孫迪
摘要:指出了監(jiān)控量測是隧道新奧法施工的重要組成部分,可以及時掌握隧道施工在不同工況下圍巖和支護(hù)的動態(tài)信息,并及時對圍巖穩(wěn)定性作出評價,為調(diào)整、修改設(shè)計和施工方法等提供科學(xué)依據(jù),進(jìn)而指導(dǎo)施工,保證施工安全順利地進(jìn)行。以泉州東海隧道工程為實例,探討了監(jiān)控量測在隧道新奧法施工中的應(yīng)用,為今后類似工程或工法本身的發(fā)展提供借鑒,并為隧道運營后的養(yǎng)護(hù)與維修提供可靠的原始數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞:隧道;新奧法;監(jiān)控量測
中圖分類號:TU201文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674—9944(2014)09—0257—03
1引言
新奧法是一種現(xiàn)代先進(jìn)設(shè)計與施工一體化方法。如果錨噴結(jié)構(gòu)是按照規(guī)定程序進(jìn)行設(shè)計與施工一體化的,才能認(rèn)為符合新奧法[1~3]。與傳統(tǒng)礦山法施工采取的基本原則:“少擾動、早支撐、慎撤換、快襯砌”不同的是,新奧法的十二字的基本原則是:“少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”[4~6]。
監(jiān)控量測工作是隧道新奧法施工的眼睛,不但可以為隧道的動態(tài)設(shè)計和信息化施工提供依據(jù),指導(dǎo)施工實際并確保施工的安全,還可為隧道設(shè)計理論的發(fā)展積累經(jīng)驗,為今后的設(shè)計提供類比依據(jù)等[7~9],因而具有重要的實際意義。
2工程概況
泉州東海隧道左線全長2170m(里程樁號ZK1+430.0-ZK3+600.0),右線全長2157m(里程樁號YK1+414.0-YK3+571.0)。隧址區(qū)屬低山丘陵地貌,隧道沿線地勢起伏較大,水文和地質(zhì)條件變化大、穿越城區(qū)環(huán)境復(fù)雜。其中,隧道進(jìn)出洞口主要為坡殘積土及強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化花崗巖,巖體極破碎-破碎,圍巖級別為Ⅳ-Ⅴ級。
在ZK1+900-ZK2+000處隧道從赤山水庫大壩下游約20~70m處穿越,隧洞頂頂板道設(shè)計標(biāo)高2333m~2363m,圍巖主要為中、微風(fēng)化花崗巖。在(ZK1+820-ZK1+840m、ZK1+870-ZK2+020m、YK1+820-YK1+980m、ZK3+040-3+070m及YK3+035-YK3+065m)由于受F1、F2斷裂構(gòu)造及隧道頂板距地面厚度約6m的淺埋段的影響,隧道圍巖級別會相應(yīng)降低,地下水可能較為豐富,巖體的物理力學(xué)性能相對較差,圍巖級別為Ⅳ-Ⅴ級。
隧道洞身圍巖主要為微風(fēng)化花崗巖,局部地段為微風(fēng)化輝長巖等,屬較硬巖-堅硬巖,巖體較完整-完整,節(jié)理裂隙發(fā)育較差-差,地下水主要是賦存于覆蓋層、風(fēng)化巖孔隙中及基巖裂隙中的潛水,由大氣降水及側(cè)向同一含水層的補(bǔ)給,水文地質(zhì)條件簡單,隧道洞身圍巖級別為Ⅲ-Ⅳ級。在ZK2+200-ZK3+100m處隧道從桃花山中穿越,地表為寶珊花園別墅區(qū),該地段地下及地上均有通訊、電力等設(shè)施,特別是局部地段地下埋設(shè)有大口徑的污水、雨水管等。
