摘要:现场监控量测是隧道施工过程中,对围岩支护系统的稳定状态进行监测,为初期支护和二次衬砌的参数调整提供依据,是确保施工安全、指导施工、便利施工管理的重要手段。因此,量测工作是监视设计、施工是否正确的眼睛,它始终伴随着施工的全过程,是新奥法构筑隧道非常重要的一环。本文就监控量测技术在隧道施工中的应用作简要的阐述。
关键词:监控量测;隧道施工
1 工程概况
隧道出口段位于坨苗北东约1.4km,本隧道为一座上、下行四车道高速公路分离式特长隧道。隧道最大埋深约300米。隧道起讫桩号左线ZK69+500～K71+220长1720m,右线YK69+500～K71+117长1617m。隧道左右线间距35m。洞门采用端墙式,衬砌为复合式,洞口段位于曲线上。左线出口曲线半径R=1630;右线出口曲线半径R=1430。隧道左线纵坡为2.7%-2.018%- (-1.3%)的人字坡;右线纵坡为2.667%-2%- (-1.3%)的人字坡(路线前进方向为上坡为正)。
本隧道处一南东-北西向展布沟谷东岸,该侧坡面凹沟凸坡相间发育,坡面地形较陡。洞口段三面临空,左侧为小冲沟,前方、右侧为主沟。隧道出口段地表水较发育。洞身围岩为全强风化岩层和残坡积层,岩体破碎,拱顶易坍落,侧壁易变形,洞室多呈点状滴水,线状渗水,雨季渗水现象严重。洞身围岩为节理裂隙发育区和弱风化变质泥岩、砂岩,岩体较破碎,拱顶易坍落,侧壁偶有掉块现象,洞室潮湿,多呈点滴状渗水,局部有线状渗水现象。
2监控量测流程及监测项目
2.1 监控量测流程
监控量测流程如图1所示。
2.2隧道监测项目及其重要性
根据不同的围岩条件监控量测的项目及其重要性列表1.
备注:○必须进行的项目;应该进行的项目;△必要时进行的项目;□这类项目的量测结果对判断设计是否保守有用。
3隧道现场监控的内容与方法
根据某道的围岩条件、支护类型和施工方法,选择洞内外地质和支护状况观测、周边收敛和拱顶下沉为必须的量测项目。
3.1洞内外地质和支护状况观测
目测观察的目的是:预测开挖面前方的地质条件;为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据;根据喷层表面状态及锚杆的工作状态,分析支护结构的可靠度。
洞内外观察分开挖工作面观察和已施工区段观察两部分,开挖工作面观察在每次开挖后进行1次,内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状况、风化变质情况、断层分布、初期支护效果、涌水情况及底板是否隆起等,当地质情况基本无变化时,可每天进行一次,观察后绘制开挖工作面地质素描图,填写工作面状态记录和围岩类别判定卡。
在观察过程中如发现地质条件恶化,初期支护发生异常现象,立即通知施工负责人采取应急措施,并派专人进行不间断观察。
对已施工区段的观察每天至少1次,观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢拱架的状况,以及施工质量是否符合规定的要求。
洞外观察包括洞口地表情况、边坡及仰坡的稳定以及地表水渗透等情况。
3.2周边收敛及拱顶下沉量测
3.2.1量测目的
某隧道按新奥法原理进行施工,周边收敛及拱顶下沉量测是施工的重要组成部分。通过现场量测监控掌握围岩和支护动态变化,便于进行日常施工管理;了解支护构件的作用和效果;确保隧道施工的安全性和经济性;将量测监控结果反馈于施工过程中,判断围岩稳定性以及进行位移分析,应用于整个隧道的施工过程中,为二次衬砌的施作提供依据。
3.2.2测点布设
