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        公路隧道拱頂下沉量測技術(shù)探討

        2015-08-05 02:33:20
        黑龍江交通科技 2015年3期
        關(guān)鍵詞:測數(shù)據(jù)全站儀拱頂

        劉 劍

        (河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院試驗(yàn)檢測室)

        隧道是一種特殊的工程結(jié)構(gòu)體系。隧道一經(jīng)開挖,其中所包圍的原狀力學(xué)體系便被打破,四周原有的受力狀態(tài)已經(jīng)改變。隨著開挖斷面增大或者深度的增長,這種改變也將不斷地延續(xù)。在支護(hù)敷設(shè)后的一段時(shí)間內(nèi),雖然受力狀態(tài)已發(fā)生改變,但是支護(hù)與圍巖體之間力的作用還沒有達(dá)到最終平衡。隨著時(shí)間的推移,根據(jù)得到的信息對支護(hù)再作若干變動(dòng),這種受力狀態(tài)的改變才逐漸停止,支護(hù)與圍巖體間力的作用體系逐漸達(dá)到最終平衡。

        隧道拱頂內(nèi)壁的絕對下沉量稱為拱頂下沉值,單位時(shí)間內(nèi)拱頂下沉值稱為拱頂下沉速度。拱頂下沉量測屬于位移量測,對于埋深較淺、固結(jié)程度低的地層,水平成層的場合,這項(xiàng)量測尤為重要,其量測數(shù)據(jù)是確認(rèn)圍巖的穩(wěn)定性,判斷支護(hù)效果,指導(dǎo)施工工序,預(yù)防工地崩塌,保證施工質(zhì)量和安全最基本的資料。

        1 量測方法

        1.1 精密水準(zhǔn)法

        精密水準(zhǔn)法多采用精密水準(zhǔn)儀和銦鋼掛尺,在拱頂掛立標(biāo)尺進(jìn)行測讀。圖1 為精密水準(zhǔn)法拱頂下沉觀測示意圖。

        圖1 精密水準(zhǔn)法拱頂下沉觀測示意圖

        當(dāng)拱頂過高時(shí),立標(biāo)尺就要采用架子,測試工作不安全,也很不方便,還干擾施工。為此,可先在拱頂埋設(shè)掛鉤,再用魚竿將鋼尺掛在拱頂?shù)膾煦^上。計(jì)算方法是通過前后兩次拱頂測點(diǎn)的高差來求拱頂?shù)淖兾恢?。假定? 次拱頂高程為h1,第2 次拱頂高程為h2,拱頂位移值△h= h1-h(huán)2,若△h >0,則拱頂下沉,若△h <0,則拱頂上移。

        1.2 全站儀法

        當(dāng)采用拱部留核心土環(huán)形開挖時(shí),測量空間較小,用精密水準(zhǔn)法比較困難。這時(shí)可以采用由全站儀與反射膜片來監(jiān)測隧道拱頂下沉。為了保證測量精度,要求全站儀的測角精度在2″以內(nèi),測距精度為±2 mm 以內(nèi)。圖2 為全站儀法拱頂下沉觀測示意圖。

        圖2 全站儀法拱頂下沉觀測示意圖

        2 量測要求

        2.1 監(jiān)測斷面的設(shè)置

        監(jiān)測斷面必須盡量靠近開挖工作面,但太近會(huì)造成開挖爆破下的碎石砸壞測樁,太遠(yuǎn)又會(huì)漏掉該量測斷面開挖后的變位值,因此,測點(diǎn)應(yīng)距開挖面2 m 的范圍內(nèi)盡快安設(shè),并保證爆破后24 h 內(nèi)或下一次爆破前測讀初次讀數(shù)?!豆匪淼朗┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》對監(jiān)控?cái)嗝嬖O(shè)置的規(guī)定比較寬泛,由于公路隧道的斷面普遍比鐵路隧道要大,因此,在公路隧道施工監(jiān)控的斷面設(shè)置時(shí),常參考《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》中對監(jiān)控?cái)嗝骈g距的設(shè)置要求,即:Ⅴ~Ⅵ級圍巖斷面間距為5~10 m,Ⅳ級圍巖斷面間距為10~30 m,Ⅲ級圍巖斷面間距為30~50 m,Ⅱ級圍巖視具體情況確定間距。

        2.2 檢測頻率

        拱頂下沉的監(jiān)測頻率按表1 和表2 確定,取兩者之間的大值,施工狀況發(fā)生變化時(shí)(開挖下臺(tái)階、仰拱或撤除臨時(shí)支護(hù)等),應(yīng)增加監(jiān)測頻率。

        表1 拱頂下沉的量測頻率(按位移速度)

        表2 拱頂下沉的量測頻率(按距開挖面距離)

        3 數(shù)據(jù)處理

        由于現(xiàn)場量測所得的原始數(shù)據(jù),不可避免地具有一定的離散性,其中包含著測量誤差甚至測量錯(cuò)誤。不經(jīng)過整理和數(shù)學(xué)處理的量測數(shù)據(jù)難以直接利用。

        以時(shí)間為橫坐標(biāo)、位移為縱坐標(biāo),標(biāo)出由量測值確定的各對應(yīng)的實(shí)測點(diǎn),根據(jù)實(shí)測點(diǎn)描繪出光滑的試驗(yàn)曲線。根據(jù)所描繪的試驗(yàn)曲線形狀選擇回歸函數(shù)。一般來說,位移時(shí)態(tài)曲線都是非線性的。在位移隨時(shí)間漸趨穩(wěn)定的情況下,可選擇常用的對數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)或雙曲線函數(shù)。函數(shù)中的待定系數(shù)可以按量測數(shù)據(jù),通過最小二乘法求得。設(shè)有一組實(shí)測數(shù)據(jù):t1、t2、t3…、ti…、tn,u1、u2、u3…、ui…、un。選擇雙曲線函數(shù)公式為u=t/(A +Bt)作為回歸函數(shù),求A、B 值。由于上述函數(shù)是非線性的,通常都需先將其線性化。如將式改寫1/u=A/t+B,令y=1/u,x =1/t,則得:y =Ax +B,則各試驗(yàn)點(diǎn)與它的偏差為di=Axi+B-yi=A/ti+B-1/ui;根據(jù)最小二乘法原理,A、B 應(yīng)滿足下面條件。

        4 結(jié) 語

        拱頂下沉量測屬于隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測的必測項(xiàng)目,其量測數(shù)據(jù)對于指導(dǎo)施工、保證施工安全具有很重要的意義,因此,要求我們量測人員必須本著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木襁M(jìn)行量測,同時(shí),在工作中要不斷的總結(jié),更好的完善這項(xiàng)技術(shù)。

        [1]公路隧道施工技術(shù)規(guī)程(JTG F60-2009)[S].

        [2]鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程(TB 10121-2007/J 721-2007)[S].

        [3]李曉紅.隧道新奧法及其量測技術(shù)[M].科學(xué)出版社.

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