依托工程双线已布设10个断面，其中以多年冻土段隧道为监测的重点共布设9个断面，在非冻土段布设3个断面。

根据依托工程姜路岭隧道实际情况，由于科研监测组进场时，依托工程已经开工半年多，围岩冻胀力监测断面的布置方式根据科研需要结合施工进度进行选择，见表7—19。其中，监测数据相对完整的断面包括YK329＋760断面（Y1断面）、YK329＋820断面（Y2断面）、ZK329＋750断面（Z1断面）及ZK332＋505断面（Z4断面）。下面以典型断面为例进行监测数据分析。

1）姜路岭隧道典型断面洞内气温分析

对姜路岭隧道Y1、Y2、Z4共三个断面不同位置从2012年9月至2013年1月间进行洞内气温监测，图7—35～图7—38所示分别为各断面洞内气温—时间规律。

图7—35　Y1断面洞内气温—时间规律

图7—36　Y2断面洞内气温—时间规律

图7—37　Z1断面洞内气温—时间规律

图7—38　Z4断面洞内气温—时间规律

表7—20　Y1 与Y2 断面洞内气温对比　（℃）

（续表）

由图7—35可以看出，由于洞内气温监测时间区间由秋季持续至冬季，因此姜路岭隧道三个监测断面洞内气温在监测时间区间内整体呈现逐渐下降趋势，且每个断面不同位置处的洞内气温差距不大。同时，各监测断面从第30～第40天（2012年10月25日左右）时出现小幅上升，在Y1与Z4断面的第80～第85天（2012年12月20日左右）时气温出现明显升高现象，但迅速恢复正常。

另一方面，从各个断面与洞口距离来看，Y1、Z4与洞口距离较近，Y2、Z1与洞口距离较远。其中，Y1与Y2断面之间相距60 m，两断面相同时间洞内气温的对比见表7—20。

从表7—20可以看出，从2012年10月13日至2013年12月4日的时间区间内，各时间点的Y2断面洞内气温比Y1断面高1.87～3.33℃，平均高约2.4℃，说明隧道每向内掘进10 m，洞内气温平均下降0.4℃。

2）姜路岭隧道典型断面围岩温度分析

对于姜路岭隧道四个典型断面不同深度（洞壁处、距洞壁0.25 m、0.5 m、0.75 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m、3.5 m及4.0 m）处分别埋设温度传感器，从2012年5月至2013年4月间（不同断面监测时间区间不同）进行隧道围岩温度监测。各断面不同深度处围岩温度—时间曲线如图7—39～图7—42所示。

图7—39　Y1断面不同深度围岩温度—时间曲线

（1）Y1断面

从图7—39可以看出：

①随着距洞壁深度的增加，每一时刻围岩温度总体上体现出逐渐降低的趋势。

②从洞壁处至距洞壁0.75 m范围内，围岩温度始终呈下降趋势，36～85 d的时间段内，其温度相对平缓，而后随着洞内气温下降，围岩温度再次出现小幅下降。

③从距洞壁1.0～2.0 m深度范围内的围岩温度变化规律可知，在1～10 d内，围岩温度呈上升趋势；在5～10 d出现温度峰值，而后缓慢下降；在25～30 d后，其温度区域稳定；至85 d后再次呈现缓慢下降趋势。

④距离洞壁2.5 m以外的围岩，其温度基本不随时间变化，表现为基本恒定的规律。其中，距离洞壁3.0 m以外，三个监测点的温度始终保持在0℃以下，说明这一范围内的围岩始终处于冻结状态。

