■常明月 汪敏

（廣東核力工程勘察院廣東廣州510800）

地鐵勘察中針對(duì)影響地鐵圍巖穩(wěn)定性的勘察方法

■常明月 汪敏

（廣東核力工程勘察院廣東廣州510800）

城市化建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市人口的急劇增長(zhǎng)，使得我國(guó)城市交通建設(shè)發(fā)展越來(lái)越快,地鐵方案在城市交通建設(shè)中日益引起重視,不同長(zhǎng)度、不同類型的地鐵大量涌現(xiàn),傳統(tǒng)設(shè)計(jì)施工方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實(shí)的施工要求,因此,利用數(shù)值計(jì)算來(lái)進(jìn)行地鐵設(shè)計(jì)施工并及時(shí)總結(jié)和研究地鐵施工和監(jiān)控技術(shù),對(duì)經(jīng)濟(jì)地、高質(zhì)量地建設(shè)城市地鐵是十分必要。本文對(duì)此進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。

地鐵 勘察 圍巖 穩(wěn)定性

地鐵隧道圍巖體變形是與多種因素有關(guān)的變形，它既有時(shí)間效應(yīng)，又有空間效應(yīng)，既與隧道所處的位置有關(guān)，更與地質(zhì)、施工方法、量測(cè)技術(shù)等條件密切相關(guān)。對(duì)于其穩(wěn)定性的勘察決定著地鐵的安全有序的運(yùn)行，對(duì)我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展具有十分積極的意義。

1　地鐵隧道圍巖穩(wěn)定性的影響因素

1.1地質(zhì)因素的影響

隧道圍巖的分級(jí)是對(duì)隧道開挖后圍巖穩(wěn)定程度的分級(jí)和評(píng)價(jià)。構(gòu)成圍巖分級(jí)的前提是大量的隧道工程實(shí)踐，在歸納、統(tǒng)計(jì)分析類似地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，通過(guò)定量和定性確定影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素，就得到隧道圍巖的分級(jí)。因此，圍巖分級(jí)的因素，也就是影響隧道圍巖穩(wěn)性的因素影響坑道圍巖穩(wěn)定性的因素一般認(rèn)為有兩類，一類是客觀存在的地質(zhì)因素，另一類是設(shè)計(jì)和施工因素(或稱為人為因素)。結(jié)構(gòu)狀態(tài)的完整程度或破碎狀態(tài)，在一定程度上是表征巖土體受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用的嚴(yán)重程度。因此，在各種分級(jí)方法中，都把巖體的破碎程度作為分類的基礎(chǔ)指標(biāo)。

1.2隧道工程性質(zhì)的影響

隧道工程性質(zhì)的影響，根據(jù)以往的研究，可總結(jié)為如下幾點(diǎn)：

（1）隧洞斷面的幾何尺寸。洞室跨度、矢跨比、覆跨比、斷面面積及洞室高度等都有影響，其中洞室跨度的影響最大。

（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)類型。不同支護(hù)結(jié)構(gòu)類型的支護(hù)承載能力不同，其影響也同。

（3）隧洞施工方法。開挖方式不同，如機(jī)械式開挖(盾構(gòu)法施工)或鉆爆法施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)程度不同，全斷面開挖與分部開挖對(duì)圍巖的影響也不同，因此施工方法對(duì)洞室的穩(wěn)定性影響也較大。

1.3隧道圍巖性質(zhì)的影響

（1）巖體的結(jié)構(gòu)類型。巖體工程性質(zhì)的好壞，在很大程度上取決于受到各種地質(zhì)因素和地質(zhì)條件影響而形成的各種軟弱結(jié)構(gòu)面(即節(jié)理)和結(jié)構(gòu)面間的填充物以及它們本身的空間分布狀態(tài)，包括結(jié)構(gòu)面的組數(shù)、間距及巖體單位體積中的節(jié)理數(shù)。

