[12-11 16:59:52] 来源：http://www.tmgc8.com 隧道工程 阅读：3506次
以大渡口陈庹隧道为例,探索了一种对隧道进行实时监控量测的方案,通过施工和环境监测进行信息反馈及预测预报,优化施工组织设计,指导现场施工,确保隧道施工的安全与质量,有效地避免塌方等工程事故,为类似工程积累宝贵经验和提供科学资料
关键词:隧道监控量测监测测点
一、 工程概况
陈庹路快速干道(西半幅)工程全线共有新建隧道2座,其中中隧道和短隧道各1座,即双山隧道521米,羊子岩隧道159米,隧道总长680米。新建右线距既有左线约21米。
双山隧道位于半径为1500m的曲线上,双山隧道地貌单元属浅丘地貌 。由北向南穿越双山,双山山顶平缓,工厂厂房密布。洞顶为双山两山嘴间的“V”型丘坡,丘坡上分布一冲沟。进出口自然斜坡20~25°。测区地表有坡残积、坡崩积、坡洪积及人工填筑土层,下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组地层。双山隧道围岩为泥岩,强风化层厚1~2米,无断层等不良地质构造,进出口斜坡20°~25°,覆盖层薄,斜坡稳定,成洞条件好。在双山两山嘴之“V” 型丘坡段,发育有冲沟,洞身埋深浅,其工程地质条件差,其余洞身工程地质条件较好。
羊子岩隧道全隧位于直线上,测区属浅丘地貌。羊子岩丘顶平缓,丘坡上陡下缓,砂、泥岩差异风化明显,顶部巨厚层砂岩形成陡崖,下部泥岩风化形成缓坡,自然坡20～25°。相对高差40米左右,植被不发育,隧道从北向南穿过羊子岩山脊,轴线与岩层走向斜交,出口房屋密集。测区地表有第四系人工填筑土、坡残积土、坡洪积土,下伏侏罗系中统上沙溪庙组泥岩夹砂岩、砂岩。
二、 监测的目的
由于隧道的地表测区有坡残积、坡崩积、坡洪积及人工填筑土层,下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组地层;进出口斜坡20°~25°,隧道埋深较浅;隧道围岩为泥岩及泥岩夹泥质砂岩,强风化层厚达1~2米,且双山隧道左侧约20米即为既有隧道,加上双山山顶平缓,工厂厂房密布,羊子岩隧道出口房屋密集,如施工工艺不当易造成围岩失稳;甚至可能发生大的塌方,给工程带来不可弥补的经济和时间损失以及不良的社会效应;并且隧道开挖断面较大,结构受力复杂,而且施工工序多,对结构设计和施工都提出了很高的要求。这就要求要对隧道的施工全过程进行新奥法施工监测;还应对相关构筑物进行爆破振动、力学行为变化的监控量测。
三、 拟定监测断面
根据隧道结构形式和工程地质情况,在双山隧道和羊子岩隧道开展监控量测计划如下:
双山隧道起讫桩号为YK3 565～YK4 106,全长521m; 羊子岩隧道起讫桩号为YK4 575～YK4 746,全长159m。
按规范拟设量测断面数如下表1所示:
隧道名称 断面数
选测项目 必测项目 总计
双山隧道 7 进出洞口为Ⅳ级围岩各设2个断面,中间Ⅳ级围岩处设1个,其他薄弱环节设2个断面 26 双山隧道和羊子岩隧道主要穿过地层为Ⅲ,Ⅳ级围岩,根据规范,洞口附近,埋深<2B时按10m间距布设;Ⅲ级围岩段按20m间距布设;根据现场具体情况可适当加密或减少。 33
羊子岩隧道 3 进出洞口为Ⅳ级围岩各1个断面,其他薄弱环节设1个断面 6 9
合计 10 32 42
注:在围岩较弱处选测项目为:(1)围岩内部位移量测;(2)围岩与喷射混凝土间接触压力量测;(3)喷射混凝土与二次衬砌间接触压力量测;(4)喷射混凝土内应力量测;(5)二次衬砌内应力量测;(6)钢支撑内力量测;
围岩为Ⅲ级围岩时选测项目为(1)、(2)、(3)、(6);此外,选测项目在各层岩土体交界处应增加测点。
