监控量测技术在公路隧道中的应用
bqpl26674
bqpl26674 Lv.9
2015年06月23日 19:08:00
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隧道围岩变形量测是新奥法现场量测的首要内容,是确认或修改支护设计参数和判别围岩稳定的依据,是保证隧道施工安全的一项重要措施。为了保证隧道的设计净空断面,监理人员应严格要求施工单位按规定进行拱顶下沉和净空量测,量测数据及分析结果应及时与设计进行比较,掌握地表沉陷、围岩和支护的工作状态,对围岩稳定性作出评价,确定或调整支护结构、支护参数和支护时间;评价支护结构的合理性及其安全性,并对设计和施工的合理性进行评估和信息反馈,以确保施工安全和隧道的稳定。

隧道围岩变形量测是新奥法现场量测的首要内容,是确认或修改支护设计参数和判别围岩稳定的依据,是保证隧道施工安全的一项重要措施。为了保证隧道的设计净空断面,监理人员应严格要求施工单位按规定进行拱顶下沉和净空量测,量测数据及分析结果应及时与设计进行比较,掌握地表沉陷、围岩和支护的工作状态,对围岩稳定性作出评价,确定或调整支护结构、支护参数和支护时间;评价支护结构的合理性及其安全性,并对设计和施工的合理性进行评估和信息反馈,以确保施工安全和隧道的稳定。



隧道围岩的量测


1.1 隧道监控量测的必测项目

为了保护隧道的顺利开挖及二次衬砌的时间,隧道围岩的量测必测项目一般包括地址及支护状况观察、周边收敛量测、拱顶下沉量测、地表下沉。地质及支护状况观察包括岩性、岩层产状、结构面、溶洞、断面描述、支护结构裂缝等;周边收敛量测是量测隧道周边位移,了解收敛状况、断面变形状态,判断稳定性;拱顶下沉量测是监视拱顶下沉,了解断面的变形状态,判断隧道拱顶的稳定性;地表下沉是根据地表下沉位移量判定隧道开挖对地表下沉的影响,以确定隧道支护结构。



1.2 隧道监控量测的选测项目

隧道围岩量测的选测项目:围岩内部位移量测、锚杆轴力量测、衬砌应力量测、围岩压力量测及支护压力、型钢支撑应力量测及弹性波测试。围岩内部位移量测是了解隧道围岩的松弛区、位移量及围岩应力分布,为准确判断围岩的变形发展提供数据;锚杆轴力量测是根据锚杆所承受的拉力,判断锚杆布置是否合理;衬砌应力量测是根据量测二次衬砌内应力、喷射混凝土层内轴向应力,了解支护衬砌内的受力情况;根据围岩压力及层间支护压力,判断复合衬砌中围岩荷载大小,判断初期支护与二次衬砌各自分担围岩压力情况;量测型钢支撑内应力,推断作用在型钢支撑上的压力大小,判断型钢支撑尺寸、间距及设置型钢支撑的必要性;通过声波测试,判断围岩松动区大小、裂隙发育情况。



隧道围岩量测的手段要求


量测数据的质量好坏直接影响监控的成败。监控现场量测手段应满足下列要求:

1、尽快埋设测点。隧道开挖过程中,围岩压力场、位移场的变化与开挖作业面的空间位置密切相关。一般情况下,位移的变化在量测断面前后总计两倍洞径范围内最大。为了全面量测应力、位移的变化值,要求测点埋设紧靠开挖作业面,且要尽快埋设,以减少对施工的干扰。第一次测试宜在埋设测点后立即进行,以便取得初始数据。应注意一次量测的时间宜尽量短。

2、所埋设的长期有效的传感元件要有较好的防振、防冲击波的能力。

3、测试的数据应直观、正确、可靠。隧道开挖、支护作业是连续循环进行的,信息反馈必须及时、全面,不影响施工。为了便于信息反馈,测试数据以直观为好,即测得的数据不需经过复杂的计算就可直接应用。

