公路隧道監(jiān)控量測運用綜述

1、公路隧道監(jiān)控量測運用綜述 目前，公路隧道普遍采用的施工方法為新奧法(即復(fù)合式襯砌)，其基本原理為充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用，采用以錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，及時對圍巖進行加固，約束圍巖的松弛和變形，并通過對圍巖和支護結(jié)構(gòu)的監(jiān)控、測量來指導(dǎo)地下工程的設(shè)計與施工。隧道監(jiān)控量測是隧道新奧法設(shè)計和施工的重要組成部分，對于及時了解隧道開挖后的變形狀況，確定和研究隧道支護效果及隧道安全施工具有十分重要的意義。其主要作用有:(1)確保施工安全及結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性;(2)驗證支護結(jié)構(gòu)效果，確認支護參數(shù)和施工方法的準確性，為調(diào)整支護參數(shù)和施工方法提供依據(jù)并優(yōu)化設(shè)計，以達到動態(tài)設(shè)計的目的;(

2、3)確定二次襯砌施作時間;(4)積累量測數(shù)據(jù)，為信息化設(shè)計與施工提供依據(jù)。 1工程概況 阿爾格勒特山隧道為一座上、下行分離式的四車道高速公路長隧道，右線全長2515m，左線全長2479m。隧道最大埋深約95m，暗洞最小埋深約6m。隧道基本處于基巖裸露區(qū)，基巖為泥盆系呼吉爾斯特組和朱魯木特組(d2h+3z)安山巖、安山玢巖等。地質(zhì)構(gòu)造相對復(fù)雜，隧址區(qū)為一短軸背斜軸部，發(fā)育有一系列斷層和褶皺，在隧道擬穿越地段，發(fā)育有兩條斷裂。隧道圍巖為、級，對應(yīng)的隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計類型為、q、a、b、q、型襯砌，采用光面控制爆破，級圍巖按全斷面開挖;、級圍巖按上下臺階法開挖。隧道支護襯砌參數(shù)見表1。 2施工監(jiān)測設(shè)計 2

3、.1監(jiān)測項目、方法及頻率 根據(jù)設(shè)計圖紙和施工規(guī)范要求，本隧道施工監(jiān)測項目、方法及頻率見表2。 2.2監(jiān)測控制標準 位移控制基準見表3。 3施工監(jiān)測分析 3.1地質(zhì)和初期支護觀察 3.1.1觀測內(nèi)容 3.1.1.1對開挖后沒有支護的圍巖(1)巖質(zhì)種類和分布狀態(tài)，近界面位置的狀態(tài);(2)巖性特征:巖石的顏色、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造;(3)地層時代歸屬及產(chǎn)狀;(4)節(jié)理性質(zhì)、組數(shù)、間距、規(guī)模、節(jié)理裂隙的發(fā)育程度和方向性，斷面狀態(tài)特征，充填物的類型和產(chǎn)狀等;(5)斷層的性質(zhì)，產(chǎn)狀，破碎帶寬度、特征;(6)溶洞的情況;(7)地下水類型，涌水量大小，涌水壓力，濕度等;(8)開挖工作面的穩(wěn)定狀態(tài)，頂板有無剝落現(xiàn)象

4、;(9)核準圍巖級別。 3.1.1.2開挖后已支護段(1)初期支護完成后對噴層表面的觀測及裂縫狀況的描述和記錄;(2)有無錨桿被拉脫或墊板陷入圍巖內(nèi)部的現(xiàn)象;(3)噴混凝土是否產(chǎn)生裂隙或剝離，要特別注意噴混凝土是否發(fā)生剪切破壞;(4)有無錨桿和噴混凝土施工質(zhì)量問題;(5)格柵鋼架有無被壓彎現(xiàn)象;(6)是否有底鼓現(xiàn)象。 3.1.1.3洞外觀察主要是了解洞口、洞身和淺埋段的地表變形、開裂情況，判別松動區(qū)范圍。 3.1.2觀測方法 利用地質(zhì)素描、照相或攝像技術(shù)將觀測到的有關(guān)情況和現(xiàn)象進行詳細記錄，觀測中，如發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，要詳細記錄地質(zhì)和支護狀態(tài)信息，發(fā)現(xiàn)的時間、具體的里程位置。 3.1.3測試儀器地

5、質(zhì)羅盤，地質(zhì)錘，放大鏡，數(shù)碼照相機。 3.1.4結(jié)果分析 監(jiān)測過程中，通過人工肉眼觀察(必要時進行拍照和量測)，描述和記錄隧道掌子面和支護的地質(zhì)情況、巖層產(chǎn)狀、裂隙、地下水、溶洞、滲水等影響工程施工的因素;同時描述和記錄圍巖支護效果，以此對圍巖穩(wěn)定性做出經(jīng)驗性的評價，判斷圍巖類別是否與設(shè)計相符，從而指導(dǎo)施工安全、高效地進行。實踐證明，對隧道掌子面的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)的觀察和描述，對于判斷圍巖穩(wěn)定性和預(yù)測開挖面前方地質(zhì)條件十分重要;掌子面附近初期支護的觀察和裂縫描述，對于圍巖穩(wěn)定性的判斷和開挖方法及支護參數(shù)的檢驗也是不可缺少的。 3.2地表下沉 3.2.1測點布置 在隧道淺埋地段，洞室開挖的擾動

