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近年来,随着国内经济的高速发展,高速公路以及其他各类基础设施工程也不断的向一些未开发的山区延伸,工程地质环境也变得越来越复杂。由于地质条件的多样性、复杂性、模糊性及其他各种客观因素,比如经费的限制、设备的局限性等,都会致使前期勘测工作不能彻底确定隧道施工前方的地质情况。在施工过程中,如果不密切关注开挖过程中的隧道围岩及支护结构受力情况,则很容易引发各种重大灾害,造成巨大的经济损失及人员伤亡,这类事故不胜枚举。由此可见,隧道施工围岩变形监控量测以及围岩的稳定性判定是非常重要的环节,它结合前期勘测的资料,根据对施工现场动态跟踪分析,进行进一步的判断和预测,从而在最大程度上减低了灾害发生的几率,对工程的顺利施工给予有力的保障。
本文以长岭隧道工程为依托,首先对研究区内长岭隧道沿线的地质构造、地层岩性和水文地质条件等资料进行收集整理,提出隧道工程地质评价,为隧道变形监测提供基础地质资料。在此基础上,结合隧道设计资料及现场施工情况,合理设计隧道变形监测方案,并在现场布置变形监测断面和控制点,对长岭隧道桩号YK147+245、YK147+223断面围岩在施工过程中的变形进行监控量测以及相关监测数据的回归分析,总结了围岩在隧道施工过程中的可能的变形趋势,预测围岩的最终变形量。同时,运用模拟软件Plaxis3D Tunnel对隧道的开挖过程进行数值模拟,根据模拟结果与YK147+245断面的围岩变形监测数据进行对比分析,以此为依据判断隧道围岩在开挖过程中的受力情况并判定其稳定性。
在进行长岭隧道监控量测以及围岩稳定性判定研究的过程中得到了以下结论:
(1)在结合现场地质资料并通过长岭隧道YK147+245、YK147+223监测断面监控量测数据的回归分析可以得知隧道洞室周边收敛及拱顶沉降等相对位移都随埋深的增加而增大,随围岩级别降低而增大。在围岩级别相同的条件下,成岩条件越差,风化程度越高,其围岩变形随埋深变化也越明显。其原因可以从两个方面考虑:一方面,相同支护情况下离洞口越近时,洞身围岩所受的约束条件越差:另一方面,在浅埋段内,埋深大的地方区域围岩风化程度较弱,自稳能力较强,所以在埋深达到一定深度之后,围岩变形首先会经历自我约束阶段,使得隧道洞身收敛变形值变小。
(2)经过对长岭隧道施工围岩变形监测的总结归纳,可以得知,围岩变形位移-时问特征曲线可能会有各种不同形式体现围岩变形规律,主要有以下几种类型:光滑曲线型、“似根号”型、“厂”字型以及“似根号”型与“厂”字型结合型。从监测数据来看在各开挖步最初开挖时,围岩变形随时间迅速增大,但一段时间后趋于平稳。另外,从回归分析预测的结果也能判断:如果在没有特殊地质灾害及重大施工因素的影响下,在开挖后围岩内部经过二次应力调整逐渐完成之后将趋于稳定。
(3)由于仅从监测数据的单一曲线不能体现围岩变形的规律特点,因此利用专业数据分析软件SPSS对监测断面的各个监测点的监控量测数据进行非线性回归分析,并预测YK147+245、YK147+223两个监测断面的拱顶下沉及水平收敛变形最终变化值,对现场监控晕测的围岩拱顶沉降及水平收敛进行了拟合,根据围岩分级容许极限值推断,在该断面处围岩最终趋于稳定。
(4)通过Plaxis3D Tunnel软件对隧道开挖过程进行模拟,根据模拟结果可以看出,应力比较集中在拱顶,拱脚及隧道侧壁处,因此这些关键部位较为容易发生破坏,但是从回归分析的最终稳定变形收敛值来看,断面各测点的实测位移均小于理论计算值,可以判断断面围岩处于稳定状态。
综上所述,本文对隧道施工过程中的围岩变形进行监测,利用Plaxis数值仿真模拟软件对开挖过程进行数值模拟,对长岭隧道围岩的稳定性进行了全面的分析,可以为类似隧道工程提供理论参考。