（2）地下水。地下水的影響主要是弱化圍巖的工程性質(zhì)，通過(guò)水力的、物理的及化學(xué)的作用形式實(shí)現(xiàn)，將增加支護(hù)結(jié)構(gòu)上的支承壓力，降低圍巖強(qiáng)度，造成圍巖變形及失穩(wěn)破壞。

（3）圍巖巖石的力學(xué)強(qiáng)度。強(qiáng)度較高的硬巖其穩(wěn)定性明顯好于軟質(zhì)巖石。

（4）地應(yīng)力。原始地應(yīng)力越大，結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定。

2　地鐵隧道圍巖穩(wěn)定性監(jiān)控量測(cè)技術(shù)

監(jiān)控量測(cè)技術(shù)是新奧法施工的核心，也是監(jiān)視圍巖穩(wěn)定性，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)與施工是否正確合理及安全的重要手段。監(jiān)控設(shè)計(jì)通常包括兩個(gè)階段：初始設(shè)計(jì)階段和修正設(shè)計(jì)階段。初始設(shè)計(jì)階段一般應(yīng)用工程類比的方法或理論計(jì)算方法進(jìn)行。修正設(shè)計(jì)則應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)所得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析或力學(xué)運(yùn)算而得到最終設(shè)計(jì)參數(shù)與施工對(duì)策。監(jiān)控設(shè)計(jì)的流程如圖1所示。

圖1　監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)流程圖Fig.1MonitoringandMeasurementflowchart

我國(guó)隧道的設(shè)計(jì)，越來(lái)越多的采用了復(fù)合式襯砌型式。復(fù)合式襯砌一般由錨噴支護(hù)和模注混凝土襯砌兩部分組成。為了及時(shí)掌握施工中圍巖穩(wěn)定程度與支護(hù)受力、變形的力學(xué)動(dòng)態(tài)或信息，以判斷設(shè)計(jì)與施工的安全與經(jīng)濟(jì)，必須將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目列入施工組織計(jì)劃，并且在施工中認(rèn)真實(shí)施。為使監(jiān)控量測(cè)充分發(fā)揮技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，要求設(shè)計(jì)、施工單位編制切實(shí)可行的監(jiān)控量測(cè)計(jì)劃。測(cè)點(diǎn)間距和施測(cè)頻率按有關(guān)規(guī)定和施工條件確定，并應(yīng)及時(shí)反饋到設(shè)計(jì)、施工中去，以對(duì)初期支護(hù)，二次襯砌以及施工方法做出修正。

2.1監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)的布置

2.1.1監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)包括隧道洞內(nèi)目測(cè)觀察、凈空收斂量測(cè)、拱頂下沉量測(cè)、錨桿拉拔力、錨桿軸向力、噴層應(yīng)力、鋼拱架應(yīng)力、圍巖內(nèi)變位、巖體的物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定等測(cè)試項(xiàng)目的綜合程序。量測(cè)項(xiàng)目根據(jù)其重要程度可分為必測(cè)項(xiàng)目(A類量測(cè))、選測(cè)項(xiàng)目(B類量測(cè))：

A類量測(cè)：A類量測(cè)是必須進(jìn)行的常規(guī)測(cè)量，是判斷圍巖穩(wěn)定狀態(tài)、判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工的經(jīng)常性量測(cè)，是新奧法監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)項(xiàng)目。A類量測(cè)主要包括隧道洞內(nèi)目測(cè)觀察、洞壁收斂量測(cè)、拱頂下沉量測(cè)、錨桿抗拉拔力量測(cè)等項(xiàng)目。這類量測(cè)方法簡(jiǎn)單、費(fèi)用少，但對(duì)修改設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工所起的作用卻非常大。

