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        隧道穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)在施工中的實(shí)施方法

        2016-11-29 08:50:21胡林翼
        公路與汽運(yùn) 2016年5期
        關(guān)鍵詞:拱頂測(cè)點(diǎn)斷面

        胡林翼

        (湖南省馬安高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司,湖南長(zhǎng)沙 410011)

        隧道穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)在施工中的實(shí)施方法

        胡林翼

        (湖南省馬安高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司,湖南長(zhǎng)沙 410011)

        結(jié)合隧道施工監(jiān)控測(cè)量經(jīng)驗(yàn),從監(jiān)測(cè)斷面和測(cè)點(diǎn)布置,周邊收斂、拱頂下沉、地表沉降等數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理方面分析了監(jiān)控測(cè)量在隧道施工中的實(shí)施方法,以及時(shí)判斷隧道圍巖的穩(wěn)定狀況并確定支護(hù)方案,確保隧道施工的順利進(jìn)行和安全。

        隧道;監(jiān)控測(cè)量;穩(wěn)定性

        由于地質(zhì)環(huán)境具有很大不確定性,隧道圍巖的變化錯(cuò)綜復(fù)雜,加上開挖方式多樣,可能導(dǎo)致隧道施工過程中出現(xiàn)坍塌、冒頂、突水、涌沙等現(xiàn)象,甚至在隧道建成后出現(xiàn)滲漏及變形等質(zhì)量問題。因此,在隧道施工過程中進(jìn)行隧道穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)和分析對(duì)隧道安全穩(wěn)定具有重要意義。

        1 隧道施工監(jiān)控測(cè)量的實(shí)施

        監(jiān)控測(cè)量應(yīng)貫穿隧道施工全過程,監(jiān)測(cè)內(nèi)容有必測(cè)項(xiàng)目、選測(cè)項(xiàng)目?jī)纱箢?。必測(cè)項(xiàng)目是指為確保圍巖穩(wěn)定、判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)而必須經(jīng)常性測(cè)量的項(xiàng)目,包括周邊收斂、拱頂下沉、隧道內(nèi)目測(cè)觀察等,對(duì)指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工有巨大作用;選測(cè)項(xiàng)目是對(duì)一些具有代表性的區(qū)段進(jìn)行補(bǔ)充監(jiān)測(cè),視具體情況主要包括地表下沉、圍巖壓力、鋼支撐內(nèi)力等。

        1.1監(jiān)控測(cè)量斷面的布置

        隧道監(jiān)控測(cè)量的必測(cè)項(xiàng)目如周邊收斂、拱頂下沉、凈空變化等的測(cè)點(diǎn)原則上需設(shè)置在同一斷面,測(cè)量斷面間距及測(cè)點(diǎn)數(shù)量根據(jù)實(shí)際情況按表1確定。

        表1 必測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)斷面布置間距和測(cè)點(diǎn)數(shù)量

        同一處拱頂下沉、周邊收斂測(cè)量應(yīng)設(shè)在同一斷面,以便于相互印證,斷面布點(diǎn)見圖1。拱頂及地表下沉測(cè)量基點(diǎn)應(yīng)與洞內(nèi)、外水準(zhǔn)基點(diǎn)建立測(cè)量體系。

        圖1?、跫?jí)圍巖測(cè)量斷面布點(diǎn)示意圖

        隧道淺埋地段下沉測(cè)點(diǎn)布置要求:1)應(yīng)布置在隧道中心及兩側(cè)間距2~5 m處;2)應(yīng)布置在隧道開挖影響范圍以外,隧道中間附近應(yīng)適當(dāng)加密;3)每個(gè)斷面設(shè)7~11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。地表沉降監(jiān)控?cái)嗝姹O(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見2。

        圖2?、跫?jí)圍巖測(cè)量斷面布點(diǎn)示意圖(單位:m)

        1.2地表沉降的監(jiān)測(cè)

        通過水準(zhǔn)基點(diǎn)對(duì)地表沉降量進(jìn)行測(cè)量,需注意的是同一工程每段都應(yīng)使用同樣的水準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)方法,在不受影響的地方用電錘鉆孔,下設(shè)150φ12鋼筋,澆筑水泥,露出2mm鋼筋頭。

        在地表下沉量未達(dá)到穩(wěn)定要求、隧道襯砌施作未完成前需一直進(jìn)行地表沉降量監(jiān)測(cè),后續(xù)監(jiān)測(cè)要根據(jù)前幾次監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行,觀測(cè)值變化較大時(shí)需加強(qiáng)觀測(cè)。觀測(cè)中應(yīng)注意地表沉降量與拱頂下沉和凈空變化的關(guān)系,盡量保持三者測(cè)量頻次相同(見表2)。按照國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量要求(必要時(shí)采用三等水準(zhǔn)測(cè)量要求),確定基準(zhǔn)高度后用精密水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺配合進(jìn)行監(jiān)測(cè)。需一站測(cè)量,不能轉(zhuǎn)換觀測(cè)站,每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量3次,取平均值作為監(jiān)測(cè)結(jié)果。