在ZK3+120~ZK3+600m隧道出口段處于全風(fēng)化-微風(fēng)化巖體中,巖石風(fēng)化較劇烈,巖體完整性一般-差,巖石較破碎-完整,地下水主要是賦存于覆蓋層、風(fēng)化巖孔隙中及基巖裂隙中的潛水,由大氣降水補(bǔ)給,水文地質(zhì)條件簡單,圍巖屬Ⅳ-Ⅴ級。該段地表為廠區(qū)及寶秀小區(qū)二期,其中廠區(qū)為2~5層廠房及辦公樓、宿舍樓、廠房及辦公樓均采用樁基礎(chǔ),埋深約10~20m;寶秀小區(qū),樓高30~40m左右,屬高層建筑,采用樁基礎(chǔ),埋深約20~30m,持力層為中-微風(fēng)化花崗巖,施工條件較復(fù)雜。泉州東海隧道右線地質(zhì)縱斷面圖如圖1所示。
3監(jiān)控量測項目及實施方案
根據(jù)設(shè)計文件要求,及結(jié)合以往工程中總結(jié)的監(jiān)測經(jīng)驗,在本隧道中進(jìn)行如下監(jiān)測項目:①洞內(nèi)外觀測;②周邊收斂量測;③拱頂沉降監(jiān)測;④地表沉降監(jiān)測;⑤圍巖體內(nèi)位移監(jiān)測;⑥錨桿軸力監(jiān)測;⑦模鑄二次襯砌應(yīng)力監(jiān)測;⑧鋼支撐內(nèi)力監(jiān)測;⑨圍巖與初期支護(hù)間的壓力監(jiān)測;⑩房屋基礎(chǔ)沉降監(jiān)測;爆破振動監(jiān)測。
鑒于文章篇幅所限及某些項目為選測項目,故不能對本工程所有監(jiān)測項目一一進(jìn)行介紹和闡述,本文僅對①~④、⑩、項監(jiān)測項目簡要闡述如下。
3.1洞內(nèi)外觀測
觀察內(nèi)容主要包括:①開挖后未支護(hù)的圍巖情況;②開挖后已支護(hù)段的支護(hù)情況;③洞外情況觀察。
觀察目的主要包括:①預(yù)測開挖面前方的地質(zhì)條件;②為判斷隧道圍巖的整體穩(wěn)定性提供依據(jù);③根據(jù)噴層表面狀態(tài)及錨桿的工作狀態(tài),分析支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠程度;④掌握地表變形及開裂等情況。
3.2周邊收斂量測
隧道周邊收斂監(jiān)測,是監(jiān)測隧道內(nèi)壁兩點連線方向的相對位移或監(jiān)測點的絕對位移量。
監(jiān)測目的主要包括:①周邊位移是是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化的最直觀反映,量測周邊位移可判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠的信息,以確定初期支護(hù)的安全性;②根據(jù)變位速度、加速度判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度,為二次襯砌提供合理的支護(hù)時機(jī);③判斷初期支護(hù)設(shè)計與施工方法選取的合理性,以指導(dǎo)設(shè)計與施工。監(jiān)測點布置示意圖如圖2所示。
3.3拱頂沉降監(jiān)測
拱頂沉降監(jiān)測的作用是判斷圍巖穩(wěn)定性及進(jìn)行位移反分析,為二次襯砌的施設(shè)提供依據(jù),還可作為用計算收斂監(jiān)測各點絕對位移量的驗證之用。
拱頂沉降測點設(shè)置在收斂量測同一斷面的拱頂中心及兩側(cè)適當(dāng)位置,測點布置要根據(jù)現(xiàn)場施工情況,在各導(dǎo)坑開挖完畢,具備條件后及時布置。監(jiān)測示意圖如圖3所示。
3.4地表沉降監(jiān)測
本工程在隧道進(jìn)出口A、B線淺埋段坡度較緩地段,設(shè)置兩個沉降監(jiān)測斷面,每斷面不少于7個監(jiān)測測點;洞口坡度較陡的,設(shè)置一個沉降監(jiān)測斷面,不少于7個監(jiān)測測點。斷面及監(jiān)測點的具體布置如圖4所示。
3.5房屋基礎(chǔ)沉降監(jiān)測
