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        東馬場(chǎng)1#隧道監(jiān)控量測(cè)總結(jié)

        2021-07-05 07:40:50潘寶志
        河南建材 2021年6期
        關(guān)鍵詞:圍巖變形測(cè)量

        潘寶志

        上海同納建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司(200331)

        1 概況

        東馬場(chǎng)1#隧道為左右線(xiàn)分離式隧道,左線(xiàn)樁號(hào)ZK70+180~ZK75+278,全長(zhǎng)共5098m。右線(xiàn)樁號(hào)K70+130~K75+335,全長(zhǎng)5205m。左右幅共計(jì)為10303m。隧道最大埋深613m,穿越程海全新世活動(dòng)發(fā)震斷裂,受其影響較大,隧道區(qū)域內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力大,圍巖破碎軟弱,自穩(wěn)性差。

        東馬場(chǎng)1#隧道變形段地質(zhì):進(jìn)口為侏羅系泥質(zhì)粉砂巖,裂隙發(fā)育,呈碎塊狀,片理化明顯,層間有明顯擦痕,自穩(wěn)性差,鑒定結(jié)果為絹云母泥巖。出口為泥盆系白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r,出現(xiàn)結(jié)晶體、顆粒化、石墨化情況,裂隙發(fā)育,呈碎塊狀,軟弱夾層,自穩(wěn)性差,鑒定結(jié)果為泥質(zhì)板巖。受程海斷裂帶構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)烈作用,進(jìn)出口段均有不同程度的變質(zhì)作用影響。

        馬場(chǎng)1#隧道為左右線(xiàn)分離式隧道,左線(xiàn)樁號(hào)ZK70+180~ZK75+278,全長(zhǎng)共5098m。右線(xiàn)樁號(hào)K70+130~K75+335,全長(zhǎng)5205m。左右幅共計(jì)為10303m。其中設(shè)計(jì)Ⅲ級(jí)圍巖3204m(占比31.1%),Ⅳ級(jí)圍巖3359m(占比32.6%),Ⅴ級(jí)圍巖3740m(占比36.3%)。隧道最大埋深613m,隧址區(qū)巖性復(fù)雜,主要地質(zhì)問(wèn)題有全新世活動(dòng)的程海-賓川斷裂帶、軟巖大變形、極高地應(yīng)力、突泥涌水等,為華麗高速公路項(xiàng)目的控制性工程之一。

        2 拱頂下沉測(cè)點(diǎn)布設(shè)及監(jiān)測(cè)方法

        2.1 監(jiān)測(cè)目的

        檢測(cè)目的是根據(jù)變形速度、變形連續(xù)性、變形總量及變形收斂情況:判斷圍巖的穩(wěn)定性;確定初期支護(hù)的安全性;確定施工方法的合理性。

        對(duì)于拱頂沉降位移進(jìn)行測(cè)量,獲得數(shù)據(jù)能夠直觀(guān)了解斷面變形狀態(tài)等實(shí)際情況,以此來(lái)確定隧道拱頂是否穩(wěn)定。根據(jù)變形速率來(lái)判斷隧道圍巖的穩(wěn)定,能夠幫助施工人員尋求到更好的支護(hù)時(shí)機(jī),從多個(gè)角度強(qiáng)化工程穩(wěn)定性,為施工人員創(chuàng)建和諧、安全的施工環(huán)境,從而更好地開(kāi)展施工活動(dòng),提高施工有效性。

        2.2 監(jiān)測(cè)方法

        對(duì)于工程中遇到的不良地質(zhì)、突水等,要立足于實(shí)際情況,充分考慮到停車(chē)、通道交叉地段等設(shè)置監(jiān)控測(cè)量斷面,在隧道拱頂部位設(shè)置3~5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),并計(jì)算好各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離。通常來(lái)說(shuō),測(cè)點(diǎn)要在距離開(kāi)挖面2m的位置設(shè)置,確保爆破后12 h以?xún)?nèi)或者下次爆破前,測(cè)量出讀數(shù)。

        目前,常用的測(cè)量方法為水準(zhǔn)抄平法。由于基準(zhǔn)點(diǎn)分別設(shè)置在洞內(nèi)外,視線(xiàn)長(zhǎng)度在30m以?xún)?nèi),誤差控制在1mm以?xún)?nèi)。如有必要,可以借助冗余觀(guān)測(cè)法來(lái)提高監(jiān)測(cè)精度,確保數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠,能夠更好地開(kāi)展工作。

