隧道工程監(jiān)控量測技術(shù)的應(yīng)用

1、隧道工程監(jiān)控量測技術(shù)的應(yīng)用APPLICATION OF TUNNEL ENGINEERING MONITORINGSURVEY TECHNOLOGYSong xin lin112Wu guo zhiZeng shui quan（ Jiangxi Provincial Transportation Engineering Grouporation ，Jiangxi Nanchang 330003）摘 要： 文章根據(jù)杭州至千島湖高速公路第七合同段南峰、善嶺隧道工程實例，介紹南峰、善嶺隧道的現(xiàn)場監(jiān)控量測工作、量測方法、量測數(shù)據(jù)處理和分析以及實行監(jiān)控量測所產(chǎn)生的效果。Abstract ：Based o

2、n the construction of NanFeng and Sanlin tunnel of Hang-qian highway,the artile introduce monitoring surveywork,survey method,handling and analyse of survey data,and effort of monitoring survey關(guān)鍵詞 ：監(jiān)控量測；新奧法；復(fù)合襯砌；二次支護Keywords ： Monitoring survey; new Austrian tunneling method(NA TM); complex lining;s

3、econdary bolting1 隧道概況南峰和善嶺隧道是杭千高速杭州至桐廬段重要工程之一，位于杭州富陽境內(nèi)，南峰隧道位于南峰村西南，隧道起訖里程為K27+010 K27+410，長 400m。善嶺隧道位于南峰隧道出口后跨越毛竹灣山溝的西南側(cè)山坡上，隧道起訖里程K27+487 K27+815，長 328m。兩隧道均為六車道連拱隧道，全隧道建筑限界凈寬 30.00m ，凈高 5.0m ，設(shè)計縱坡：南峰隧道為 +1.5%的單向坡；善嶺隧道于K27+600 變坡，由 +1.5%變?yōu)?0.992%的上坡坡度， 兩隧道均位于R=5691.11 的圓曲線上，根據(jù)設(shè)計和鉆探資料，兩隧道位于富春江河谷平原堆

4、積地貌區(qū)，南峰隧道進出洞口地段地形起伏較大，植被發(fā)育。表部為殘坡積土，Vp=500-900m/s ，層厚 1.0-4.0m 。 下 伏 基 巖 ， 中 風(fēng) 化 砂 巖 ，Vp=1700-2800m/s ，層厚 4.0-10.0m ，微風(fēng)化砂巖厚度大， Vp=2800-3600m/s ，巖石為塊、碎石狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理很發(fā)育。地下水不發(fā)育，主要為基巖裂隙水。善嶺隧道進洞口地形起伏較大，出洞口較平緩，表部第四系殘坡積土為含碎石亞粘土Vp=600-1000m/s ，結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性差；下伏基巖為強風(fēng)化砂巖，厚約6.0m，Vp=1000-1800m/s。 中 風(fēng) 化 砂 巖 ， 厚 度 大 ，Vp=1900

5、-2800m/s， 節(jié) 理 發(fā) 育 。 微 風(fēng) 化 砂 巖Vp=2800-3900m/s 。節(jié)理裂隙較發(fā)育。地下水不發(fā)育，主要為裂隙水。兩隧道的最大埋深為74m。表 1圍巖類別設(shè)計統(tǒng)計表隧道名稱圍巖類別長度所占比例明洞358.75南峰隧道7017.55513.7524060小計400100明洞185.5善嶺隧道3510.67021.420562.5小計3281002 監(jiān)控量測目的現(xiàn)場監(jiān)控量測是新奧法復(fù)合式襯砌設(shè)計、施工的核心技術(shù)之一，其信息反饋資料是指導(dǎo)施工、動態(tài)設(shè)計的基礎(chǔ)。根據(jù)新奧法的基本原理和設(shè)計要求，在兩隧道實施監(jiān)控量測，其主要目的為：（ 1）為了掌握圍巖在開挖過程中的動態(tài)和支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)

