隧道工程監(jiān)控量測(cè)技術(shù)的應(yīng)用詳解

1、隧道工程監(jiān)控量測(cè)技術(shù)的應(yīng)用摘 要： 根據(jù)寶雞至蘭州客運(yùn)專(zhuān)線十標(biāo)段蘇家川隧道工程監(jiān)控量測(cè)實(shí)例，介紹蘇 家川隧道的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)工作、 量測(cè)方法、 量測(cè)數(shù)據(jù)處理和分析以及實(shí)行監(jiān)控量 測(cè)所產(chǎn)生的效果。關(guān)鍵詞： 監(jiān)控量測(cè) 地表沉降 拱頂沉降 凈空收斂1 隧道概況寶蘭客運(yùn)專(zhuān)線通渭至榆中段蘇家川隧道位于定西市安定區(qū)，隧道起訖里DK929+205- DK929+964隧道長(zhǎng)759m為雙線隧道，隧道洞深最大埋深 55m蘇 家川隧道地處黃土高原西北部，東河左岸，黃土梁峁區(qū)，地面高程19402000m 相對(duì)高差2060m在水流切割侵蝕作用下沖溝發(fā)育，溝深坡陡。隧道洞身均位 于直線上，洞內(nèi)坡度為3%。的單面上坡。根據(jù)

2、設(shè)計(jì)資料隧道洞身通過(guò)的地層主要為第四系上更新統(tǒng)砂質(zhì)黃土、礫砂、 上第三系泥巖，詳述如下：第四系上更新統(tǒng)1）砂質(zhì)黃土（ Q3eol3）:主要分布于梁頂，淺黃-灰黃色，厚度20-50m, 土質(zhì)均一，顆粒以粉粒為主，土體較疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，蟲(chóng)孔及針狀孔隙發(fā)育， 表層含有植物根系，硬塑，U級(jí)普通土，S0=150kPa。2） 砂礫（Q3eol5）:主要分布在隧道進(jìn)口砂質(zhì)黃土以下，褐色，厚2-5m,成分以石英、長(zhǎng)石為主，中密，潮濕，1級(jí)松通土，S0=300kPcb3）細(xì)圓礫土（ Q3ol6）:淺灰色，青灰色，厚度1-2m，主要成份為花崗巖、 砂巖等，；粒徑20-60mm的約占20% 2-20mm的約占6

3、0% 其余為砂土充填，渾 圓狀，中密，飽和，U級(jí)普通土，S 0=400kPa。第四系中更新統(tǒng)（ Q2）1）砂質(zhì)黃土（ Q3eol3）:主要分布于上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土層以下，厚度10-20m,灰黃色，土質(zhì)均一，顆具蟲(chóng)孔及大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，潮濕，硬塑，川級(jí)硬土，S 0=180kPa2）礫巖（Q2PI5）:褐黃色，厚1 5m,成分以石英、長(zhǎng)石為主，潮濕飽和，I 級(jí)松通土，S 0=300kPa上第三系（ N2）上第三系泥巖（N2MS：棕紅色、褐色、淺灰色，成分以粘土礦物為主，泥 質(zhì)結(jié)構(gòu)、層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，輕微膠結(jié)，成巖作用差，巖質(zhì)較軟弱，遇水 易軟化，巖石天然抗壓強(qiáng)度為 0.35-1.27M

4、pa ;川級(jí)硬土，S 0=300kPa完整基 巖，W級(jí)軟巖，S 0=400kPa具若膨脹性。隧道位于隴西系內(nèi)旋褶帶， 隧道洞身通過(guò)第四系上更新統(tǒng)砂質(zhì)黃土， 地層穩(wěn) 定，未見(jiàn)明顯構(gòu)造跡象。蘇家川隧道進(jìn)口、 出口均為東河的支溝， 平時(shí)干涸無(wú)水， 僅在暴雨季節(jié)有暫 時(shí)性水流， 水量一般不大。 隧道洞身穿越黃土層， 區(qū)內(nèi)地下水主要為黃土孔隙裂 隙水，賦存于第四系砂質(zhì)黃土孔隙裂隙水中， 區(qū)內(nèi)降雨量少， 地下水受大氣降水 季節(jié)性補(bǔ)給，補(bǔ)給條件有限。地下水對(duì)混凝土存在氯鹽、硫酸鹽及鎂鹽侵蝕性， 侵蝕性等級(jí)為L(zhǎng)2、H3和H1。2 監(jiān)控量測(cè)目的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是新奧法復(fù)合式襯砌設(shè)計(jì)、 施工的核心技術(shù)之一， 其信息反

