接紧密，初期支护达到了较好的稳定效果。
YK160+950监测断面，右拱肩处的压应力最大，左拱腰处在监测初期出现较大的拉应力，最大值达-6MPa，分析认为：该截面右边围岩明显偏压，应力场发生明显变化，由于初期支护的进行，拉应力有所降低，但左、右拱腰处均保持均受拉，而左右拱肩、拱顶均保持受压之势，该截面最不稳定，变形大，且出现6mm左右的裂缝，小于安全系数，应及时跟进二衬支护，以稳定应力量值，控制初支变形。
2.3二衬应力监控成果分析
ZK107+295二衬应力监测断面中大部分监测点应力值较小，且分布均匀。右拱脚、右拱腰内侧的压力值明显大于其它各点的压力值。分析认为：右侧内侧的压力凸显，是由于隧道整个右侧收到岩层的偏压，在二衬支护内侧表面出现局部应力集中，并根据现场巡查，发现确实在该段右侧截面出现了少许细微裂缝，但该应力集中并不影响围岩的稳定性。
ZK106+950二衬应力监测断面中未出现初期支护中的拉应力，左拱腰和右拱腰处已处于压应力状态，在二衬支护监测初期，压力值趋于稳定值的75%以上，基本未出现初期支护受偏压情况的发生。表明围岩受力变形较稳定时间为一个月左右，随着二衬支护的完工和开挖面的延伸，其应力变化值较小，围岩从欠稳定状态逐渐转为稳定，由此可得二衬支护为围岩稳定储备了一定的安全性。但拱顶与左拱腰处监测数值与其它监测点差值较大，围岩受力并未完全平衡，由于二衬支护中裂缝的出现，其围岩二衬承载力有所削弱，但处于可控状态。
3.二衬裂缝处理分析
根据在ZK106+950处二衬应力监测中，得到围岩因二衬支护裂缝的出现，其应力平衡得到了较大削弱，拱顶压应力为6.5MPa，与平均压应力之间相差4MPa，支护承载力降低。左洞衬砌混凝土中出现了5道不同宽度的纵向裂缝，在后续施工中，裂缝不断向前发展，直至ZK107+030位置，根据现场施工情况，在该处设置了施工缝，并进行了注浆加固处理，裂缝最终在该处停止向前发育，裂缝总长达至80m。由于左洞受到外部堆积体的严重偏压，裂缝宽度一直在不断加大，通过对洞内设置压力注浆锚杆、偏压位置设置树根桩、地表采取深孔压浆等措施，裂缝宽度得到了有效的抑制，最终裂缝宽度为6.0mm左右。
根据裂缝宽度发育情况，决定引用注胶加固方法对裂缝进行处理，在二衬表面裂缝中注入高强度粘结剂和二衬混凝土进行充分的粘接，然后养护混凝土到一定强度后，表面粘结剂上再辅以碳纤维布进行加固。在整个加固实施过程中，对该效果进行了一年多的应力监测，其监测断面为ZK106+950处，监测时间曲线图见图1：
图1 ZK106+950断面二衬应力—时间曲线
从图中可以看出，所有监测点处数值相差较小，曲线变化平缓，应力值在0～2.5MPa之间，压应力降低，受力均衡稳定，拱顶处在注胶加固时段，应力值保持在2.0MPa～2.4MPa之间，粘贴碳纤维布后，应力值降至0.5MPa左右。计算得出混凝土表面裂缝进行注胶加固后，其围岩拱顶压应力值降为原二衬应力值的40%，表面铺以碳纤维加固后，拱顶压应力再降25%，且该处结构层中应力趋于稳定状态。因此可以得出，二衬承载能力在通过粘贴碳纤维布处理后得到了较大的提升，取得了理想的加固效果。
4.结论
（1）在隧道支护应力监测过程中，发现应力值变化很大时，及时采取辅助措施进行加固处理，围岩压力变化基本稳定，得知该隧道的开挖方式及结构支护参数设计比较合理。
（2）注胶加固砼裂缝是一种新技术，将砼强度恢复一定值后，表面再辅以碳纤维加固，可将强度再次提高，通过应力监测发现，完全能满足围岩正常稳定。
（3）应力监测保证了隧道开挖的安全顺利进行，避免了围岩安全事故的发生，取得了理想的经济效益。
【参考文献】
[1]初厚永.大断面黄土隧道围岩变形监控量测技术[J].现代交通技术.
[2]赵旭峰，王春苗等.深部软岩隧道施工性态时空效应分析[J].岩石力学与工程学报，2007，26（2）：404-409.