四、 监测主要内容
为及时提供施工所需的围岩稳定程度和支护结构的状态,以保证施工安全,提高施工效率,拟将施工监测分为必测项目、选测项目。
(一) 必测项目
根据甲方提供的资料要求和现行的监测规范,拟定必测项目如下:
(1)围岩地质和初期支护观测;(2)水平内空收敛量测;
(3)拱顶下沉量测;(4)锚杆轴力量测;
(5)地表沉降量测;
(6)隧洞开挖爆破时,地表相关建(构)筑物处爆破震动监测。
这类量测是为了确保在施工过程中的围岩稳定和施工安全而进行的经常性量测工作。量测方法简单,量测密度大,量测信息直观可靠,是贯穿在整个施工过程中,对监视围岩稳定,指导设计和施工有巨大的作用。土建施工完成量测工作亦告结束。其布置原则是根据隧道不同的地质条件、施工方法设置,但不能少于《公路隧道施工规范》的规定。
(二) 选测项目
根据甲方提供的资料要求和现行的监测规范,拟定选测项目如下:
(1)围岩内部位移量测;(2)围岩与喷射混凝土间接触压力量测;www.tmgc8.com
(3)喷射混凝土与二次衬砌间接触压力量测;
(4)喷射混凝土内应力量测;
(5)二次衬砌内应力量测;
(6)钢支撑内力量测。
这类量测是必测项目的拓展和补充,对特殊地段、危险地段或有代表性的地段进行量测,以便更深入地掌握围岩稳定状态与支护效果。对未开挖地段提供参考信息,指导未来设计和施工。选择项目安装埋设比较麻烦,量测项目较多、时间长、费用较大,但工程竣工后还可以进行长期观测。
五、 测点布置及量测方法
(一) 地质及支护基本状况观察(目测)
对于所需检测断面隧道掌子面爆破后和初喷后通过肉眼观察、地质罗盘和锤击检查,描述和记录围岩地质基本情况:岩性、岩层产状、裂隙、溶洞、地下水基本情况,判断围岩类别是否与设计相符,必要时应拍照,测量地下水流量;观察支护效果,每一检测断面应填写记录卡。
(二) 隧道围岩周边位移量测
在预设点的断面,隧道开挖爆破以后,沿隧道周边的拱顶、拱腰(或导洞拱腰)和边墙部位分别埋设测桩。测桩埋设深度30cm,钻孔直径φ42,用快凝水泥或早强锚固剂固定,测桩头需设保护罩,测桩单洞每断面5根。采用SWJ-4型隧道净孔收敛计量测周边收敛变形。尽可能把测点布置在选测项目量测断面位置。量测断面的测点布置见图1。
图1. 周边收敛与拱顶沉降测点布置图
(三) 拱顶下沉量测
拱顶下沉量测是在隧道开挖毛洞的拱顶及轴线左右各2m设3个带挂钩的锚桩,测桩埋设深度30cm,钻孔直径φ42,用快凝水泥或早强锚固剂固定,测桩头需设保护罩。用精密的水准仪、钢圈尺量测拱顶下沉。应有测点布置在选测项目量测断面位置。量测断面的测点布置见图1。
(四) 锚杆轴力量测
沿隧道周边的拱顶、拱腰和边墙打5个测孔,孔深3.7 m～5m ,孔径50mm。测孔内设4个测点,每个断面20个测点。采用锚杆测力计及拉拔计量测。量测断面的测点布置见图1。
(五) 围岩内部位移量测
沿隧道围岩周边分别在拱顶、拱腰和边墙共打5个深孔,孔深3.7 m～5m、孔径Ф50mm,采用4点杆式多点位移计量测,一个断面共20个测点。量测断面尽可能靠近掌子面,及时安装,测取读数。量测断面的测点布置见图2。
图2 选测项目测点布置图
(六) 复合式衬砌围岩压力及接触压力量测
复合式衬砌围岩压力及接触压力量测布置在周边位移量测的同一断面上,沿隧道周边拱顶,拱腰和边墙埋设压力传感器,将双膜钢弦式压力盒分别埋设在围岩与喷射混凝土与之间;喷射混凝土与二次衬砌之间。围岩与喷混凝土之间的压力盒是在喷混凝土施工以前埋设,喷射混凝土与二次衬砌之间的压力盒是在挂防水板之前进行安装,测取围岩对喷射混凝土压力;围岩对二次模注混凝土衬砌的压力。混凝土达到初凝强度以后开始测取读数。每个断面设5个测点。隧道内断面位置的设置与周边位移量测相同。量测断面的测点布置位置与喷射混凝土轴向应力测点市置位置相同。量测断面的测点布置见图2。