受隧道施工的影響,周邊建筑物將產(chǎn)生不同程度的沉降,為了確保建筑物的安全,施工過程中需對周邊建筑物進(jìn)行監(jiān)測。與地表沉降監(jiān)測相同,建筑物沉降及傾斜計算在條件許可的情況下,盡可能布設(shè)導(dǎo)線網(wǎng),以便進(jìn)行平差處理,提高監(jiān)測精度。endprint
測點的布置主要是用沖擊鉆在建筑物的基礎(chǔ)或墻上鉆孔,然后放入長200~300mm,直徑Φ20~30mm的半圓頭彎曲鋼筋,四周用水泥砂漿填實而成。
3.6爆破振動監(jiān)測
本工程爆破振動監(jiān)測目的是監(jiān)測開挖中爆破作用對既有建(構(gòu))筑物的影響程度。監(jiān)測內(nèi)容主要為質(zhì)點的速度、加速度,可以根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果綜合判斷爆破參數(shù)的合理性,對修改爆破參數(shù)提供準(zhǔn)確的依據(jù),使其減小對既有建(構(gòu))筑物穩(wěn)定性的影響,減小、降低破壞。
采用爆破振動測試儀與速度傳感器相結(jié)合,測出爆破引起的測點實際震動數(shù)據(jù),然后進(jìn)行計算分析,計算出爆破震動與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù),據(jù)此判定合理的裝藥量和開挖方案。測點的布置主要是在所埋設(shè)測點預(yù)埋件的地方,用沖擊鉆鉆孔,在孔中填塞水泥砂漿后插入預(yù)埋件,使預(yù)埋件軸線垂直于測量表面。
4監(jiān)測實例
4.1地質(zhì)觀察綜述
隧道基巖為燕山晚期侵入花崗巖,節(jié)理裂隙發(fā)育且交錯分布,開挖面局部地段為薄層砂土狀強(qiáng)風(fēng)化巖與中風(fēng)化巖互層,局部夾中厚層,上部巖層稍厚,為碎裂狀、塊狀構(gòu)造,掌子面局部有裂隙水滲出。
已完成初期護(hù)段,噴層表面無裂縫,無裂隙及剝離現(xiàn)象,有鋼格柵段格柵無壓曲現(xiàn)象,洞身兩側(cè)無底鼓現(xiàn)象,噴射砼表面局部有少量裂隙水滲出。
4.2地表沉降
從監(jiān)測結(jié)果來看,洞口地表沉降所監(jiān)測的K3+455斷面地表沉降變化較大,日均變化基本在25~75mm之間,其余監(jiān)測斷面及測點變化均較小,均在07~46mm之間波動,相對收斂量0007%~006%,參照奧地利J.Golser博士對地表沉陷的建議來看,沉降值在允許值范圍以內(nèi),且較掘進(jìn)初期的位變速率有明顯的降低,表明隨著隧道掘進(jìn)的深入,目前地表變形及位移已經(jīng)逐漸趨入穩(wěn)定。K3+455斷面與K3+468斷面地表沉降監(jiān)測曲線圖如圖5所示。
4.3收斂及拱頂下沉
從YK3+425斷面和YK3+430收斂及拱頂下沉曲線來看,a、b線及拱頂下沉累計收斂值在03~25mm之間,相對收斂量0007%,變位速率在001mm/d左右,符合《錨桿噴射砼支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(GBJ86-85)關(guān)于Ⅲ級別圍巖洞周容許相對收斂量的規(guī)定,同時各條曲線斜率隨時間有變小趨勢,表明隨著掘進(jìn)的深入,其收斂速度逐漸降低,對洞口拱門段的擾動逐漸減小。目前階段洞內(nèi)圍巖變位速率01mm/d左右,說明施工對洞門處的影響仍然存在,但是拱門段變形及位移基本已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定。K3+425斷面與K3+430周邊收斂及拱頂沉降監(jiān)測曲線圖如圖6所示。
5結(jié)語
