中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
摘要:現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是隧道施工過(guò)程中,對(duì)圍巖支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),為初期支護(hù)和二次襯砌的參數(shù)調(diào)整提供依據(jù),是確保施工安全、指導(dǎo)施工、便利施工管理的重要手段。因此,量測(cè)工作是監(jiān)視設(shè)計(jì)、施工是否正確的眼睛,它始終伴隨著施工的全過(guò)程,是新奧法構(gòu)筑隧道非常重要的一環(huán)。本文就監(jiān)控量測(cè)技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用作簡(jiǎn)要的闡述。
關(guān)鍵詞:監(jiān)控量測(cè);隧道施工
1 工程概況
隧道出口段位于坨苗北東約1.4km,本隧道為一座上、下行四車道高速公路分離式特長(zhǎng)隧道。隧道最大埋深約300米。隧道起訖樁號(hào)左線ZK69+500～K71+220長(zhǎng)1720m,右線YK69+500～K71+117長(zhǎng)1617m。隧道左右線間距35m。洞門采用端墻式,襯砌為復(fù)合式,洞口段位于曲線上。左線出口曲線半徑R=1630;右線出口曲線半徑R=1430。隧道左線縱坡為2.7%-2.018%- (-1.3%)的人字坡;右線縱坡為2.667%-2%- (-1.3%)的人字坡(路線前進(jìn)方向?yàn)樯掀聻檎?。
本隧道處一南東-北西向展布溝谷東岸,該側(cè)坡面凹溝凸坡相間發(fā)育,坡面地形較陡。洞口段三面臨空,左側(cè)為小沖溝,前方、右側(cè)為主溝。隧道出口段地表水較發(fā)育。洞身圍巖為全強(qiáng)風(fēng)化巖層和殘坡積層,巖體破碎,拱頂易坍落,側(cè)壁易變形,洞室多呈點(diǎn)狀滴水,線狀滲水,雨季滲水現(xiàn)象嚴(yán)重。洞身圍巖為節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)和弱風(fēng)化變質(zhì)泥巖、砂巖,巖體較破碎,拱頂易坍落,側(cè)壁偶有掉塊現(xiàn)象,洞室潮濕,多呈點(diǎn)滴狀滲水,局部有線狀滲水現(xiàn)象。
2監(jiān)控量測(cè)流程及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
2.1 監(jiān)控量測(cè)流程
2.2隧道監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及其重要性
根據(jù)不同的圍巖條件監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目及其重要性列表1.
備注:○必須進(jìn)行的項(xiàng)目;應(yīng)該進(jìn)行的項(xiàng)目;△必要時(shí)進(jìn)行的項(xiàng)目;□這類項(xiàng)目的量測(cè)結(jié)果對(duì)判斷設(shè)計(jì)是否保守有用。
3隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的內(nèi)容與方法
根據(jù)某道的圍巖條件、支護(hù)類型和施工方法,選擇洞內(nèi)外地質(zhì)和支護(hù)狀況觀測(cè)、周邊收斂和拱頂下沉為必須的量測(cè)項(xiàng)目。
3.1洞內(nèi)外地質(zhì)和支護(hù)狀況觀測(cè)
目測(cè)觀察的目的是:預(yù)測(cè)開(kāi)挖面前方的地質(zhì)條件;為判斷圍巖、隧道的穩(wěn)定性提供地質(zhì)依據(jù);根據(jù)噴層表面狀態(tài)及錨桿的工作狀態(tài),分析支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠度。
