隧道洞口高邊坡變形三維監(jiān)控研究

1、隧道洞口高邊坡變形三維監(jiān)控研究摘要：本文依托廣州某高速隧道為工程背景，采用后方交會的方法 建立一個近似于隧道施工坐標系的相對獨立坐標系統(tǒng)，作為隧道洞口高邊 坡變形監(jiān)測的控制網(wǎng)，在三角網(wǎng)基礎(chǔ)上進行自山設(shè)站觀測邊坡變形；研究 隧道洞口高邊坡三維變形的基本規(guī)律和邊坡主滑方向的三維變形特征，對 其他工程具有一定的實用價值。關(guān)鍵詞：示方交會三維監(jiān)控變形監(jiān)測中圖分類號：u672. 7+4文獻標識碼：a0前言某高速隧道洞口邊坡地勢陡峻，高差30多米的邊坡，左、右線洞門 段圍料iv級，巖性為強屮風化凝灰?guī)r，夾微風化凝灰?guī)r，富含基巖裂隙 水，局部有滲水現(xiàn)象。邊坡巖土層由坡積粉質(zhì)黏土和強風化凝灰?guī)r兩層構(gòu) 成，屬于

2、土質(zhì)邊坡類型。地表受水侵蝕、風化嚴重，加上在洞口段隧道埋 深較淺和右洞結(jié)構(gòu)偏壓，結(jié)構(gòu)上部巖土體難以形成承載拱。洞口仰坡地表 坡面容易受拉開裂、滑坡破壞、坍塌等破壞模式，經(jīng)地表水侵入，其穩(wěn)定 性就很難得到保證。因此，洞口段邊坡的穩(wěn)足性是隧道施工監(jiān)控必須認真 對待的問題。邊坡變形監(jiān)測控制網(wǎng)的建立隧道洞口邊坡地勢陡，高相差30多米，采用傳統(tǒng)的水準儀方式來測量根木行不通。根據(jù)邊坡變形監(jiān)測及全站儀的特點，采用后方交會自由設(shè) 站的方法建立一個近似隧道坐標系統(tǒng)的監(jiān)控網(wǎng)，所獲得的數(shù)據(jù)能基本精確 地反映出洞口邊坡在隧道前進方向和隧道斷面方向的水平位移及總體位 移情況，滿足變形監(jiān)測的需要。后方交會自由設(shè)站的方法為

3、：通過兩個已知點控制點來建立起三個相 對坐標點的三角控制網(wǎng)，在三角網(wǎng)基礎(chǔ)上進行口山設(shè)站測量隧道地表沉 降。這種方法優(yōu)點有： 不受兩個已知點的變化和本身兩點坐標精度的 影響，增加了坐標的穩(wěn)定性和準確性； 把已知點增加到3個，精度提 高；不但能知道測點的變化高程，但可以根據(jù)坐標的變化預(yù)測到邊坡滑 移趨勢。采用后方交會法建立新的測站點p的精度分析表明：p點坐標中 誤差m =±1 min o用相對坐標的自山設(shè)站來測量地表沉降注意事項：最 好在一個高平臺上，使得仰角變小，減少視差；盡量選擇在每一天同一時 間同一個點上設(shè)站量測，也輸入實際儀器高，使得每次測量的環(huán)境變量一 樣，減少誤差；設(shè)置限差坐

4、標x、y和h不超過±0.5nmi ,測量結(jié)果誤差 不得超過±05mnu從地形分析及測量結(jié)果看，al、a2、a3這3個控制點 的位移量很微小，可作為短期內(nèi)固定點。如果al、a2、a3點每次測量變化 較大或測站點遭到破壞時，建議用線性或其他方法求解出3點的近似值再 使用。同時，為保險起見，可加設(shè)另一個點作為檢核。鑒于邊坡地形陡峭，邊坡的監(jiān)測網(wǎng)共布置5個斷面，編號為zl、z2、 z3、y1和y2斷面，各監(jiān)測斷面的中心樁號分別是zk56+020、zk56+025、 zk56+03k yk56+040、yk56+046?？偣灿?5個監(jiān)測點,監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)根據(jù) 邊坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、空間形態(tài)及所