實踐證明,現(xiàn)場監(jiān)控量測能夠及時、準(zhǔn)確地預(yù)測和評估施工對地層、支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的影響程度,同時綜合各種信息進(jìn)行預(yù)警和報警,充分發(fā)揮第三方監(jiān)測的綜合技術(shù)優(yōu)勢,結(jié)合施工、地質(zhì)情況對監(jiān)測成果進(jìn)行充分、深入分析,必要時對設(shè)計和施工提出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整建議,使監(jiān)測工作真正發(fā)揮優(yōu)化設(shè)計和反饋指導(dǎo)施工的作用,而不是僅僅滿足于收集資料和提交報表,進(jìn)而對可能出現(xiàn)的各種突發(fā)情況提出建議措施,提高信息化施工水平。為今后同類隧道設(shè)計與施工積累了第一手資料,還可以節(jié)省投資,達(dá)到科學(xué)設(shè)計和施工的目的。
2014年9月綠色科技第9期參考文獻(xiàn):
[1] 康寧.東港隧道的施工監(jiān)控[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,1998(2).
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[3] 王立忠,胡亞元,王百林,等.崩塌松散圍巖隧道施工穩(wěn)定分析與監(jiān)控[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2003(4).
[4] 王彥武.太舊高速公路北茹隧道圍巖變形監(jiān)測[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,1998(2).
[5] 廖延軍.龍井隧道圍巖監(jiān)控量測技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù),2005(S1).
[6] 徐林生.東門關(guān)隧道出口新奧法施工監(jiān)控量測研究[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報,2006(1).
[7] 王國欣,周濤,黃宏偉.隧道新奧法施工過程中監(jiān)測元件埋設(shè)和保護(hù)[J].探礦工程,2005(11).
[8] 張笑然,潘載業(yè).公路隧道監(jiān)控量測技術(shù)的探討[J].西部交通科技,2006(1).
[9] 何福生.淺談新奧法在淺埋隧道施工中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù),2005(S1).endprint
測點的布置主要是用沖擊鉆在建筑物的基礎(chǔ)或墻上鉆孔,然后放入長200~300mm,直徑Φ20~30mm的半圓頭彎曲鋼筋,四周用水泥砂漿填實而成。
3.6爆破振動監(jiān)測
本工程爆破振動監(jiān)測目的是監(jiān)測開挖中爆破作用對既有建(構(gòu))筑物的影響程度。監(jiān)測內(nèi)容主要為質(zhì)點的速度、加速度,可以根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果綜合判斷爆破參數(shù)的合理性,對修改爆破參數(shù)提供準(zhǔn)確的依據(jù),使其減小對既有建(構(gòu))筑物穩(wěn)定性的影響,減小、降低破壞。
采用爆破振動測試儀與速度傳感器相結(jié)合,測出爆破引起的測點實際震動數(shù)據(jù),然后進(jìn)行計算分析,計算出爆破震動與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù),據(jù)此判定合理的裝藥量和開挖方案。測點的布置主要是在所埋設(shè)測點預(yù)埋件的地方,用沖擊鉆鉆孔,在孔中填塞水泥砂漿后插入預(yù)埋件,使預(yù)埋件軸線垂直于測量表面。
4監(jiān)測實例
4.1地質(zhì)觀察綜述