洞內(nèi)外觀察分開(kāi)挖工作面觀察和已施工區(qū)段觀察兩部分,開(kāi)挖工作面觀察在每次開(kāi)挖后進(jìn)行1次,內(nèi)容包括節(jié)理裂隙發(fā)育情況、工作面穩(wěn)定狀況、風(fēng)化變質(zhì)情況、斷層分布、初期支護(hù)效果、涌水情況及底板是否隆起等,當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況基本無(wú)變化時(shí),可每天進(jìn)行一次,觀察后繪制開(kāi)挖工作面地質(zhì)素描圖,填寫工作面狀態(tài)記錄和圍巖類別判定卡。
在觀察過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件惡化,初期支護(hù)發(fā)生異?，F(xiàn)象,立即通知施工負(fù)責(zé)人采取應(yīng)急措施,并派專人進(jìn)行不間斷觀察。
對(duì)已施工區(qū)段的觀察每天至少1次,觀察內(nèi)容包括噴射混凝土、錨桿、鋼拱架的狀況,以及施工質(zhì)量是否符合規(guī)定的要求。
洞外觀察包括洞口地表情況、邊坡及仰坡的穩(wěn)定以及地表水滲透等情況。
3.2周邊收斂及拱頂下沉量測(cè)
3.2.1量測(cè)目的
某隧道按新奧法原理進(jìn)行施工,周邊收斂及拱頂下沉量測(cè)是施工的重要組成部分。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)監(jiān)控掌握圍巖和支護(hù)動(dòng)態(tài)變化,便于進(jìn)行日常施工管理;了解支護(hù)構(gòu)件的作用和效果;確保隧道施工的安全性和經(jīng)濟(jì)性;將量測(cè)監(jiān)控結(jié)果反饋于施工過(guò)程中,判斷圍巖穩(wěn)定性以及進(jìn)行位移分析,應(yīng)用于整個(gè)隧道的施工過(guò)程中,為二次襯砌的施作提供依據(jù)。
3.2.2測(cè)點(diǎn)布設(shè)
每個(gè)斷面設(shè)4個(gè)收斂樁,一般20 m設(shè)置一個(gè)測(cè)量斷面,且保證每種圍巖類別內(nèi)不少于2個(gè)測(cè)量斷面.測(cè)點(diǎn)的安設(shè)應(yīng)能保證爆破后24小時(shí)內(nèi)和下一次爆破前方便測(cè)量。
4量測(cè)數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用
以某隧道ZK69+500測(cè)量斷面的周邊收斂及拱頂下沉量測(cè)數(shù)據(jù)為例。為了真實(shí)、及時(shí)、準(zhǔn)確地反映施工現(xiàn)場(chǎng)信息,監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)如下流程:測(cè)點(diǎn)埋設(shè)→數(shù)據(jù)量測(cè)→數(shù)據(jù)整理→數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)→繪制曲線→信息反饋。
4.1周邊收斂
通過(guò)整理分析量測(cè)數(shù)據(jù),某隧道ZK69+500測(cè)量斷面周邊收斂量測(cè)時(shí)間為37天,上臺(tái)階開(kāi)挖初期,上測(cè)線的周邊收斂位移增速較快,在7天后有所減慢;但在下臺(tái)階開(kāi)挖后,上測(cè)線周邊收斂增速短期內(nèi)則又明顯加快,下臺(tái)階開(kāi)挖5天后,上測(cè)線的周邊收斂增速又逐漸減慢,歷時(shí)20天后其變形則趨于基本穩(wěn)定,穩(wěn)定收斂值約為2.35 mm。埋設(shè)在邊墻部位的下測(cè)線周邊收斂歷時(shí)變化曲線呈“拋物線”型,總體上經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)到緩慢增長(zhǎng),最后趨于穩(wěn)定的過(guò)程,16天后基本趨于穩(wěn)定,穩(wěn)定收斂值約為1.18 mm。
綜上所述,對(duì)于某隧道YK30+01段采用上下臺(tái)階法施工,圍巖周邊收斂位移量不大,處于可控制狀態(tài)。
4.2拱頂下沉