(七) 喷射混凝土轴向应力量测
喷射混凝土轴向应力测点布置在周边位移量测的同一断面上,沿隧道的拱顶、拱腰和边墙在喷射混凝土内埋设5个混凝土应变计。围岩初喷以后,在初喷面上固定应变计,然后再复喷,将传感器全部覆盖并使传感器居中。喷射混凝土达到初凝时开始测取读数。量测断面的测点布置位置如图2。
(八) 二次衬砌应力量测
二次衬砌应力量测与喷射混凝土轴向应力量测基本相同,设在同一断面上。传感器埋设在二次衬砌混凝土内,一个断面5个测点。断面布置与周边位移量测相同。量测断面的测点布置位置与喷射混凝土轴向应力测点布置位置相同。量测断面的测点布置位置如图2。
(九) 型钢支撑应力量测
型钢支撑应力量测设在周边位移量测断面位置。采用钢筋应力计焊接在型钢上,量测型钢应力。型钢支撑安装完以后即可测取读数。量测断面的测点布置位置与喷射混凝上径向应力测点布置位置相同。量测断面的测点布置位置如图2。
(十) 地表沉降观测
隧道浅埋地段出现在左右线的进出口,拟在隧道进出口各埋设2个断面。断面间距30～50m,并在隧道上方沿线建(构)筑物布设沉降观测断面,每个断面拟设7个测点,为了加强沿线建(构)筑物地表沉降量测,测点可以按需要增加,断面位置可适当的调整,断面布置见图4和图5。
图4 双山隧道地表沉降测点布置图
图5羊子岩隧道地表沉降测点布置图www.tmgc8.com
在隧洞开挖影响范围以外稳固、不易受到破坏且通视条件良好的地方相应埋设5～10个基准点。测点应埋水泥桩,测量放线定位,用水准仪量测。隧道开挖距测点前30m处开始量测,隧道开挖超过测点30m、并待沉降稳定以后停止量测。
六、 量测频率
每个测点测取读数的频率不少于规范要求,同时要满足工程需要(见表3)。对于采用分部开挖的地段,如正台阶开挖,上半断面开挖和下半断面开挖不在同一时间,当量测断面工作状态发生改变时的前后一个星期之内或距离测点一倍洞跨以内是按 1次/ 天的频率采集数据,这样比规范要求的次数几乎多了一倍。如埋设的测点量测期间遭到破坏,恢复以后按新埋测点要求采集读数,这样增加了采集数据的次数和数据采集量。量测过程中若遇围岩变形速率较快时,量测频率应在规范规定的基础上加密。
表2 量测频率表
序号 项目名称 量测间隔时间
1～15天 16天～1月 1～3月 3个月以后
1 地质及支护状况观察 每次爆破后进行
2 周边位移、拱顶下沉 1～2次/天 1次/2天 1～2次/周 1～3次/月
3 地表下沉 开挖面距量测断面的距离D:D<1B时,1～2次/天;1B5B时,1次/周。
4 喷射混凝土应力、二次衬砌应力、围岩压力及接触压力、围岩内部位移、锚杆轴力、型钢支撑或格柵钢支撑应力 1～2次/天 1次/2天 1～2次/周 1～3次/月
5 爆破振动速度量测 当爆破断面与监测断面在30米和超过30米范围内,每次爆破后均需监测
6 构筑物的表面应变监测 当爆破断面与监测断面在30米和超过30米范围内,每天一次
七、 结束语
实时监控量测不但可以及时提供隧道通过邻近构筑物地段时隧道拱顶下沉、周边收敛、围岩内部位移、钢支撑受力情况,锚杆轴力,支护和衬砌内应力等信息,用于判断施工工艺的可行性、设计参数的合理性,提出更加恰当的施工方法和合理的支护措施;而且可以及时掌握隧道通过邻近构筑物地段时对邻近构筑物的影响,为施工爆破方案的选定,为判别构筑物是否安全提供科学依据。因此实施隧道信息化动态施工控制,既能达到安全快速施工,又能节省工程造价的目的。