        在使用臺(tái)階法時(shí),水準(zhǔn)抄平測(cè)量拱頂極有可能出現(xiàn)下沉現(xiàn)象,而上臺(tái)階無(wú)法設(shè)置測(cè)量站,導(dǎo)致臺(tái)階法無(wú)法有效發(fā)揮作用。對(duì)于此類(lèi)情況,可以采用非接觸法開(kāi)展工作,把鋼尺掛在預(yù)埋測(cè)點(diǎn)上,并掛好1kg的錘球,以此來(lái)讀取數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)工程實(shí)際情況的了解和掌握[1]。工程施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜,對(duì)于人員無(wú)法到達(dá)的位置,可以采用高精度全站儀等設(shè)備輔助測(cè)量,提高測(cè)量精準(zhǔn)度。

        2.3 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

        對(duì)于測(cè)點(diǎn)的布設(shè)(如圖1所示),要立足于實(shí)際情況,堅(jiān)持針對(duì)性原則。具體來(lái)說(shuō),在測(cè)點(diǎn)處要借助小型鉆機(jī)打孔,將膨脹螺絲打入孔內(nèi),并借助扳手進(jìn)行擰緊處理,為后續(xù)測(cè)量提供幫助。對(duì)上下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí),一般要設(shè)置三個(gè)測(cè)點(diǎn),每個(gè)分別相距2m。針對(duì)三臺(tái)階法來(lái)說(shuō),下臺(tái)階開(kāi)挖等要根據(jù)實(shí)際情況,適當(dāng)增加監(jiān)測(cè)頻率,確保獲取的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

        圖1 拱頂下沉測(cè)點(diǎn)布置圖

        2.4 斷面布設(shè)

        根據(jù)開(kāi)挖方式及圍巖級(jí)別的不同,Ⅴ級(jí)圍巖應(yīng)在5~10m布置一個(gè)測(cè)量斷面,Ⅳ級(jí)圍應(yīng)不大于25 m布置一個(gè)測(cè)量斷面,III級(jí)圍巖應(yīng)不大于40m布置一個(gè)測(cè)量斷面,破碎帶段等不良地質(zhì)段及加寬帶段按5~10m布置一個(gè)測(cè)量斷面。具體布設(shè)斷面的間距參照設(shè)計(jì)文件關(guān)于監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目布置斷面里程和相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

        3 周邊收斂測(cè)點(diǎn)布設(shè)及監(jiān)測(cè)方法

        3.1 監(jiān)測(cè)目的

        根據(jù)變形速度、變形連續(xù)性、變形總量及變形收斂情況,判斷圍巖的穩(wěn)定性;確定初期支護(hù)的安全性;確定施工方法的合理性。另外,隧道周邊位移是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化的最直接反映,測(cè)量周邊位移可為判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠的信息;根據(jù)變形速率判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度,為二次襯砌提供合理的支護(hù)時(shí)機(jī);同時(shí)判斷初期支護(hù)設(shè)計(jì)與施工方法選取的合理性,用以指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工。

        3.2 監(jiān)測(cè)方法

        由于斷面分布范圍較大,多集中在側(cè)墻和拱頂位置,因此應(yīng)在這些位置多設(shè)置測(cè)量點(diǎn),利用收斂計(jì)、全站儀對(duì)周?chē)鷮?shí)際情況進(jìn)行監(jiān)督和控制,及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些位置的變化情況。測(cè)點(diǎn)間距最好控制在2 m左右,并確保爆破后12h以?xún)?nèi)讀數(shù),以此來(lái)確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

        除此之外,還可以采用無(wú)尺量測(cè)技術(shù)。監(jiān)測(cè)人員可以利用高精度全站儀自由設(shè)站等方式,在隧道中靈活調(diào)整測(cè)量方式,對(duì)隧道變形情況進(jìn)行監(jiān)督和控制。與其他方式和方法不同,這種方法具有較強(qiáng)的靈活性,能夠有效抵御其他影響因素對(duì)施工的干擾,測(cè)量速度較快,效率高。在實(shí)踐中,可以將儀器設(shè)備架設(shè)在安全區(qū)進(jìn)行測(cè)量,減少并避免對(duì)量測(cè)監(jiān)測(cè)人員的傷害,監(jiān)測(cè)人員無(wú)須到達(dá)危險(xiǎn)區(qū),便可以完成測(cè)量,實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)。