图7—40　Y2断面不同深度围岩温度—时间曲线

（2）Y2断面

从图7—40可以看出：

①随着距洞壁深度的增加，每一时刻围岩温度总体上体现出逐渐降低的趋势。

②其中接近洞壁位置处（距洞壁0.5 m范围内）围岩温度随时间而逐渐减小。

③距洞壁0.75～1.5 m范围内，前期（15 d之内）围岩温度升高，而后逐渐平缓，在约145 d后温度有小幅下降。

④在距洞壁2.5 m以外，围岩温度基本稳定，但仍存在小幅的上升—下降过程。

⑤值得一提的是，从实施监测的40 d以后，在监测深度范围内的围岩温度均大于0℃。

图7—41　Z1断面不同深度围岩温度—时间曲线

（3）Z1断面

从图7—41可以看出：

①由于距洞壁深度的不同，围岩温度表现出很大的差异性。

②距离洞壁较浅（距洞壁0.75 m范围内）处的围岩温度在监测的25 d内快速下降，但在25～34 d时间段内迅速上升，最高温度接近于刚开始实施监测时的围岩温度；在约40 d后开始逐渐下降，在约110 d后趋于平稳。

③距洞壁1.0～2.0 m范围内的围岩，温度变化表现出近洞壁处相似的特征，但在40 d左右时间段内的升温幅度大幅降低。

④距离洞壁2.5 m以外的围岩，其温度变化幅度不大。

⑤另一方面，从117 d开始，各个深度处的围岩温度均小于0℃。

（4）Z4断面

从图7—42可以看出：

①从整体趋势上看，不同深度处的围岩温度均表现出随时间逐渐降低的特点。

图7—42　Z4断面不同深度围岩温度—时间曲线

②距洞壁0.25 m范围内的围岩温度，在190 d后略有回升，且在整个监测时间段内表现出小幅波动现象。

③距洞壁0.5～1.5 m范围内围岩温度在15 d内表现为小幅上升，而后平稳下降的特点。

④距离洞壁2.0 m以外的围岩，其温度变化幅度不大。

⑤在实施监测约145 d后，各个深度处的围岩温度均小于0℃。

3）姜路岭隧道典型断面冻融圈深度分析(www.daowen.com)

根据前节的围岩温度监测数据，以各监测时间点出现负温的监测点位置作为围岩冻融圈深度，得到各典型断面冻融圈深度—时间曲线。围岩冻融圈是围岩表面温度变化累积作用的结果，而围岩表面积温可用来描述这一温度变化的累计作用。只要得到围岩表面积温与冻融圈深度的关系，即可通过监测围岩表面温度对围岩冻融圈深度进行评估。

图7—43　Y1断面围岩表面积温与冻融圈深度—时间曲线

采用各监测断面围岩表面积温，由图7—39及围岩表面积温计算结果可得Y1断面围岩表面积温与冻融圈深度—时间曲线，如图7—43所示。由图7—43可以看出，Y1断面冻融圈深度与围岩表面积温呈现相同的变化趋势，且从两条曲线的斜率变化可以看出，在围岩表面积温曲线斜率较大的时间段，冻融圈深度同样表现出加速增长趋势。另外，Y1断面在监测时间区间内趋于稳定。

图7—44所示为Y1断面围岩冻融圈深度增长速度曲线。由图7—44可知，Y1断面冻融圈深度增长速度整体呈现逐渐减小趋势，从监测时间90 d以后，其增长速度均小于0.01 m/d，说明冻融圈深度已趋于稳定，最大冻融圈深度约2.95 m。

图7—44　Y1断面围岩冻融圈深度增长速度曲线

同理，由图7—40及围岩表面积温计算公式，可得Y2断面围岩表面积温及冻融圈深度—时间曲线，如图7—45所示。由图7—45可知，在监测时间区间内，Y2断面围岩表面积温呈现出稳定增长趋势，与之对应，Y2断面冻融圈深度增加迅速，在第33天便已超过4 m。

图7—45　Y2断面围岩表面积温与冻融圈深度—时间曲线

图7—46所示为Y2断面冻融圈增长速度曲线。由图7—46可知，在实施监测约10 d后，Y2断面冻融圈增长速度基本恒定，且保持在0.1 m/d左右，说明该断面冻融圈深度始终未达到稳定值，并在监测第33天超过4 m。受其影响，该断面由于在初衬施工后拱顶变形过大，无法保证围岩稳定，因此采取了更换钢拱架的施工措施。

