苏彦军 SU Yan-jun
（兰州博文科技学院，兰州 730101）
小净距隧道夹岩厚度介于分离式隧道与连拱隧道之间，是在地质复杂及路线线型受限路段常采用的结构形式之一，其双洞间最小净距Ⅰ类围岩为1倍的洞宽，Ⅱ类围岩为1.5倍的洞宽，Ⅲ类围岩为2倍的洞宽，Ⅳ类围岩为2.5倍的洞宽，Ⅴ类围岩为3.5倍的洞宽，Ⅵ类围岩为4倍的洞宽。也正由于地质的复杂性及左右线隧道施工期间的相互干扰，决定了小净距隧道在施工期间存在变形超限甚至塌方等诸多的不安全因素，因此，施工监测就成为了施工中一个必不可少的重要环节。
围绕着小净距隧道的施工监测，众多学者也做了大量研究。李晓军等以重庆海天堡隧道为背景，采用现场监测与数值模拟相结合的方法，对浅埋大断面小净距隧道围岩压力与复合式衬砌内力的施工响应规律进行了研究。秦伟宏等通过对小净距隧道施工过程的模拟，得出了不同开挖进尺下的后行洞LDP曲线及拱腰收敛的变化规律。李鹏飞结合监控量测和地质超前预报，分析了隧道围岩和初期支护稳定性变化规律，并及时有效反馈至设计与施工。但隧道施工中围岩压力和变形变化规律与隧道所处地质情况、施工方法等多种因素相关，本文以甘肃省陇南市某小净距隧道施工监测为基础，通过现场监控量测与数据回归分析，寻求该地区小净距隧道三台阶法施工时，拱顶下沉和净空收敛的变化规律，用以优化施工方案并为同类型隧道施工提供参考。
本项目位置处于甘肃省陇南市，隧道长9100m，最大埋深832m，监测段围岩等级为Ⅴ级，洞身经过地层主要是碎裂岩、极破碎，工点范围内有断层、褶皱，预测单位正常涌水量为413m3/d·km。施工中采用三台阶开挖法，台阶长度为3m，每个循环进尺划分为7个施工步，按顺序依次开挖，隧道断面尺寸及进尺施工步划分如图1所示。
图1 隧道断及进尺施工步划分
隧道监控量测项目可以分为必测和选测两部分，必测项目是保证隧道安全施工的基本前提和保障，主要包括了洞内外观察、拱顶下沉和净空变化等与变形相关的项目；
选测项目主要针对特殊地质或设计文件规定的项目，包括了围岩压力、初支与二衬间接触力、锚杆轴力、喷砼内力及二衬内力等与内力相关的项目。本文在右线隧道试验段内布置3个监测断面，相邻间距5m，并对拱顶下沉和净空变化进行监测与分析，拱顶下沉在断面拱顶布置一个测点，净空变化在同一断面布置三条水平测线，位置布置在拱腰、中墙和拱脚三处（如图2），分别监测上台阶、中台阶和下台阶的水平收敛。各测点布置在同一断面内，监测频率按测点到掌子面的距离（表1）与测点变形速率（表2）中较高的频率选取。
表1 距离与监测频率表
表2 速率与监测频率表
图2 变形监测位置
围岩变形的大小与速率直接反应了围岩的稳定性，是隧道施工监测中的必测项，需要在初期支护之后及时埋设测点并按规定的监测频率进行实时的监测。本次监测的拱顶下沉值、水平收敛值及拱顶下沉速率与水平收敛速率分别如图3-图6所示。
图3 拱顶下沉与水平收敛变化图
图6 速率对比图
由监测结果可以看出，拱顶下沉和净空变化最终都处于收敛状态，其中拱顶下沉变化趋势可分为四个阶段，即初始变化阶段、急剧增长阶段、缓慢增长阶段和基本稳定阶段。初始变化阶段为从开始监测到第6施工步，该阶段拱顶下沉较缓慢；
急剧增长阶段出现在第7-21施工步，该阶段拱顶下沉从5mm急剧增长到了126mm；
缓慢增长阶段出现在第22-39施工步，该阶段拱顶下沉逐渐收敛；
第40施工步之后为基本稳定阶段，拱顶下沉基本不在增长，稳定后累计拱顶下沉为171mm。这期间在第14-18施工步期间增长速率最快，是拱顶下沉发生的主要时间段。
