科技与生活杂志：监控测量在随道施工中的应用 |
| 2012-11-22 10:24 作者：肖显明 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网11月22日文】原文载于《科技与生活》杂志2012年第17期刊文称，公路隧道已广泛采用新奥法设计与施工，现场监控量测是新奥法设计与施工的重要组成部分。通过对隧道进行监控量测，可预测预报围岩变化，优化设计和指导施工，确保隧道施工安全，使工程投资经济合理。
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。
1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。
2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。
3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20mm~30mm，钻孔直径为40mm~50mm，用快凝水泥固定，测桩球头需设保护装置。量测基线网见图1，周边位移测点为测桩1、测桩2。
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，如图1测点3所示。
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。
1）测点布置。
地表沉降量测在隧道浅埋（H0≤2B）地段为必测项目，其他地段根据设计要求进行。其测点的横向布置范围在隧道中线两侧不小于H0+B，地表有控制性建（构）筑物时，应适当加宽；布置间距2m～5m，当地表有控制性建（构）筑物时，应适当加密。布置应与拱顶下沉及周边收敛测量的测点在同一断面内。测点埋设时，在地表钻（或挖）20cm～50cm深的孔，竖直放入φ22mm左右的钢筋，钢筋和孔壁之间可填充水泥砂浆，钢筋头打磨圆滑，露出地面1cm左右，并用红油漆标记，作为测点。
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<H<2D 10~20
H<D 5~10
2）量测仪器的选用。
地表沉降通常采用精密水准仪和配套的精密水准尺进行量测。
3）监控量测的方法和实施。
首先沿隧道轴线方向每隔100M～150M埋设一个水准工作基点构成水准网，工作基点埋设在稳定的基岩面上并与隧道开挖线保持一定距离，以免受隧道施工影响工作基点的稳定，采用现浇混凝土方式埋设，工作基点按照《二等水准测量规范》联测，每3个月复测一次，检测出现异常时必须先复查工作基点，特殊情况加密复测频率。对每个断面上的监测点也按照《二等水准测量规范》进行观测，依次对每条断面上的监测点进行闭合或符合水准路线测量。地表下沉量测应在开挖工作面前方H0+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直至衬砌结构封闭，下沉基本停止时为止。量测频率应与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同，初始读数应在开挖后12小时内完成。
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。
4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
5结束语
通过对公路隧道的拱顶下沉、水平收敛、地表沉降、喷层应力、钢拱架应力等多项涉及围岩稳定性及支护合理与否的参数进行跟踪量测，实时确定了合理的二次衬砌施工时间，成功避免了施工中重大安全事故的发生，确保了隧道施工安全和质量，对隧道施工具有指导意义。
作者简介
肖显明（1979-），男，汉族，河南兰考人，本科，职称：初级工程师，研究方向：测绘，从事的工作：测绘。 |
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