5、饋 資料是指導(dǎo)施工、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，其主要目的為：（ 1 ：及時(shí)掌握、反饋圍巖力學(xué)動(dòng)態(tài)及穩(wěn)定程度，支護(hù)、襯砌的可靠性等信 息，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的施工隱患，防患于未然，保障圍巖穩(wěn)定和施工安全。（ 2：根據(jù)“新奧法”原理，通過(guò)圍巖量測(cè)，確定初期支護(hù)和二次襯砌的合 理施作時(shí)間。（ 3：確定支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，參數(shù)和支護(hù)時(shí)間，掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài);及 時(shí)修改支護(hù)參數(shù)，優(yōu)化施工方案。（ 4：積累經(jīng)驗(yàn)，為施工中調(diào)整圍巖級(jí)別、修改支護(hù)措施、變更施工工法方 法提供參考依據(jù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及實(shí)際地質(zhì)情況， 蘇家川隧道監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目定為： 洞外觀察 （地質(zhì)及支護(hù)狀況觀察： ，隧道周邊位移量測(cè)（拱頂下沉量測(cè)和水平凈空收斂量

6、測(cè)：。3 量測(cè)方法3.1 洞內(nèi)、外觀察采用肉眼觀察、地質(zhì)素描、地質(zhì)羅盤(pán)量測(cè)、數(shù)碼攝像記錄等方法。( 1 ) 洞內(nèi)觀察。通常分為開(kāi)挖工作面觀察和施已施工地段觀察2 部分， 開(kāi)挖工作面觀察在每次開(kāi)挖后初噴混凝土之前進(jìn)行 1 次 ，當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況基本無(wú)變化 時(shí)可每天進(jìn)行 1 次，重點(diǎn)觀察記錄工作面的工程地質(zhì)與水文情況，并繪制 開(kāi)挖 面略圖(地質(zhì)素描 ) ，填寫(xiě)工作面狀態(tài)記錄表及圍巖級(jí)別判定卡； 地質(zhì)復(fù)雜地段留 有影像資料，觀察中發(fā)現(xiàn)圍巖條件惡化時(shí)立即采取相應(yīng)處理措施。開(kāi)挖工作面地質(zhì)描述圖包括：地層、巖石分布、巖層走向、傾角，固結(jié) 程度、風(fēng)化及變質(zhì)程度、軟硬程度；裂隙方向及頻率、填充物及性質(zhì)，斷層位 置及

7、走向、傾 角、破碎程度；涌水位置及涌水量，塌方位置及形態(tài)。對(duì)初期支護(hù)完成區(qū)段的觀察每天至少進(jìn)行 1次。觀察內(nèi)容包括：錨桿。 安裝位置及方向；灌漿是否飽滿；墊板的松緊狀態(tài)； 噴射混凝土。厚度及其 與圍巖密貼情況、裂紋發(fā)生位置、種類(lèi)、寬度及長(zhǎng)度；涌水處所及涌水量。鋼 架。架設(shè)位置是否正確，不得侵入襯砌斷面；背后是否與圍巖密貼；背后回填不 得用土塊及干砌片石，應(yīng)用噴射混凝土填滿。( 2 ) 洞外觀察重點(diǎn)在洞口段和洞身淺埋段。 常情況下每 2 天觀察 1 次 ， 特殊情況下如 洞口附近施工、雨季時(shí)，每天 1 次。 觀察內(nèi)容包括對(duì)洞口地表情況、地表沉陷 裂縫、 邊坡及仰坡的穩(wěn)定、地表水滲透的觀察，并做好

8、記錄。3.2 地表沉降量測(cè)隧洞明洞段邊仰坡開(kāi)挖前，在隧道出入口各設(shè) 3個(gè)量測(cè)斷面，間距5m測(cè) 點(diǎn)沿地面布置在隧道軸線及其兩側(cè) 35個(gè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距25 m (中間間距小， 兩邊間距大)，采用全站儀測(cè)量。測(cè)點(diǎn)埋入地表以下3050cm,采用混凝土灌注，外露鋼筋頭34cm開(kāi)挖前 進(jìn)行初始值測(cè)量，施工過(guò)程中全程監(jiān)控，直到沉降穩(wěn)定以后停止測(cè)量地表沉降橫向測(cè)點(diǎn)布置示意圖備注：H-隧道拱頂開(kāi)挖輪廓線至地表的間距；B-隧道開(kāi)挖最大凈空面尺寸 3.3拱頂下沉及水平收斂量測(cè)隧道開(kāi)挖后，盡可能早的在隧道的拱頂、拱肩、拱腰等部位分別埋設(shè)觀測(cè)標(biāo)。 測(cè)量監(jiān)控?cái)嗝婷扛?m設(shè)置，每個(gè)斷面埋設(shè)11個(gè)，分別布置與拱頂中心及拱頂中