6、定狀態(tài)；（ 2）掌握圍巖力學(xué)形態(tài)的變化和規(guī)律， 對圍巖穩(wěn)定性作出實際評價；（ 3）確定支護結(jié)構(gòu)形式，參數(shù)和支護時間，掌握支護結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)；（ 4）作出工程預(yù)報，確定施工對策和開挖臺階長度；（ 5）為理論解析、 數(shù)據(jù)分析和工程類比提供計算數(shù)據(jù)和對比指標(biāo)；（ 6）監(jiān)視險情，確保施工安全；（ 7）為隧道工程施工積累資料和經(jīng)驗。根據(jù)設(shè)計要求及實際地質(zhì)情況，南峰和善嶺隧道監(jiān)控量測 的項目定為：地質(zhì)及支護狀況觀察、圍巖周邊位移量測、拱頂下沉量測和地表下沉量測共四個項目。3 量測方法3.1地質(zhì)及支護狀況觀察隧道各個工作面，重點在、類圍巖地段，每次爆破開挖、噴混凝土初期支護后，通過鐵錘錘擊檢查、肉眼觀察、地

7、質(zhì)羅盤量測，對巖性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、支護和巖層裂隙、溶洞、 風(fēng)化程度、 巖層厚度和顏色、地下水等進行記錄和描述，判斷圍巖的穩(wěn)定性，核對圍巖級別、巖質(zhì)、斷層破碎帶、褶皺等，對重要或特殊部位進行拍照存檔，測量地下水流量及其腐蝕性，同時通過斷面測量做實際斷面與設(shè)計斷面對比圖，如圖 1所示。圖 1 南峰隧道右側(cè)主洞初支后橫斷面圖3.2圍巖周邊位移量測隧道爆破開挖后，盡可能早的在隧道的拱頂、拱腰和邊墻部位分別埋設(shè)測樁，1）測樁要求在開挖爆破后 24h 內(nèi)與在下一循環(huán)爆破前完成全部埋設(shè)，并讀取初讀數(shù)； 2）測樁應(yīng)盡可能布置在同一斷面，類圍巖每10 15米一個 , 類圍巖每 15 25米一個，測量點應(yīng)盡可能選擇

8、具有代表性的地方, 以便測量數(shù)據(jù)的分析及為以后的工作提供經(jīng)驗, 布置如圖 2所示；圖 2 洞內(nèi)水平收斂量測布置圖3）測樁埋設(shè)深度30 cm 左右，鉆孔直徑同錨桿，采用早強錨固劑固定，測樁表面用保護罩防護；4）凈空水平收斂兩測點應(yīng)在同一水平線上，采用SWJ-TV型收斂計量測收斂變形。 由于南峰及善嶺隧道地質(zhì)情況較好，洞內(nèi)量測間距平均為30m，洞門段為 10 m 。3.3拱頂下沉量測拱頂下沉量測點布置在隧道的拱頂中軸線處，測點表面設(shè)一個掛鉤，與周邊位移量測同一個斷面。作為圍巖周邊位移量測的補充，采用高精度的水準(zhǔn)儀和鋼尺量測拱頂?shù)慕^對下沉量，布置如圖3所示。圖 3 洞內(nèi)拱頂下沉量測布置圖3.4地表下

9、沉量測在隧道出入口各設(shè)5個量測斷面，間距10m，在選定的量測區(qū)域內(nèi)，設(shè)測量方便、牢固的基準(zhǔn)點，在深40 cm 的土坑內(nèi)打人60 cm長的 22 鋼筋，外露 34 cm并用混凝土填實，按順序編號并在附近打上大木樁便于尋找。測點沿地面布置在隧道軸線及其兩側(cè)5個點，測點間距 2 5 m，中間間距小，兩邊間距大。用精密水準(zhǔn)儀測量。 隧道開挖到距測點前后各10 20m范圍內(nèi)進行量測，直到沉降穩(wěn)定以后停止測量。3.5數(shù)據(jù)采集頻率根據(jù)施工開挖監(jiān)控量測設(shè)計圖的要求，同時為了滿足數(shù)據(jù)分析的需要，測量讀數(shù)的頻率不得小于規(guī)范的要求，其數(shù)據(jù)采集頻率見表2。表 2數(shù)據(jù)采集頻率項目名稱量測間隔時間地質(zhì)及支護每次爆破后進行