隧道基巖為燕山晚期侵入花崗巖,節(jié)理裂隙發(fā)育且交錯分布,開挖面局部地段為薄層砂土狀強(qiáng)風(fēng)化巖與中風(fēng)化巖互層,局部夾中厚層,上部巖層稍厚,為碎裂狀、塊狀構(gòu)造,掌子面局部有裂隙水滲出。
已完成初期護(hù)段,噴層表面無裂縫,無裂隙及剝離現(xiàn)象,有鋼格柵段格柵無壓曲現(xiàn)象,洞身兩側(cè)無底鼓現(xiàn)象,噴射砼表面局部有少量裂隙水滲出。
4.2地表沉降
從監(jiān)測結(jié)果來看,洞口地表沉降所監(jiān)測的K3+455斷面地表沉降變化較大,日均變化基本在25~75mm之間,其余監(jiān)測斷面及測點變化均較小,均在07~46mm之間波動,相對收斂量0007%~006%,參照奧地利J.Golser博士對地表沉陷的建議來看,沉降值在允許值范圍以內(nèi),且較掘進(jìn)初期的位變速率有明顯的降低,表明隨著隧道掘進(jìn)的深入,目前地表變形及位移已經(jīng)逐漸趨入穩(wěn)定。K3+455斷面與K3+468斷面地表沉降監(jiān)測曲線圖如圖5所示。
4.3收斂及拱頂下沉
從YK3+425斷面和YK3+430收斂及拱頂下沉曲線來看,a、b線及拱頂下沉累計收斂值在03~25mm之間,相對收斂量0007%,變位速率在001mm/d左右,符合《錨桿噴射砼支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(GBJ86-85)關(guān)于Ⅲ級別圍巖洞周容許相對收斂量的規(guī)定,同時各條曲線斜率隨時間有變小趨勢,表明隨著掘進(jìn)的深入,其收斂速度逐漸降低,對洞口拱門段的擾動逐漸減小。目前階段洞內(nèi)圍巖變位速率01mm/d左右,說明施工對洞門處的影響仍然存在,但是拱門段變形及位移基本已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定。K3+425斷面與K3+430周邊收斂及拱頂沉降監(jiān)測曲線圖如圖6所示。
5結(jié)語
實踐證明,現(xiàn)場監(jiān)控量測能夠及時、準(zhǔn)確地預(yù)測和評估施工對地層、支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的影響程度,同時綜合各種信息進(jìn)行預(yù)警和報警,充分發(fā)揮第三方監(jiān)測的綜合技術(shù)優(yōu)勢,結(jié)合施工、地質(zhì)情況對監(jiān)測成果進(jìn)行充分、深入分析,必要時對設(shè)計和施工提出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整建議,使監(jiān)測工作真正發(fā)揮優(yōu)化設(shè)計和反饋指導(dǎo)施工的作用,而不是僅僅滿足于收集資料和提交報表,進(jìn)而對可能出現(xiàn)的各種突發(fā)情況提出建議措施,提高信息化施工水平。為今后同類隧道設(shè)計與施工積累了第一手資料,還可以節(jié)省投資,達(dá)到科學(xué)設(shè)計和施工的目的。
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[4] 王彥武.太舊高速公路北茹隧道圍巖變形監(jiān)測[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,1998(2).
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[7] 王國欣,周濤,黃宏偉.隧道新奧法施工過程中監(jiān)測元件埋設(shè)和保護(hù)[J].探礦工程,2005(11).
[8] 張笑然,潘載業(yè).公路隧道監(jiān)控量測技術(shù)的探討[J].西部交通科技,2006(1).