通過(guò)整理分析量測(cè)數(shù)據(jù),某隧道ZK69+500測(cè)量斷面拱頂下沉量測(cè)時(shí)間為37天,拱頂三個(gè)測(cè)點(diǎn)的下沉變化規(guī)律基本一致,只是右頂測(cè)點(diǎn)量測(cè)值略小些.上臺(tái)階開(kāi)挖后,拱頂各個(gè)測(cè)點(diǎn)初期增速較快,一直到下臺(tái)階開(kāi)挖一周后,拱頂下沉變化速率則逐漸減慢,歷時(shí)20天后各測(cè)點(diǎn)都趨于穩(wěn)定,其左拱測(cè)點(diǎn)、中間測(cè)點(diǎn)、右拱測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定位移值分別為6.55 mm、6.65 mm和5.35 mm,總體上處于可控制狀態(tài)。
4.3監(jiān)控量測(cè)結(jié)果在隧道施工中的應(yīng)用
根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)繪制位移量、位移速度隨時(shí)間變化的曲線,分析隧道圍巖變形過(guò)程。隧道圍巖變形位移顯現(xiàn)的過(guò)程,反映了圍巖經(jīng)過(guò)應(yīng)力調(diào)整建立新的平衡的過(guò)程。這一過(guò)程時(shí)間的長(zhǎng)短及變形值大小,真實(shí)地反映了圍巖的穩(wěn)定程度和穩(wěn)定狀態(tài)的差別。一般來(lái)說(shuō),時(shí)間愈短,穩(wěn)定性愈好,變形值越小,則圍巖類別越高。將同一斷面的各種量測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)相互印證、分析,以確認(rèn)量測(cè)結(jié)果的可靠性,對(duì)位移等物理量隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)曲線進(jìn)行回歸分析,推算最終位移和變化規(guī)律以確定圍巖穩(wěn)定性特征一般情況會(huì)出現(xiàn)兩種時(shí)間-位移曲線:如果曲線表示絕對(duì)位移值逐漸減少,支護(hù)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定,可施作二次襯砌;若曲線表示位移變化出現(xiàn)反彎點(diǎn)表示初期支護(hù)不穩(wěn)定,這時(shí)應(yīng)采取措施,如加噴混凝土厚度或加密加長(zhǎng)錨桿、提前施作二次襯砌或降低一級(jí)圍巖類別施作二次襯砌等,需要根據(jù)情況具體處理。
以各類圍巖允許相對(duì)位移值(表2)和《錨噴構(gòu)筑法》變形管理等級(jí)(表3)作為依據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定性判別。當(dāng)實(shí)測(cè)值大于表列允許值,超過(guò)允許變形管理等級(jí)范圍時(shí),及時(shí)采取補(bǔ)強(qiáng)措施,并調(diào)整原支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)或開(kāi)挖方法。
某公路隧道施工中,通過(guò)對(duì)該隧道周邊收斂及拱頂下沉位移的量測(cè)分析,變形位移與穩(wěn)定時(shí)間有一定關(guān)系,從圖上可以看出:圍巖位移基本上是連續(xù)的,圍巖位移沒(méi)有產(chǎn)生突變現(xiàn)象;圍巖在前期隨時(shí)間增長(zhǎng)而迅速加大、位移速率逐漸降低,當(dāng)?shù)竭_(dá)一定時(shí)間后,位移趨于穩(wěn)定.即變形大體上經(jīng)歷了三個(gè)階段:增長(zhǎng)和急劇增長(zhǎng)階段;緩慢增長(zhǎng)階段; 開(kāi)始趨于穩(wěn)定階段。
在隧道施工中,根據(jù)周邊收斂、拱頂下沉位移和其它監(jiān)控項(xiàng)目結(jié)果,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,及時(shí)反饋信息,修改與完善設(shè)計(jì),從而正確指導(dǎo)施工.通過(guò)對(duì)量測(cè)成果深入分析,及時(shí)預(yù)報(bào)了地質(zhì)情況以及對(duì)險(xiǎn)情進(jìn)行監(jiān)控,提出了合理的初期支護(hù)類型和參數(shù),以及二次襯砌的施作時(shí)機(jī).當(dāng)收斂位移變形速率明顯下降或變形開(kāi)始趨于穩(wěn)定時(shí),及時(shí)進(jìn)行二次襯砌,否則位移又可能繼續(xù)發(fā)展,特別是附近有開(kāi)挖影響時(shí)更加明顯。