        3.3 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

        在確定監(jiān)測(cè)的隧道斷面開(kāi)挖后盡早進(jìn)行,對(duì)于兩車(chē)道隧道全斷面開(kāi)挖時(shí),每測(cè)量斷面設(shè)置1對(duì)測(cè)線(xiàn)。當(dāng)采用臺(tái)階開(kāi)挖方式時(shí),在拱腰和邊墻各布置一條水平測(cè)線(xiàn)。測(cè)樁埋深約15cm,鉆孔直徑約20 mm,用早強(qiáng)錨固劑錨固,測(cè)樁位置設(shè)置保護(hù)罩。臺(tái)階開(kāi)挖中,應(yīng)隨開(kāi)挖分次布置監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn),其測(cè)點(diǎn)布置原則同全斷面開(kāi)挖。在隧道周邊位移測(cè)量中采用傳統(tǒng)測(cè)量(收斂計(jì))或無(wú)尺測(cè)量技術(shù)(高精度全站儀)。

        3.4 監(jiān)測(cè)儀器

        使用高精度LEICATS09plus全站儀進(jìn)行量測(cè)(角度精度指標(biāo)0.5″、分辨率0.1″,1mm+1ppm的測(cè)距精度,分辨率0.1mm)。

        3.5 斷面布設(shè)原則

        根據(jù)開(kāi)挖方式及圍巖級(jí)別的不同,Ⅴ級(jí)圍巖應(yīng)于5~10m布置一個(gè)量測(cè)斷面,Ⅳ級(jí)圍應(yīng)不大于25 m布置一個(gè)量測(cè)斷面,III級(jí)圍巖應(yīng)不大于40m布置一個(gè)量測(cè)斷面,破碎帶段等不良地質(zhì)段及加寬帶段按5~10m布置一個(gè)量測(cè)斷面[2]。

        4 隧道監(jiān)控量測(cè)總結(jié)

        1)整體變形情況:上臺(tái)階施工階段以沉降為主,線(xiàn)路右側(cè)G3點(diǎn)(靠山側(cè))日均沉降60~80mm。左側(cè)G2點(diǎn)日均沉降50~80mm,局部滲水段日均沉降最大達(dá)200cm。上臺(tái)階BC日均收斂10~20mm,持續(xù)時(shí)長(zhǎng)5d。中臺(tái)階施工至下臺(tái)階施工以收斂為主,中臺(tái)階DE(邊墻)日均收斂30~50mm,拱頂日均沉降20~40mm,持續(xù)時(shí)長(zhǎng)7d。仰拱澆筑前,拱頂日均沉降10~20mm,周邊位移日均收斂20~40mm,持續(xù)時(shí)長(zhǎng)8d。仰拱澆筑完成后,拱頂日均沉降5~10 mm,周邊位移日均收斂10~20mm,持續(xù)時(shí)長(zhǎng)10d。同時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)初支噴射混凝土掉塊,拱頂鋼架局部斷裂,邊墻鋼架內(nèi)擠或折疊斷裂。二襯澆筑前初支變形仍有5~15mm變形。

        2)變形速率高:東馬場(chǎng)1#隧道目前施工過(guò)程中最大變形速率達(dá)到249mm/d,最大收斂變形達(dá)到92.5mm/d。

        3)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng):隧道開(kāi)挖后,圍巖應(yīng)力重分布需要一定時(shí)間,所以變形具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、后期衰減慢的特點(diǎn)。東馬場(chǎng)1#隧道變形持續(xù)時(shí)間279d后仍在持續(xù)變形。

        4)支護(hù)破壞形式多樣:圍巖具有各向異性,原始地應(yīng)力方向復(fù)雜,使得初期支護(hù)受力不均勻,破壞形式多樣。在高地應(yīng)力作用下,初期支護(hù)往往會(huì)發(fā)生混凝土噴混凝土開(kāi)裂、剝落,型鋼拱架發(fā)生扭曲、變形等破壞現(xiàn)象。在二次襯砌施作以后,大變形也會(huì)使襯砌開(kāi)裂,造成仰拱底鼓等現(xiàn)象。

        根據(jù)監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)分析,隧道的累計(jì)位移值大于預(yù)留變形量,隧道的日均位移值大于2mm/d。東馬場(chǎng)1#隧道目前沉降值不可控,隧道存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。

        5 結(jié)語(yǔ)

        隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),高速公路工程建設(shè)日新月異,工程規(guī)模大,覆蓋范圍廣,導(dǎo)致軟巖大變形隧道也隨之增加,對(duì)施工量測(cè)提出了更高的要求。因此要加強(qiáng)對(duì)監(jiān)控測(cè)量管理,及時(shí)引進(jìn)高新技術(shù),收集各方面數(shù)據(jù)信息,真實(shí)反映出圍巖動(dòng)態(tài),營(yíng)造和諧、安全的施工環(huán)境,提高施工有效性,從而推動(dòng)本省經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

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