图7—46　Y2断面围岩冻融圈深度增长速度曲线

图7—47　Z1断面围岩表面积温与冻融圈深度—时间曲线

对于Z1断面，由图7—41及围岩表面积温计算公式，得到其冻融圈深度与围岩表面积温—时间关系曲线，如图7—47所示。由图7—47可以看出，Z1断面围岩表面积温曲线前期增长相对较快，与之对应，该断面冻融圈呈现缓慢增长趋势；而在实施监测40 d后，围岩表面积温曲线增长幅度减小，冻融圈深度不再增加，其最大值稳定在2.76 m；当监测80 d后，围岩表面积温趋于定值，此时冻融圈深度加速减小。此外，该断面由于工程地质条件较差，围岩含水量及破碎程度高，拱顶下沉量超出规范要求，难以保证隧道稳定，因而在监测第40天左右进行了更换钢拱架的施工。

由图7—48可知，在实施监测40 d内，围岩冻融圈增长速度为正值，冻融圈深度缓慢增长；在更换钢拱架施工期间，其冻融圈深度出现小幅波动，而后趋于稳定；当监测80 d后，冻融圈增长速度为负值，其深度逐渐减小。

图7—48　Z1断面围岩冻融圈深度增长速度曲线

图7—49　Z4断面围岩表面积温与冻融圈深度—时间曲线

图7—50　Z4断面围岩冻融圈深度增长速度曲线

对于Z4断面，根据图7—42及围岩表面积温计算公式，得到其冻融圈深度及围岩表面积温—时间曲线，如图7—49所示。由图7—49可知，Z4断面围岩表面积温与冻融圈深度呈现出与Z1断面相似的规律，即当监测初期（约70 d之内）围岩表面积温逐渐增大，与之对应，冻融圈深度缓慢增加，而后趋于稳定，最大冻融圈深度3.01 m；在监测115 d后，围岩表面积温开始减小，冻融圈深度也迅速减小。

由图7—50可知，Z4断面冻融圈增长速度除在监测10 d之内表现出小幅震荡外，随着时间的增长，其增加幅度不大，且保持基本稳定，冻融圈深度缓慢增加，但从监测115 d后，冻融圈增长速度为负值，冻融圈深度快速减小。

4）姜路岭隧道典型断面围岩压力分析

对于多年冻土区隧道，其主要破坏模式为冻胀力作用下的衬砌失效，因此有必要对多年冻土隧道冻胀力进行现场监测，为隧道衬砌结构的稳定提供科学依据。在依托工程姜路岭隧道典型断面布置压力传感器，进行围岩压力的测试，以获得围岩表面与初衬之间、初衬与一次模筑混凝土之间及一次模筑混凝土与二衬之间的压力实测数据，进而判断隧道衬砌是否有冻胀力作用，为其稳定性分析奠定基础。但由于施工环境等不利因素，仅获得了Y1断面初衬压力、Z1断面一次模筑与二衬间压力及Z4断面初衬压力实测数据，如图7—51～图7—53所示。但在压力盒埋设初期（约10 d之内），由于其与围岩尚未紧密贴合，测量数据体现出突变性质，此段时间内的测量数据不能作为分析依据。

图7—51　Y1断面不同位置围岩压力—时间曲线

由图7—51可以看出，Y1断面左右边墙及右侧拱腰部位均测到不同大小的围岩压力，且其规律性不明显。其中，右侧拱腰在150～160 d范围内（2012年11月5日左右）的围岩压力出现极小值，其余时间段内其值相对平缓。而在左边墙位置，仅在70～150 d范围内（2012年8月16日至11月4日）测出围岩压力，而此时间段并非围岩冻结时间，因此不能作为冻胀力数据。对于右侧边墙，在约170 d后开始存在围岩压力，但其值不超过0.015 MPa，可认为对衬砌结构无影响。