10、狀態(tài)觀察水平凈空收爆破后 24 小時內(nèi)進行斂及拱頂下018m1836m3690m>90m沉量次/天1 次/天1次/2 天1 次/周12地表下沉仰拱開控后 12 小時內(nèi)進行015 天16 天1 個月13 個月>3 個月1 次/天1 次/2 天12 次/周13 次/月4 量測數(shù)據(jù)的整理與分析監(jiān)控量測小組對隧道相應(yīng)斷面的測點進行凈空水平收斂量測及拱頂下沉的同步量測，根據(jù)現(xiàn)場量測記錄和采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行整理和回歸分析，并進行非線性回歸計算，可以得到相應(yīng)圍巖的收斂速度及變形加速度等。 為進一步判斷量測部位的圍巖自穩(wěn)性質(zhì)、初期支護的支護效果，對工作面前方未開挖部分的地質(zhì)情況作出了預(yù)報，便于施

11、工中采取事先有效的預(yù)防措施，提高工程的進度和工效。數(shù)據(jù)采集后，及時進行分析處理，在量測的當(dāng)天根據(jù)現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)和實際情況繪制以下曲線：a、凈空水平收斂時態(tài)曲線；b、拱頂下沉?xí)r態(tài)曲線；c 、凈空水平收斂與距開挖工作面距離的關(guān)系圖；d、拱頂下沉與距開挖工作面距離的關(guān)系圖等。將數(shù)據(jù)和各種圖表分析處理后，及時提供給隧道施工單位、監(jiān)理和業(yè)主，便于指導(dǎo)施工和安全生產(chǎn)。(1) 水平凈空收斂量測 ( 周邊位移量測 )南峰和善嶺隧道水平凈空收斂均采用SWJ-TV型收斂計量測， 隧道凈空水平收斂量測后，根據(jù)測量成果，繪出周邊位移s與時間 t 的對應(yīng)分散點，同時進行一元非線性回歸計算，繪出周邊位移s 與時間 t 的圓

12、滑變化曲線。判斷凈空水平收斂的變化速率相對較小，變形呈收斂趨勢，圍巖趨于穩(wěn)定。如南峰隧道凈空水平收斂時態(tài)曲線圖4。圖 4 南峰隧道進口凈空水平收斂時態(tài)曲線圖(2) 拱頂下沉量測拱頂下沉采用高精度的水準(zhǔn)儀和鋼尺進行量測，量測斷面與周邊位移量測斷面對應(yīng)，繪出拱頂下沉s與時間 t 的對應(yīng)分散點，同時進行一元非線性回歸計算，繪出拱頂下沉s 與時間 t 的圓滑變化曲線，判斷拱頂下沉的變化速率相對較小，變形呈收斂趨勢，圍巖趨于穩(wěn)定。如善嶺隧道拱頂下沉量測時態(tài)曲線圖5。圖 5 善嶺隧道進口拱頂下沉量測時態(tài)曲線圖從善嶺隧道樁號K27+500這個具有代表性的 “隧道拱頂下沉?xí)r態(tài)曲線”可以判斷出，該隧道拱頂下沉絕

13、對值比較小，在20mm左右，并具有明顯的收斂趨勢，經(jīng)過 1個半月后，在下臺階開挖完成后，基本趨于穩(wěn)定，圍巖性質(zhì)相對良好。(3) 地表下沉量測地表沉降量測采用高精度的水準(zhǔn)儀，根據(jù)測量記錄，對量測數(shù)據(jù)進行一元非線性回歸分析，作出地表均勻，同一段面左厚右薄，在軸線中心附近的測點(K27+390) 處，隧道覆蓋層小于15 m，其下沉具有典型性和代表性，予以列出，如圖6所示。圖 6 南峰隧道出口地表下沉量測時態(tài)曲線圖通過時態(tài)曲線圖分析可以看出，地表的總體下沉量也較小，也在 20mm左右，并具有明顯的收斂趨勢，說明此處雖然隧道覆蓋層較小，但圍巖性質(zhì)相對良好。(4) 回歸分析在實際量測中，由于量測人員、條件

