李熙乾 韓鵬程 譚聰睿 楊貴崇

監(jiān)控量測(cè)在TBM施工洞段中的應(yīng)用

李熙乾 韓鵬程 譚聰睿 楊貴崇

隨著TBM在我國(guó)隧洞開挖過程中的廣泛應(yīng)用，為了確保施工安全及對(duì)設(shè)計(jì)理論上的工程特性指標(biāo)進(jìn)行比較，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)，判定設(shè)計(jì)的合理程度，為修正支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方案反饋信息，使支護(hù)措施切實(shí)達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理，要進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。通過對(duì)HJ隧道工程初期各巖性、各類圍巖的量測(cè)資料進(jìn)行詳細(xì)的分析，總結(jié)出適用于本工程的回歸函數(shù)，對(duì)其變化規(guī)律進(jìn)行認(rèn)真的總結(jié)，以期更好地指導(dǎo)工程的施工。

TBM施工 監(jiān)控量測(cè) 施工安全

1 工程概況

1.1 地形地貌

HJ隧道工程沿線所穿越的地形地貌主要為長(zhǎng)白山南延龍崗山脈侵蝕斷褶中低山地形，山巒疊嶂，溝壑密布，山頂多為尖頂狀，植被發(fā)育。本工程洞室埋深較大，其中洞室埋深超過600 m的占13%，洞室埋深超過300 m的占55%（主要集中于隧洞的前段及中段），洞室埋深超過100 m的占97.7%，洞室埋深小于50 m的僅占0.3%。

1.2 地層巖性及構(gòu)造

出露的地層包括了元古界、中生界、新生界地層，巖性上包括了火成巖、變質(zhì)巖及沉積巖三大巖體，具體包括：（1）安山巖、含礫巖屑凝灰?guī)r、酸性熔巖、礫巖、火山角礫巖、角礫熔巖、紫紅色凝灰?guī)r（侏羅系果松組（J3g）及林子頭組（J3lz）火山噴出巖及碎屑巖系）；（2）混合巖化淺粒巖、黑云變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖（Pt1x）；（3）灰白色石英砂巖（Qb2d）；（4）侵入巖：巨斑狀花崗巖（Pt1S）、花崗斑巖（Jγπ）、花崗巖（J3γ）、晶洞鉀長(zhǎng)花崗巖（Kγο）、白崗花崗巖及花崗斑巖（Kγπ）。隧道沿線穿越15條較大規(guī)模斷層。

2 量測(cè)工作概述

2.1 量測(cè)儀器及精度

圍巖變形量測(cè)采用JSS30A型系列數(shù)顯收斂計(jì)。其主要性能指標(biāo)見表1。

2.2 量測(cè)斷面布置與安裝

2.2.1 量測(cè)斷面布置和測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)招投標(biāo)文件及監(jiān)理實(shí)施細(xì)則的要求，Ⅳ、Ⅴ類圍巖收斂觀測(cè)按不大于3倍的洞寬布置1個(gè)觀測(cè)斷面，Ⅲ類圍巖按不大于5倍的洞寬布置，采用三點(diǎn)三線法，對(duì)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖拱頂及邊墻進(jìn)行收斂變形量測(cè)。斷面測(cè)點(diǎn)布置詳見圖1。

表1 JSS30A型系列數(shù)顯收斂計(jì)主要特性參數(shù)

圖1 測(cè)點(diǎn)布置圖

2.2.2 測(cè)點(diǎn)制做、安裝

測(cè)點(diǎn)拉環(huán)，采用Φ6 mm光圓鋼筋，測(cè)點(diǎn)錨桿采用Φ18 mm螺紋鋼筋長(zhǎng)度225 mm。加工、安裝見圖2，測(cè)點(diǎn)拉環(huán)采用Φ6 mm的光圓鋼筋。

2.3 量測(cè)頻率

拱頂下沉量與凈空水平收斂量量測(cè)采用相同頻率，施工量測(cè)頻率見表2。

圖2 收斂測(cè)點(diǎn)加工安裝圖（單位：mm）

表2 施工量測(cè)頻率

3 數(shù)據(jù)處理及圍巖位移變化規(guī)律

根據(jù)收集TBM已掘進(jìn)洞段某樁號(hào)處圍巖實(shí)測(cè)原始收斂數(shù)據(jù)（見表3），分析整理計(jì)算出收斂變形速率，利用EXCEL形成收斂變形觀測(cè)位移時(shí)態(tài)散點(diǎn)曲線（見圖3）

一般選用指數(shù)函數(shù)對(duì)實(shí)測(cè)關(guān)系曲線進(jìn)行回歸計(jì)算，如若不能做出判斷可分別進(jìn)行回歸計(jì)算，取曲線擬合最優(yōu)者。

指數(shù)函數(shù)u=ae-b/t

式中a、b——回歸常數(shù)；

t——初讀數(shù)后的時(shí)間，d；

u——位移值，mm。

將此負(fù)指數(shù)方程兩邊取對(duì)數(shù)，即：lnu=lnA+ (-B/t)，則變成了lnu和1/t的線性函數(shù)，可利用EXCEL工具欄中添加趨勢(shì)線，求出方程和相關(guān)系數(shù)，求出A、B值，進(jìn)而推出圍巖收斂變形回歸方程。

現(xiàn)采用指數(shù)函數(shù)對(duì)實(shí)測(cè)關(guān)系曲線進(jìn)行回歸計(jì)算，得回歸方程如下。

測(cè)線AB：

u=4.265 6e-1.0704/t；相關(guān)系數(shù)R2=0.979 6。測(cè)線AC：

u=4.002 6e-1.2580/t；相關(guān)系數(shù)R2=0.985 9。測(cè)線BC：

u=4.367 9e-1.0225/t；相關(guān)系數(shù)R2=0.979 5。Δh：

u=3.511 0e-1.2420/t；相關(guān)系數(shù)R2=0.985 3。

表3 收斂變形及變形速率

圖3 收斂變形觀測(cè)位移時(shí)態(tài)散點(diǎn)曲線

由回歸方程推求最終位移量。

由測(cè)線AB回歸曲線：

u=4.265 6e-1.0704/t；取t=∞，得最終位移值u= 4.27 mm。

由測(cè)線AC回歸曲線：

u=4.002 6e-1.2580/t；取t=∞，得最終位移值u= 4.00 mm。

由測(cè)線BC回歸曲線：

u=4.367 9e-1.0225/t；取t=∞，得最終位移值u= 4.38 mm。

由Δh回歸曲線：

u=3.511 0e-1.2420/t；取t=∞，得最終位移值u= 3.51 mm。

現(xiàn)將圍巖觀測(cè)位移值和回歸分析后最終位移值對(duì)比，觀測(cè)斷面處的位移值相對(duì)值均達(dá)到總相對(duì)位移量的90%以上。數(shù)據(jù)對(duì)比詳見表4。

表4 圍巖觀測(cè)值與回歸分析最終位置值對(duì)比表mm

4 圍巖穩(wěn)定和支護(hù)結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)分析

利用回歸方程，進(jìn)行圍巖穩(wěn)定和支護(hù)結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)分析。利用回歸方程的二階導(dǎo)數(shù)狀態(tài)（即通常所說的變形加速度），來進(jìn)行判斷。

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