B類量測(cè)：B類量測(cè)是對(duì)一些具有特殊意義和具有代表性意義的區(qū)段進(jìn)行的補(bǔ)充量測(cè)，是以判斷隧道圍巖松動(dòng)狀態(tài)、噴錨支護(hù)效果和為以后設(shè)計(jì)積累資料為目的的量測(cè)。這類量測(cè)主要包括錨桿軸向力、噴層應(yīng)力、鋼拱架應(yīng)力、圍巖內(nèi)部位移、地表下沉、隧道內(nèi)彈性波速測(cè)定、巖體物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定等項(xiàng)目。在本論文的隧道施工過(guò)程中，根據(jù)隧道工程的地質(zhì)條件、圍巖類別、跨度、埋深、開挖方法、支護(hù)類型等因素，做了如下監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目：隧道內(nèi)目測(cè)觀察、洞壁收斂量測(cè)、拱頂下沉量測(cè)、錨桿抗拉拔力量測(cè)、錨桿軸向力、噴層應(yīng)力、鋼拱架應(yīng)力、圍巖內(nèi)部位移、地表下沉等。

2.1.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置以及監(jiān)控量測(cè)的方法如下：拱頂沉降（位移）和周邊位移收斂量測(cè)拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置：拱頂沉降與周邊位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)在同一斷面。拱頂下沉主要用于確認(rèn)圍巖的穩(wěn)定性。在每個(gè)量測(cè)斷面的拱頂埋設(shè)一自制的倒三角形測(cè)樁。埋設(shè)前，先用小型鉆機(jī)在待測(cè)部位成孔，然后將預(yù)埋件放入，并用混凝土填塞，待混凝土凝固后即可量測(cè)。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)位移變化的監(jiān)測(cè)，測(cè)定施工引起拱頂位移變化。周邊位移測(cè)點(diǎn)布置：隧道周邊位移量測(cè)是最基本的主要量測(cè)項(xiàng)目之一。與拱頂下沉點(diǎn)布置在同一斷面。埋設(shè)測(cè)點(diǎn)時(shí)，先在測(cè)點(diǎn)處用人工挖孔或用鑿巖機(jī)開挖孔，在孔中填滿水泥砂漿后插入收斂預(yù)埋件，盡量使兩預(yù)埋件軸線在基線方向上，上好保護(hù)帽，待砂漿凝固后即可量測(cè)。測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

2.1.3監(jiān)控量測(cè)的儀器：精密水準(zhǔn)儀，收斂計(jì)。

2.1.4監(jiān)控量測(cè)的注意事項(xiàng)：

（1）觀測(cè)應(yīng)在儀器檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行，且避免在測(cè)站和標(biāo)尺有振動(dòng)時(shí)進(jìn)行；

（2）盡量選擇在每一天同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行觀測(cè)；

（3）觀測(cè)堅(jiān)持四固定原則，即：施測(cè)人員固定，測(cè)站位置固定，測(cè)量延續(xù)時(shí)間固定，施測(cè)順序固定。

2.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集

當(dāng)測(cè)點(diǎn)布置好后即可通過(guò)各種量測(cè)儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集工作。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集工作應(yīng)有兩名專職人員負(fù)責(zé)，測(cè)取的讀數(shù)記錄在預(yù)先設(shè)計(jì)好的原始記錄表中，每個(gè)數(shù)據(jù)至少測(cè)讀兩次，同時(shí)記錄下當(dāng)時(shí)的施工情況，還要量測(cè)監(jiān)測(cè)斷面距掌子面的距離，及本次量測(cè)的具體日期和時(shí)間，最后原始記錄表中要有兩名測(cè)試人員的簽名。為了滿足分析數(shù)據(jù)的需要，參考規(guī)范中的要求，采集數(shù)據(jù)的頻率如表1所示。

3　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地鐵隧道在不同圍巖特征的巖層中通過(guò)，其變形是各不相同的，因而必然影響隧道變形及隧道的穩(wěn)定性。這就要求技術(shù)人員應(yīng)該綜合分析各方面的影響因素，采取有效的勘察技術(shù)，確保圍巖的穩(wěn)定性，確保地鐵運(yùn)行的安全性與有序性。

圖2　監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.2LayoutofMonitoringsectionsandmeasuringpoints

表格1數(shù)據(jù)采集表格Tab.1Theformofdatacollection

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U231+.1[文獻(xiàn)碼]B

1000～405X（2016）～4～485～2