由图7—52可以看出，在10 d以后，处拱顶部位围岩压力始终为0外，其余各测点围岩压力总体趋势较为平缓，最大值不超过0.3 MPa，且没有表现出冬季显著增大的特征，故不能作为冻胀力数据。

图7—52　Z1断面不同位置围岩压力—时间曲线

由图7—53可以看出，Z4断面仅在拱顶及右侧拱腰处测到围岩压力，但各点围岩压力值随时间变化较为平稳，没有表现出冬季显著增大的特征，故不能作为冻胀力数据。

图7—53　Z4断面不同位置围岩压力—时间曲线

5）姜路岭隧道典型断面围岩变形分析

为反应依托工程姜路岭隧道围岩变形特征，在典型断面左右洞壁布置收敛监测点，在拱顶布置左、中、右三个位移监测点，进行围岩收敛变形及拱顶沉降监测，以获得隧道变形随时间变化规律，通过计算围岩收敛变形速率及拱顶沉降速率，为隧道稳定性分析及支护结构合理性及施做时间提供理论依据。图7—54所示为Y1断面拱顶下沉量—时间曲线。图7—55所示为Y1断面收敛位移—时间曲线。

图7—54　Y1断面拱顶下沉量—时间曲线

图7—55　Y1断面收敛位移—时间曲线

由图7—54可以看出，Y1断面拱顶下沉量数据波动较大，但其最大收敛值仅为10.5 mm。另外，由于监测时间仅为13 d，且隧道施工对监测点稳定性干扰较大，因此可以认为监测曲线对隧道稳定性无影响。

由图7—55可以看出，Y1断面收敛曲线也表现出较大的波动性，且实施监测时间较短，说明隧道施工对收敛位移监测影响较大。另一方面，最大收敛值不超过45 mm，对围岩稳定性影响较小。

图7—56所示为Y2断面拱顶下沉量—时间曲线。由图7—56可以看出，Y2断面三个拱顶下沉观测点沉降量总体上呈现逐渐增大趋势，但在10～18 d区间内，其拱顶下沉量表现出异常上升的现象，其原因是在此期间更换收敛计钢尺。从22 d后，各点拱顶下沉量表现为逐渐增大趋势，其左测点最大沉降量达到220 mm，远大于隧道允许沉降值，因此在该断面施工过程中，对原有钢拱架进行了替换，以保证隧道的稳定性。

图7—56　Y2断面拱顶下沉量—时间曲线

图7—57　Y2断面收敛位移—时间曲线

图7—57所示为Y2断面收敛位移—时间曲线，收敛一线表示隧道上台阶开挖过程中左右洞壁围岩收敛曲线，收敛二线表示下台阶开挖后洞壁围岩收敛曲线。从图中可以看出，在上端面开挖过程中，其围岩收敛值表现出一定的波动是由于施工对围岩扰动较大所致；当下端面开挖后，围岩收敛值表现为逐渐增大趋势，且在监测约60 d后较为稳定。

图7—58　Z1断面拱顶下沉量—时间曲线

图7—58所示为Z1断面拱顶下沉量—时间曲线。从图中可以看出，Z1断面拱顶下沉规律表现出与Y2断面相似的总体特征，拱顶下沉量随时间逐渐增大，但其左测点最大下沉量达到191 mm，远大于规范要求的沉降允许值，因此在该断面施工过程中，对原有钢拱架进行了替换，以保证隧道的稳定性。

图7—59所示为Z1断面围岩收敛位移—时间曲线。从图中可以看出，在上台阶开挖过程中，收敛一线实测数据有很大的波动性，说明隧道施工对围岩扰动较大；而在下台阶开挖后，对收敛一线与收敛二线监测数据可以看出，各个位置的围岩收敛变形均表现出区域稳定的特点，且最大收敛值不超过50 mm，可以保证隧道的稳定。

图7—59　Z1断面收敛位移—时间曲线