图4 拱顶下沉速率与上台阶收敛速率图
图5 中台阶与下台阶收敛速率图
净空水平收敛变化趋势可分为三个阶段，即初始变化阶段、急剧增长阶段和基本稳定阶段。初始变化阶段和拱顶下沉监测结果一致，都为从开始监测到第6施工步，该阶段各台阶水平收敛缓慢；
急剧增长阶段上台阶出现在第7-25施工步、中台阶出现在第7-29施工步、下台阶出现在第7-30施工步，该阶段水平收敛急剧增长；
之后各自水平收敛基本稳定。这期间上台阶累计水平收敛338mm，中台阶累计水平收敛最大，值为387mm，下台阶累计水平收敛最小，值为253mm；
收敛速率最快的时间段上台阶在第14-21施工步、中台阶在第14-22施工步、下台阶在第14-28施工步。
小净距隧道围岩的最终变形量及变形速率也与左右线掌子面间距有关，其关系可在试验段监测数据的基础上结合有限元模拟进行研究，本次结合现场施工情况选取20m、30m和40m三个掌子面间距参数作为分析对象，结合实际监测与模拟，得出拱顶下沉和下台阶水平收敛对比结果如图7和图8所示。
图7 不同掌子面间距拱顶下沉对比图
图8 不同掌子面间距下台阶水平收敛对比图
从图中可以看出，拱顶下沉最终值在掌子面间距分别为20m、30m和40m时变化不大，但随着掌子面间距增大，拱顶下沉速率速率峰值逐渐靠后，有利于初期支护和围岩的稳定。随着掌子面间距的增大，下台阶水平收敛速率基本相同，但最终收敛值间距为40m时最小，30m时次之，20m时最大，上台阶和中台阶水平收敛与下台阶基本相似，本文不再赘述。
本文结合甘肃省陇南市的某铁路隧道施工监测工作，重点以围岩变形作为监测对象，用围岩变形评价围岩的稳定性，寻找小净距隧道采用三台阶法施工时围岩的变形规律，为安全作业及二次衬砌施工提供指导，并得出以下结论：
①采用三台阶开挖法施工时，在初始阶段拱顶下沉与水平收敛在开挖仰拱前变化较小，说明围岩整体有一个自稳阶段，时间出现在每次进尺中的仰拱开挖之前，仰拱开挖后拱顶下沉和水平收敛开始急剧增长。
②拱顶下沉值主要发生在第二至第三次进尺期间，水平收敛值主要发生在第二至第四次进尺期间，其发展速率基本和施工顺序一致，拱顶下沉和上台阶水平收敛速率峰值较靠前，主要在第三次进尺期间，中台阶和下台阶水平收敛速率峰值较靠后，主要在第四次进尺期间。
③图3至图6中位移及速率变化节点大致为7的倍数，而如图1施工步的划分第7步恰好为仰拱施工，说明仰拱开挖对围岩稳定性有较大影响。
④拱顶下沉在第三次进尺后趋于稳定，累计下沉量为171mm，水平收敛在第四次进尺后趋于稳定，其中中台阶水平收敛值最大，值为387mm，上台阶次之、下台阶最小。
⑤左右线掌子面间距增大对小净距隧道变形控制有利，但综合考虑安全性与经济性两个因素，该地质条件下掌子面间距控制在40m左右时效果较好。
本文基于三台阶施工法、每次进尺3m、左右线掌子面距离40m的施工监测数值，通过围岩变形变化规律监测围岩应力变化规律，为隧道施工与支护提供参数，保证隧道施工的安全性与经济性。但小净距隧道施工围岩稳定性受施工方法、左右线掌子面距离、左右线净距、一次进尺长度等多种因素的影响，为更全面为施工提供监测数据，也可将围岩压力、初支与二衬间接触力、锚杆轴力、喷砼内力及二衬内力等选测项目一起纳入施工监测工作，为隧道安全、经济施工提供更加科学的依据。
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