9、心兩側(cè)水平間距2.5m處，拱頂120。加角線處、開(kāi)挖最大凈空斷面處、內(nèi)規(guī)頂 面處、仰拱中心兩側(cè)水平間距4.75m處。具體布置見(jiàn)隧道圍巖監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置 示意圖。隧道圍巖監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置示意圖(1) 測(cè)標(biāo)要求在開(kāi)挖后12h內(nèi)完成初讀書(shū)，最遲不得大于 24h且在下一循 環(huán)開(kāi)挖前必須完成。（2）隧道淺埋地段地表下沉的量測(cè)宜與洞內(nèi)凈空變化和拱頂下沉量測(cè)在同 一橫斷面內(nèi)，采用全站儀量測(cè)收斂變形。（3）觀測(cè)標(biāo)埋設(shè)深度50 cm左右，鉆孔直徑同錨桿，采用早強(qiáng)錨固劑固定, 測(cè)標(biāo)表面用保護(hù)罩防護(hù)；3.4監(jiān)控量測(cè)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)（1）各項(xiàng)量測(cè)作業(yè)均應(yīng)持續(xù)到變形速率明顯下降并趨于緩和；水平凈空收 斂小于0.2mm拱部下沉下

10、沉速率小于 0.15mm/d。（2） 施作二襯前的累計(jì)位移值達(dá)已達(dá)極限位移值的90沖上。3.5 數(shù)據(jù)采集頻率根據(jù)施工開(kāi)挖監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)圖的要求， 同時(shí)為了滿足數(shù)據(jù)分析的需要，測(cè)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(jiàn)表2。表2數(shù)據(jù)采集頻率項(xiàng)目名稱(chēng)量測(cè)間隔時(shí)間地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀察每次開(kāi)挖后進(jìn)行水平凈空收斂、拱頂下 沉量、地表沉降爆破后24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行> 5mm15mm0.51mm0.20.5mmv 0.2m2次/天1次/天1次/2天1次3天1次凋4量測(cè)數(shù)據(jù)的整理與分析監(jiān)控量測(cè)小組對(duì)隧道相應(yīng)斷面的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行凈空水平收斂量測(cè)及拱頂下沉的同步量測(cè)、記錄，并將所有監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)上傳至“監(jiān)測(cè)信息管理

11、平臺(tái)”，由監(jiān)控 平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和回歸分析，進(jìn)行非線性回歸計(jì)算，得到相應(yīng)圍巖的收斂速度及變形加速度，并繪制凈空水平收斂時(shí)態(tài)曲線、拱頂下沉?xí)r態(tài)曲線；施工單位、 監(jiān)理和業(yè)主，可通過(guò)登錄監(jiān)控量測(cè)系統(tǒng)隨時(shí)隨地掌握隧道圍巖變形情況，對(duì)隧道已支護(hù)段施工提出相應(yīng)的處理措施， 保證施工安全；并對(duì)工作面前方未開(kāi)挖部分 的地質(zhì)情況作出了預(yù)報(bào)，便于施工中采取事先有效的預(yù)防措施， 提高工程的進(jìn)度 和工效。(1)拱頂下沉量測(cè)拱頂下沉采用全站儀量測(cè)，量測(cè)斷面與周邊位移量測(cè)斷面相對(duì)應(yīng)。數(shù)據(jù)上傳 “監(jiān)測(cè)信息管理后平臺(tái)”，平臺(tái)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪出拱頂下沉 s與時(shí)間t 的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)進(jìn)行一元非線性回歸計(jì)算，繪出拱頂下沉

12、S與時(shí)間t的圓滑變化 曲線，判斷拱頂下沉的變化速率相對(duì)較小，變形呈收斂趨勢(shì)，圍巖趨于穩(wěn)定。如 蘇家川隧道DK929+61斷面拱頂下沉量測(cè)時(shí)態(tài)曲線圖。尸aMfl-.SMA.fs.FGD929M 610 1 ;1劉1目町句國(guó)爼貶2矽年月曰)60929*610 1 t1=打間那疋勻00929+610-2塑則邇劉白凹戎芟1.V30一 1鯉#c 1-545-1住 LWJ2 J 彌“ - wg JUSH乏>4R J-lsy4H.frtail:wa12-1JL-B1311-12L3-1.丄皿U'll-ID ll-LI-ld 13-1L-11GDS26£D-2ta-L 丄-Bl1J-1