6、會直接影響到地面，通過對地面沉降的監(jiān)測，可直接判斷施工狀態(tài)的好壞。在隧道左、右洞進、出口，垂直于隧道軸線共埋設(shè)了5個主斷面，在每個主斷面按照設(shè)計間距布置各監(jiān)控點。對地面沉降，現(xiàn)選取隧道進口右洞某斷面對變形加以分析，監(jiān)控點埋設(shè)布置情況見圖1。 3.2.2量測數(shù)據(jù)各監(jiān)控點編號以距離隧道中心線上方地表處的距離值進行編號，各監(jiān)控點累計沉降量表4，根據(jù)表繪制各監(jiān)控點累計沉降量見圖2。 3.2.3地表沉降分析 由圖2可以看出:地表沉降最大值發(fā)生在隧道中心上方地表處，并沿襯砌中心線向兩邊遞減擴散。 3.3水平凈空收斂和拱頂下沉 3.3.1數(shù)據(jù)整理 選取隧道內(nèi)級圍巖某斷面開挖時的拱頂沉降和水平凈空收斂監(jiān)測數(shù)據(jù)

7、進行分析，其拱頂沉降和水平凈空收斂監(jiān)測數(shù)據(jù)見表5。 3.3.2水平凈空收斂回歸計算 將表5水平凈空收斂數(shù)據(jù)分別按指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、雙曲函數(shù)進行回歸計算得到以下三個方程:指數(shù)函數(shù):u=21.4682e(1.9268/t)相關(guān)系數(shù)r=0.9885對數(shù)函數(shù):u=24.88447.3965/lg(1+t)相關(guān)系數(shù)r=0.9482雙曲函數(shù):u=t/(0.2383+0.0315t)相關(guān)系數(shù)r=0.9916結(jié)論:以上三種回歸方程中雙曲函數(shù)的相關(guān)系數(shù)r的絕對值最趨近1，其回歸精度較高，故選用u=t/(0.2383+0.0315t)代表該斷面水平凈空收斂水平測線的收斂情況(圖4)。 3.3.3拱頂沉降回歸計算

8、 將表5拱頂沉降收斂數(shù)據(jù)分別按指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、雙曲函數(shù)進行回歸計算得到以下三個方程:指數(shù)函數(shù):u=33.1320e(1.5854/t)相關(guān)系數(shù)r=0.9913對數(shù)函數(shù):u=38.261010.3934/lg(1+t)相關(guān)系數(shù)r=0.9669雙曲函數(shù):u=t/(0.1056+0.0244t)相關(guān)系數(shù)r=0.9961結(jié)論:以上三種回歸方程中雙曲函數(shù)的相關(guān)系數(shù)r的絕對值最趨近1，其回歸精度較高，故選用u=t/(0.1056+0.0244t)代表該斷面拱頂沉降的收斂情況(圖5)。 3.3.4分析及應(yīng)用 3.3.4.1水平凈空收斂分析根據(jù)選定的雙曲函數(shù)方程回歸曲線進行分析，求得其最終總位移量為1/b

9、=31.75mm，當開挖后23d后，其位移量為21.21mm，為總位移量的67%，根據(jù)求導(dǎo)公式求得第23d的位移速率為0.26mm/d，根據(jù)公路隧道施工技術(shù)規(guī)范(jtj0422004)9. 3.4可判定圍巖及初期支護水平凈空收斂在開挖23d后還未穩(wěn)定，不能進行下道工序二次襯砌施工，需繼續(xù)進行監(jiān)測。 3.3.4.2拱頂沉降分析根據(jù)選定的雙曲函數(shù)方程回歸曲線進行分析，求得其最終總位移量為40.98mm，當開挖23d后，其位移量為31.35mm，為總位移量的76%，根據(jù)求導(dǎo)公式求得第23d的位移速率為0.24mm/d，根據(jù)公路隧道施工技術(shù)規(guī)范(jtj04204)9.3.4可判定圍巖及初期支護拱頂沉降在開挖23d后還未穩(wěn)定，不能進行下道工序二次襯砌施工，需繼續(xù)進行監(jiān)測。 3.3.4.3綜上分析，可得出以下結(jié)論:此段圍巖在開挖23d后圍巖周邊位移及拱頂沉降均未穩(wěn)定，不得進行二次襯砌施工，