4.、测试仪器要有足够的精度。



量测方法


3.1 地质及支护状况观察

每次爆破后和初喷后,通过肉眼观察、地质罗盘仪和锤击检查隧道各个掌子面,描述和记录围岩地质情况,岩层产状、裂隙、溶洞、地下水及支护效果,对围岩稳定性进行评价,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,每一量测断面均要填写记录表并画出地质素描图。对开挖断面附近的初期支护状态进行观察和描述,是直接判断围岩、隧道稳定性和支护结构参数合理性的重要手段。



3.2 围岩周边收敛的量测

隧道主办收敛是隧道周边相对方向两个固定点连线上的相对位移值,它是隧道开挖所引起围岩变形最直观的表现,采用收敛计进行量测。隧道开挖爆破后应尽早在隧道两侧边墙、拱腰水平方向埋设测杆或球头测桩,埋设深度约为20~30mm,钻孔直径为40~50mm,用快凝水泥固定,测桩球头需设保护装置。



3.3 拱顶下沉的量测

通常情况下,浅埋隧道的拱顶下沉及地表下沉是判断围岩是否稳定的重要标志。拱顶下沉会向上传至地表,地表点的下沉值一般比拱顶点的下沉值要小,而围岩又破碎时,地表下沉值接近于拱顶下沉值而形成整体下沉。通过测定拱顶点的垂直尾翼隧道开挖面的变化情况,即可判断隧道的稳定性。拱顶下沉量通常在周边收敛测量一断面的拱顶轴线处设1个带钩的测桩来吊挂钢卷尺,用精密水准仪量测隧道拱顶绝对下沉量。


3.4 锚杆轴力的量测

在隧道锚杆孔内埋入测力锚杆,测量隧道围岩内部不同深度锚杆的受力。



3.5 地表下沉的量测

在隧道浅埋的地表测试范围内埋设沉降观测点,用精密水准仪量测观测点的绝对下沉量。地表下沉量测断面纵向间距同隧道埋深的关系见表1。

表1 量测断面纵向间距 m


隧道埋深H

量测断面纵向间距

H>2D(D为开挖跨度)

20~50

D
10~20

H
5~10




3.6 围岩内部位移的量测

在隧道锚杆内埋入多点位移计,量测隧道围岩周边相对于围岩内部不同深度的位移。



3.7 围岩与初期支护接触压力的量测

在围岩与初期支护间埋设压力盒,量测围岩与初期支护间接触压力。



3.8 初期支护与二次衬砌间接触压力的量测

在初期支护与二次衬砌间埋设压力盒,量测初期支护与二次衬砌间接触压力。



3.9 钢支撑应力的量测

把钢筋计焊接在钢支撑上,量测钢支撑应力。



3.10 喷射混凝土轴向应力的量测

在喷射混凝土施作过程中,把应力计埋入喷射混凝土层内,量测喷射混凝土的横向应力。



3.11 二次衬砌应力的量测


在模筑混凝土浇注过程中,把应力计埋入混凝土内,量测二次衬砌内应力。



3.12 围岩弹性波的量测

用HF-D型智能声波仪采用单孔法或跨孔法测定围岩中不同深度的岩体波速,以确定围岩松动区范围和岩体的完整性。



量测数据的处理和围岩的稳定分析


在现场监控量测中,由于量测条件、外界环境影响,加之操作时的人为因素,给测试数据不可避免地带来了偶然误差,实测值需经过一段的数字处理才能加以应用,因此必须进行数学上的回归分析。在一般的现场测试中,所测数据大多数是反映两个变量间的关系,这类问题的分析包括一元线性回归和一元非线性回归两种情况。

根据实测位移值,选择曲线函数,用回归分析来处理数据,作出实测值三点曲线及回归函数曲线图,然后进行位移分析,进而来判定围岩的稳定性。周边水平位移曲线,可以实测围岩净空变化值的大小,以判断围岩是否进入稳定状态;拱顶下沉曲线,可以实测拱顶下沉量,以判断现有的初期支护是否有效地约束围岩变形的增长。
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