每个断面设4个收敛桩,一般20 m设置一个测量断面,且保证每种围岩类别内不少于2个测量断面.测点的安设应能保证爆破后24小时内和下一次爆破前方便测量。
4量测数据分析与应用
以某隧道ZK69+500测量断面的周边收敛及拱顶下沉量测数据为例。为了真实、及时、准确地反映施工现场信息,监控量测数据经如下流程:测点埋设→数据量测→数据整理→数据输入计算机→绘制曲线→信息反馈。
4.1周边收敛
通过整理分析量测数据,某隧道ZK69+500测量断面周边收敛量测时间为37天,上台阶开挖初期,上测线的周边收敛位移增速较快,在7天后有所减慢;但在下台阶开挖后,上测线周边收敛增速短期内则又明显加快,下台阶开挖5天后,上测线的周边收敛增速又逐渐减慢,历时20天后其变形则趋于基本稳定,稳定收敛值约为2.35 mm。埋设在边墙部位的下测线周边收敛历时变化曲线呈“抛物线”型,总体上经历了快速增长到缓慢增长,最后趋于稳定的过程,16天后基本趋于稳定,稳定收敛值约为1.18 mm。
综上所述,对于某隧道YK30+01段采用上下台阶法施工,围岩周边收敛位移量不大,处于可控制状态。
4.2拱顶下沉
通过整理分析量测数据,某隧道ZK69+500测量断面拱顶下沉量测时间为37天,拱顶三个测点的下沉变化规律基本一致,只是右顶测点量测值略小些.上台阶开挖后,拱顶各个测点初期增速较快,一直到下台阶开挖一周后,拱顶下沉变化速率则逐渐减慢,历时20天后各测点都趋于稳定,其左拱测点、中间测点、右拱测点的稳定位移值分别为6.55 mm、6.65 mm和5.35 mm,总体上处于可控制状态。
4.3监控量测结果在隧道施工中的应用
根据量测数据绘制位移量、位移速度随时间变化的曲线,分析隧道围岩变形过程。隧道围岩变形位移显现的过程,反映了围岩经过应力调整建立新的平衡的过程。这一过程时间的长短及变形值大小,真实地反映了围岩的稳定程度和稳定状态的差别。一般来说,时间愈短,稳定性愈好,变形值越小,则围岩类别越高。将同一断面的各种量测项目数据相互印证、分析,以确认量测结果的可靠性,对位移等物理量随时间变化的动态曲线进行回归分析,推算最终位移和变化规律以确定围岩稳定性特征一般情况会出现两种时间-位移曲线:如果曲线表示绝对位移值逐渐减少,支护结构趋于稳定,可施作二次衬砌;若曲线表示位移变化出现反弯点表示初期支护不稳定,这时应采取措施,如加喷混凝土厚度或加密加长锚杆、提前施作二次衬砌或降低一级围岩类别施作二次衬砌等,需要根据情况具体处理。
以各类围岩允许相对位移值(表2)和《锚喷构筑法》变形管理等级(表3)作为依据进行稳定性判别。当实测值大于表列允许值,超过允许变形管理等级范围时,及时采取补强措施,并调整原支护设计参数或开挖方法。
某公路隧道施工中,通过对该隧道周边收敛及拱顶下沉位移的量测分析,变形位移与稳定时间有一定关系,从图上可以看出:围岩位移基本上是连续的,围岩位移没有产生突变现象;围岩在前期随时间增长而迅速加大、位移速率逐渐降低,当到达一定时间后,位移趋于稳定.即变形大体上经历了三个阶段:增长和急剧增长阶段;缓慢增长阶段; 开始趋于稳定阶段。
在隧道施工中,根据周边收敛、拱顶下沉位移和其它监控项目结果,结合现场实际情况,及时反馈信息,修改与完善设计,从而正确指导施工.通过对量测成果深入分析,及时预报了地质情况以及对险情进行监控,提出了合理的初期支护类型和参数,以及二次衬砌的施作时机.当收敛位移变形速率明显下降或变形开始趋于稳定时,及时进行二次衬砌,否则位移又可能继续发展,特别是附近有开挖影响时更加明显。
参考文献
[1]李晓红.隧道新奥法及其量测技术[M].北京:科学出版社,2001.173-235.
[2] JTJ042-94,公路隧道施工技术规范[S].