5、處階段，選擇關(guān)鍵的監(jiān)測部位，本著少而 精的原則，選擇監(jiān)測參數(shù)，注意突出重點，兼顧整體，合理布置監(jiān)測網(wǎng)點, 選點原則為最能反映邊坡滑移最敏感的地方（見圖1）,地形特別造成測點 分布比較分散，難以在同一個斷面埋多個測點。測點布設(shè)要求：在測點位 置挖長、寬、深均為150nini的坑，然后放入地表測點預(yù)埋件，埋件采用g 22nnn螺紋鋼筋制成，鋼筋截面帶有十字形狀，測點四周用栓填實，待檜固 結(jié)后即可量測。圖1隧道進口高邊坡監(jiān)測點布置示意2邊坡變形監(jiān)測結(jié)果分析隧道進口端左洞口里程樁號zk56+020處地表變形沉降最大值為23 mm；進口端右洞口里程樁號yk56+045處地表變形沉降最人值為31 mm。

6、沉降值最大的主要集中在距洞內(nèi)中心10m的范圍內(nèi)，z1斷面呈口左向右減 少的情況，主要造成原因是這里地層有較大落差；各個斷面的地表沉降槽 形分布不太明顯，與測點分布不均和高邊坡形狀有關(guān)系。從圖2到圖4可以看出，邊坡變形大致可以總結(jié)以下規(guī)律：d當上臺階和下臺階挖過監(jiān)測斷面沉降速率較人，最大沉降速率達 到4 mm/d,沉降量達到總沉降量的7587%;2）至t二60天時，左線下臺階離監(jiān)測斷面距離約約為6. 5d （d為隧道跨度），右線下臺階離監(jiān)測斷面距離約為4d后，地表沉降很小，基本穩(wěn)定；3 ）左線開挖對右洞上方的測點影響不大，同樣右線開挖也對左洞上 方的測點影響不大，覆土厚度越大變形也越小，施工對邊

7、坡的擾動是有一 定范圍的，越遠影響就越小。4）邊坡的滑移方向以坐標軸x的負方向和坐標軸y的正方向為主， 即隧道縱向出口方向和隧道前進方向的右側(cè)滑移，但變形都比較小，隧道 邊坡比較穩(wěn)定。本節(jié)論文主要是研究隧道施工對邊坡穩(wěn)定性的影響，并未考慮隧道邊 坡開挖后到進洞這一段時間邊坡的沉降量，所以邊坡總體的沉降量并不是 很大。此外，利用南方cass7. 0展開每天隧道邊坡監(jiān)控的數(shù)據(jù)，能快速的 判斷隧道邊坡的滑移方向和滑移情況?？偨Y(jié)隧道邊坡三維監(jiān)測表明邊坡位移呈三維特征，隧道變形主要表現(xiàn)為沉 降變形和側(cè)向變形，且隧道垂直方向的位移量最人,邊坡的主滑方向以隧 道縱向出口方向和隧道前進方向的右側(cè)滑移，但變形都

8、比較小，隧道邊坡 比較穩(wěn)定；結(jié)合洞內(nèi)靠近洞口段圍巖變形數(shù)據(jù)分析表明，右洞變形較大口 存在偏壓情況，反映出邊坡變形與靠近洞口段i韋i巖變形是相一致的，可以 作為圍巖-邊坡體系來研究；靠近洞口段隧道圍巖自穩(wěn)能力較差，隧道開挖 過程中，其沉降變形和水平變形均較人，而邊坡變形主要發(fā)生在該段隧道 施工階段，所以隧道開挖過程中應(yīng)嚴格控制爆破藥量及進尺尺度，并及時 進行效的支護，防止洞頂巖體產(chǎn)生松弛破壞或冒頂而為上部巖體提供變形 空間。此外，如能進一步采用有限元軟件flac3d建立三維模型，分析和 比較隧道洞口刷坡后和隧道開挖后巖體的應(yīng)力特征、位移特征和探討邊坡 的穩(wěn)定性情況，這樣更好。參考文獻1 全站儀在隧道開挖施工三維變形監(jiān)測中的應(yīng)用.王浩，葛修潤. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(增)j, 1999, (8): 1217 - 12192 隧道洞口邊坡變形監(jiān)測的一種方法j.賈海濤，李全海，尹光輝. 東北測繪，2002, 1 (25) :35 - 373 黃俊，劉學(xué)增隧道洞口沉降分析與變形預(yù)測j.現(xiàn)代隧道 術(shù)，2007,8(44)