14、等因素的限制，必然產(chǎn)生偶然誤差，量測散點在圖中呈上下波動。由于監(jiān)控量測數(shù)據(jù)一般不具有線性關(guān)系，而是曲線關(guān)系，需進行一元非線性回歸分析，其分析步驟如下：根據(jù)散點圖中的散點擬合曲線的分布特征、變化特性、收斂性等，從理論和以往經(jīng)驗選擇能代表兩變量之間內(nèi)在關(guān)系的函數(shù)類型；將非線性的函數(shù)關(guān)系通過轉(zhuǎn)換成為線性函數(shù)關(guān)系，按照線性函數(shù)求未知參數(shù)的方法求出未知參數(shù)后，將參數(shù)變換求出選定的曲線( 非線性 ) 函數(shù)的未知參數(shù)，得到非線性函數(shù)回歸方程；進行標(biāo)準(zhǔn)離差s分析，如精度不夠， 可選擇其他合適的曲線函數(shù)按照以上步驟重新進行分析。5 結(jié)束語下沉?xí)r態(tài)曲線。由于善南峰隧道出口頂部覆蓋厚度不通過對南峰和善嶺隧道的監(jiān)控量

15、測數(shù)據(jù)分析和隧道現(xiàn)場施工的情況，可以得到以下主要結(jié)論：(1)當(dāng)隧道水平位移收斂速度為0.1 0.2mm/ 天 , 拱頂下沉位移速度為0.1mm/ 天時，可以認(rèn)為圍巖已基本穩(wěn)定 . 對于、圍巖, 二次襯砌按承受部分圍巖壓力設(shè)計 , 應(yīng)根據(jù)量測結(jié)果確定二次襯砌施作的適當(dāng)時間, 施提前施作仰拱。作過早可能使二次襯砌承受過大的荷載, 施作過遲則(5) 若發(fā)現(xiàn)凈空位移收斂速度具有穩(wěn)定趨勢時，應(yīng)據(jù)可能使初期支護破壞；此求出隧道結(jié)構(gòu)初期支護及二次襯砌上的最終荷載，(2) 兩隧道圍巖整體相對穩(wěn)定，自穩(wěn)性強，未發(fā)生塌以便對結(jié)構(gòu)的安全度作出正確的判斷。方，除進出口局部地段外，為類圍巖，其余設(shè)計圍(6) 若經(jīng)過對各

16、種量測數(shù)據(jù)聯(lián)合反分析后, 發(fā)現(xiàn)初期巖以、 類為主；支護或二次襯砌結(jié)構(gòu)安全系數(shù)較大, 在經(jīng)過設(shè)計人員(3) 部分圍巖特性好的區(qū)域， 在隧道上臺階開挖后、未同意后 , 可對下一段與此地質(zhì)類型相近的支護參數(shù)作施加初期支護的情況下，其水平變形和拱頂變形量比適當(dāng)調(diào)整，即支護類型變更。較小。說明上臺階開挖施作的初期支護發(fā)揮的作用有(7) 對圍巖類別的變更及對支護參數(shù)的調(diào)整均必需有限，因此部分地段短臺階法開挖可調(diào)整為長臺階開挖，相應(yīng)的量測數(shù)據(jù)并得到設(shè)計方同意。以加快施工進度。參考文獻：(4) 在監(jiān)測過程中 , 若發(fā)現(xiàn)凈空位移量過大或收斂速(1) JTJ026-9,公路隧道設(shè)計規(guī)范 S.度無穩(wěn)定趨勢時 , 對

17、結(jié)構(gòu)應(yīng)采取如下補強措施：公路隧道施工技術(shù)規(guī)范 S.(2) JTJ042-9,增加噴混凝土厚度, 或加長加密錨桿, 或加掛更密更(3) 朱漢華 , 尚岳全等編著 . 公路隧道設(shè)計與施工新法粗的鋼筋網(wǎng)。M. 北京：人民交通出版社 .提前施作二次襯砌, 要求通過反分析較核二次襯砌強度。作者簡介：宋心琳生于 1978 年 07 月，工作單位江西省交通工程集團公司， 2001 年畢業(yè)于華東地質(zhì)學(xué)院測繪工程專業(yè)， 學(xué)歷大學(xué)本科， 職稱助理工程師， 身份證：，聯(lián)系方式 E-MAIL ： sxl_me吳國芝生于 1981 年 04 月，工作單位江西省交通工程集團公司， 2002 年畢業(yè)于遼寧省交通高等?？茖W(xué)校公路管理與養(yǎng)護專業(yè)，學(xué)歷大學(xué)?？?，職稱助理工程師，身份證， 聯(lián)系方式： 1597917