        表2 地表下沉監(jiān)測(cè)頻率

        1.3拱頂下沉的監(jiān)測(cè)

        采用新奧法施工時(shí)需對(duì)拱項(xiàng)下沉量進(jìn)行觀測(cè),以定量衡量拱頂圍巖穩(wěn)定程度。通常情況下需在拱軸線位置設(shè)置拱頂下沉觀測(cè)點(diǎn),跨度較大的隧道需在拱部設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)。測(cè)量?jī)x器包括水準(zhǔn)儀與鋼掛尺或全站儀配合操作。水準(zhǔn)儀放置在拱頂觀測(cè)點(diǎn)之下、標(biāo)準(zhǔn)高程點(diǎn)之上。對(duì)鋼尺需進(jìn)行調(diào)平,調(diào)平后記下鋼尺度數(shù)(前視鋼尺度數(shù))H1,再在張拉力相同的情況下記下后視鋼卷尺的度數(shù)H2,拱頂測(cè)量點(diǎn)高程為H0+H1+H2(H0為標(biāo)準(zhǔn)高程點(diǎn)的高程)。前后兩次測(cè)量的拱頂高程差為該時(shí)間段的拱頂下降量,即拱頂沉降量。隧道拱頂下沉測(cè)量方法見圖3。

        圖3 拱頂沉降監(jiān)控測(cè)量方法示意圖

        如果隧道的斷面較大,拱頂較高,不能使用水準(zhǔn)儀與鋼掛尺,最好使用全站儀進(jìn)行測(cè)量。在拱頂預(yù)埋下沉觀測(cè)點(diǎn),布置φ22鋼筋,鋼筋在支護(hù)面外露2 cm,鋼筋頭保持平整。沉降觀測(cè)站可自由建立,高程測(cè)量不計(jì)算儀器高度,但觀測(cè)站后視讀數(shù)應(yīng)至少有2個(gè)高程基準(zhǔn)點(diǎn)參照。

        拱頂沉降的測(cè)量頻率與收斂點(diǎn)相同,如果按表3、表4所示頻次進(jìn)行觀測(cè)時(shí)偏差較大或觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常甚至達(dá)到報(bào)警指標(biāo),則應(yīng)提高觀測(cè)頻率,穩(wěn)定后方可降低頻率;若觀測(cè)時(shí)遇到膨脹性與擠壓性圍巖,則應(yīng)定期觀測(cè)位移量,如其位移沒有消減趨勢(shì),還應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)周期。

        表3 拱頂下沉測(cè)量頻率(按位移速度)

        表4 拱頂下沉測(cè)量頻率(按與開挖面的距離)

        1.4周邊收斂的監(jiān)測(cè)

        周邊收斂監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能直接反映隧道周圍的變化,為隧道提供更加可靠的地質(zhì)信息;根據(jù)速度變化可判斷圍巖是否穩(wěn)定,為襯砌提供合理支撐時(shí)機(jī)。在隧道周邊、拱腰和邊墻部位分別埋設(shè)測(cè)樁,樁深31 cm,直徑約43 cm,采用JSS30A型數(shù)顯式收斂?jī)x采集收斂值。

        2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理

        施工過程中難免會(huì)出現(xiàn)偶然誤差,使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生離散,需進(jìn)行數(shù)學(xué)處理,找出其一般規(guī)律和數(shù)學(xué)表達(dá)式,為監(jiān)控設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)提供可靠信息。

        2.1實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)回歸分析

        常采用對(duì)數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和雙曲線函數(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析。對(duì)數(shù)函數(shù)的表達(dá)式為:指數(shù)函數(shù)的表達(dá)式為:

        雙曲函數(shù)的表達(dá)式為:

        式中:u為位移值(mm);t為初讀數(shù)后的時(shí)間(d);A、B為回歸常數(shù)。

        在數(shù)據(jù)回歸分析中將各種測(cè)量數(shù)據(jù)相互印證,以確定測(cè)量結(jié)果的可靠性,并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化規(guī)律,使用較理想的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,選擇一組與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)系列性擬合較好的回歸函數(shù)對(duì)最終值或變化速率進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)。

        2.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用

        在隧道監(jiān)測(cè)中,數(shù)據(jù)測(cè)量及數(shù)據(jù)分析、整理、反饋等環(huán)節(jié)極為重要。每次測(cè)量之后,根據(jù)所得結(jié)果繪制圖像。在繪圖初期,利用圖形進(jìn)行回歸分析,根據(jù)圖像的變化預(yù)測(cè)應(yīng)該出現(xiàn)的最值及相關(guān)速度變化。若發(fā)現(xiàn)圖像出現(xiàn)異?,F(xiàn)象,應(yīng)及時(shí)采取加厚噴層、增加密度、加長(zhǎng)錨桿等加固措施。