13、1-12 U-ll-lt13-11-10L1-11-L4 Ll-ll-Ll日畫(huà)洱-斤日）IL'- L1-4J1J-11-1213-11-lt：3> 1-1G 13-lVld 15-11-1K日旣年-耳弟）009294610-3 劃BTI旬謝觀GD92946L0 3農(nóng)計(jì)甞眄附煽SUH 13 UGDI 眇31 w 49利攻 14E.a ipSm.7UjH r441 J 14£-2二 94P11-11-123Q-? 2 0g。/傀-10-S5TLJ-11-1A1311 1Q 1311 H 1311 ISll»jU 唱 13*11-1313*21*14.口七 1013

14、-11-141311-lEiUte2G>J.b=3S»b1L3-11-15蘇家川隧道出口 DK929+610斷面拱頂下沉量測(cè)時(shí)態(tài)曲線圖從隧道DK929+61斷面這個(gè)具有代表性的“隧道拱頂下沉?xí)r態(tài)曲線”可以判 斷出，該隧道拱頂下沉絕對(duì)值相對(duì)較大 （在142m左右），隧道開(kāi)挖過(guò)程中圍巖一 直在發(fā)生著變形，7天后仰拱閉合成環(huán)，基本趨于穩(wěn)定。（2）水平凈空收斂量測(cè)蘇家川隧道水平凈空收斂均采用全站儀量測(cè)， 隧道凈空水平收斂量測(cè)數(shù)據(jù)上 傳監(jiān)控量測(cè)信息系統(tǒng)后，系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量成果繪出周邊位移s與時(shí)間t的對(duì)應(yīng)分散點(diǎn), 同時(shí)進(jìn)行一元非線性回歸計(jì)算，繪出周邊位移s與時(shí)間t的圓滑變化曲線。如蘇家 川隧道

15、出口 DK929+61斷面凈空水平收斂時(shí)態(tài)曲線圖，可判斷凈空水平收斂的變 化速率相對(duì)較小，變形呈收斂趨勢(shì)，圍巖趨于穩(wěn)定。ZB929+&10-L已漏（爭(zhēng)片日.二丘蘭丄.ZBy-29+blOLi3*irio 13-u'14ZB929+ttlO 1杲計(jì)值剛同曲耀 如2513-ii-a13-11-1213-11-16-E-f13-11-1313-LI-L3 13-il-JT13 11 H 13 11. 1«13 U 19日疥牟咼mZB929+ 610-21廿習(xí)曲違豎ZB9 29+6： 0-2E亙曲參13-11-1313-11-17& 3 1 1 3 3 J-b EE&

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17、-14 1J-H44IO J 1-1T r匚坦工韭1J-11-Q13-11-9L3-L1-H313-11-1113-11-121J-11-L313-111432-11-15 13-LL-lfc 0-11-17H數(shù)比目舊)-! * ZBSZM1D-1 - > ZB&Z9+61EF-2蘇家川隧道出口 DK929+610斷面凈空水平收斂時(shí)態(tài)曲線圖(3) 地表下沉量測(cè)地表沉降量測(cè)采用全站儀，根據(jù)測(cè)量記錄，對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行一元非線性回歸 分析，作出地表下沉?xí)r態(tài)曲線。(4) 回歸分析在實(shí)際量測(cè)中，由于量測(cè)人員、條件等因素的限制，必然產(chǎn)生偶然誤差，量 測(cè)散點(diǎn)在圖中呈上下波動(dòng)。由于監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)一般不具有線性關(guān)系，而是曲線關(guān)系，需進(jìn)行一元非線性回歸分析。5結(jié)束語(yǔ)通過(guò)對(duì)蘇家川隧道的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析和隧道現(xiàn)場(chǎng)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13mm/d拱頂下沉位移速度v 5mm/時(shí)，可以認(rèn)為圍巖已基本穩(wěn)定。二次襯砌按承受部分圍巖壓力設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)量測(cè)結(jié)果確定二次襯砌施作的適當(dāng)時(shí)間，施作過(guò)早可能使二次襯砌承受過(guò)大的荷載，施作過(guò) 遲則可能使初期支護(hù)破壞；(2) 隧道圍巖整體相對(duì)較差，自穩(wěn)性較弱，在仰拱開(kāi)挖后、未施加初期支護(hù) 的情