[9] 何福生.淺談新奧法在淺埋隧道施工中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù),2005(S1).endprint
測點的布置主要是用沖擊鉆在建筑物的基礎(chǔ)或墻上鉆孔,然后放入長200~300mm,直徑Φ20~30mm的半圓頭彎曲鋼筋,四周用水泥砂漿填實而成。
3.6爆破振動監(jiān)測
本工程爆破振動監(jiān)測目的是監(jiān)測開挖中爆破作用對既有建(構(gòu))筑物的影響程度。監(jiān)測內(nèi)容主要為質(zhì)點的速度、加速度,可以根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果綜合判斷爆破參數(shù)的合理性,對修改爆破參數(shù)提供準(zhǔn)確的依據(jù),使其減小對既有建(構(gòu))筑物穩(wěn)定性的影響,減小、降低破壞。
采用爆破振動測試儀與速度傳感器相結(jié)合,測出爆破引起的測點實際震動數(shù)據(jù),然后進(jìn)行計算分析,計算出爆破震動與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù),據(jù)此判定合理的裝藥量和開挖方案。測點的布置主要是在所埋設(shè)測點預(yù)埋件的地方,用沖擊鉆鉆孔,在孔中填塞水泥砂漿后插入預(yù)埋件,使預(yù)埋件軸線垂直于測量表面。
4監(jiān)測實例
4.1地質(zhì)觀察綜述
隧道基巖為燕山晚期侵入花崗巖,節(jié)理裂隙發(fā)育且交錯分布,開挖面局部地段為薄層砂土狀強(qiáng)風(fēng)化巖與中風(fēng)化巖互層,局部夾中厚層,上部巖層稍厚,為碎裂狀、塊狀構(gòu)造,掌子面局部有裂隙水滲出。
已完成初期護(hù)段,噴層表面無裂縫,無裂隙及剝離現(xiàn)象,有鋼格柵段格柵無壓曲現(xiàn)象,洞身兩側(cè)無底鼓現(xiàn)象,噴射砼表面局部有少量裂隙水滲出。
4.2地表沉降
從監(jiān)測結(jié)果來看,洞口地表沉降所監(jiān)測的K3+455斷面地表沉降變化較大,日均變化基本在25~75mm之間,其余監(jiān)測斷面及測點變化均較小,均在07~46mm之間波動,相對收斂量0007%~006%,參照奧地利J.Golser博士對地表沉陷的建議來看,沉降值在允許值范圍以內(nèi),且較掘進(jìn)初期的位變速率有明顯的降低,表明隨著隧道掘進(jìn)的深入,目前地表變形及位移已經(jīng)逐漸趨入穩(wěn)定。K3+455斷面與K3+468斷面地表沉降監(jiān)測曲線圖如圖5所示。
4.3收斂及拱頂下沉
從YK3+425斷面和YK3+430收斂及拱頂下沉曲線來看,a、b線及拱頂下沉累計收斂值在03~25mm之間,相對收斂量0007%,變位速率在001mm/d左右,符合《錨桿噴射砼支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(GBJ86-85)關(guān)于Ⅲ級別圍巖洞周容許相對收斂量的規(guī)定,同時各條曲線斜率隨時間有變小趨勢,表明隨著掘進(jìn)的深入,其收斂速度逐漸降低,對洞口拱門段的擾動逐漸減小。目前階段洞內(nèi)圍巖變位速率01mm/d左右,說明施工對洞門處的影響仍然存在,但是拱門段變形及位移基本已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定。K3+425斷面與K3+430周邊收斂及拱頂沉降監(jiān)測曲線圖如圖6所示。
5結(jié)語
實踐證明,現(xiàn)場監(jiān)控量測能夠及時、準(zhǔn)確地預(yù)測和評估施工對地層、支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的影響程度,同時綜合各種信息進(jìn)行預(yù)警和報警,充分發(fā)揮第三方監(jiān)測的綜合技術(shù)優(yōu)勢,結(jié)合施工、地質(zhì)情況對監(jiān)測成果進(jìn)行充分、深入分析,必要時對設(shè)計和施工提出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整建議,使監(jiān)測工作真正發(fā)揮優(yōu)化設(shè)計和反饋指導(dǎo)施工的作用,而不是僅僅滿足于收集資料和提交報表,進(jìn)而對可能出現(xiàn)的各種突發(fā)情況提出建議措施,提高信息化施工水平。為今后同類隧道設(shè)計與施工積累了第一手資料,還可以節(jié)省投資,達(dá)到科學(xué)設(shè)計和施工的目的。
2014年9月綠色科技第9期參考文獻(xiàn):
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