        根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),通過回歸分析得出位移值,對(duì)照表5、表6綜合判定隧道的穩(wěn)定程度,確定變形管理等級(jí),以指導(dǎo)施工。

        表5 跨度B≤7 m隧道初期支護(hù)極限相對(duì)位移

        表6 跨度7 m<B≤12 m隧道初期支護(hù)極限相對(duì)位移

        根據(jù)位移時(shí)態(tài)曲線(見圖4)的形態(tài)判別和分析圍巖的穩(wěn)定情況:當(dāng)d u2/d2t<0時(shí),圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài),圍巖位移速率不斷下降;當(dāng)d u2/d2t=0時(shí),圍巖處于不穩(wěn)定狀態(tài),圍巖位移速率保持不變,應(yīng)加強(qiáng)支護(hù);當(dāng)d u2/d2t>0時(shí),圍巖進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài),圍巖位移速率不斷上升,必須立即停止掘進(jìn),并加強(qiáng)支護(hù)。

        圖4 位移u-時(shí)間t關(guān)系曲線

        若每天的凈空變化量一直不低于5.0mm,則表明四周的巖石在不斷加速變形,必須對(duì)最初支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化。若每天的凈空變化量不高于0.2mm,則表明四周的巖石基本處于穩(wěn)固狀態(tài)。

        當(dāng)四周的巖石及最初的支護(hù)系統(tǒng)處于基本穩(wěn)固狀態(tài)并符合以下狀況時(shí),可停止測(cè)量:1)隧道四周的收斂速度出現(xiàn)顯著減緩趨勢(shì);2)收斂量不低于總數(shù)的4/5;3)每天的收斂量不大于0.15mm或拱頂位置處每天的變動(dòng)量不大于0.1mm。

        在開鑿過程中,若出現(xiàn)以下任何一種狀況,要馬上停止施工,并及時(shí)進(jìn)行修整:1)隧道四周出現(xiàn)開挖塌方、滑坡及破裂;2)測(cè)量數(shù)據(jù)呈逐漸增長(zhǎng)的變化狀態(tài);3)支護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)較大變化;4)時(shí)態(tài)曲線穩(wěn)定不變。

        二次襯砌的施作要在出現(xiàn)以下狀況時(shí)實(shí)施:1)每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的變化顯著變緩,隧道四周巖石基本處于穩(wěn)定狀態(tài);2)已出現(xiàn)的所有位移不低于其總量的4/5;3)隧道四周每天的位移量不大于0.1~0.2mm或拱頂每天的下沉量不大于0.07~0.10mm。

        3 隧道施工監(jiān)測(cè)的管理

        3.1隧道施工監(jiān)測(cè)組織

        隧道施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控測(cè)量必須嚴(yán)格按照測(cè)量計(jì)劃科學(xué)、有序地進(jìn)行,同時(shí)與其他工序密切配合,確保施工的連續(xù)進(jìn)行。每一工序的預(yù)埋測(cè)點(diǎn)必須穩(wěn)固、醒目、保管妥當(dāng),不可隨便更換和損壞。為滿足該要求,應(yīng)有周密可行的有效措施和制度作保證。

        3.2測(cè)量資料整理

        (1)詳細(xì)記錄每次測(cè)試結(jié)果,同時(shí)記錄周圍的環(huán)境狀況、溫度情況及開鑿程度和施工狀況等,要確保原始記錄的準(zhǔn)確性。

        (2)將測(cè)量數(shù)據(jù)填入相關(guān)表格中,以便掌握測(cè)量信息的變化狀態(tài),有利于分析和比較不同測(cè)量位置、測(cè)量方式的差異。

        (3)測(cè)量完成2 h內(nèi)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,應(yīng)用測(cè)量處理系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)分析和計(jì)算。

        4 結(jié)語

        對(duì)隧道施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施監(jiān)控測(cè)量,尤其是對(duì)那些具有特殊意義及突出性位置實(shí)施監(jiān)測(cè),有利于掌握四周圍巖的穩(wěn)定狀況、支護(hù)系統(tǒng)的力學(xué)動(dòng)態(tài),根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行力學(xué)分析和穩(wěn)定程度評(píng)價(jià),為修改初期支護(hù)參數(shù)和確定二次襯砌施作時(shí)間提供依據(jù),優(yōu)化施工方案,確保隧道施工質(zhì)量和安全。

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        [4] 楊建軍.隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作實(shí)施方法[J].施工技術(shù),2015,44(增刊).

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        U456.3

        A

        1671-2668(2016)05-0230-04

        2016-02-27

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