江蘇省寧南京淮淮安高速公路老山隧道監(jiān)控量測階段工作匯報中交二院課件

1、監(jiān)控量測階段工作匯報 中交第二公路勘察設(shè)計研究院江蘇省寧（南京）淮（淮安）高速公路老山隧道 寧淮高速老山隧道監(jiān)控量測項目組2004年10月20號 一、老山隧道監(jiān)測工作匯報 監(jiān)控量測的目的主要為，確保工程施工安全；信息反饋指導(dǎo)施工；為優(yōu)化變更設(shè)計方案提供依據(jù)等。監(jiān)控量測是隧道新奧法施工的三要素之一，由于隧道是地下工程，與地面工程不同，具有隱蔽性、復(fù)雜性和不可預(yù)見性的特征，監(jiān)控量測主要是在隧道施工過程中，通過對隧道結(jié)構(gòu)和圍巖的受力、變形的監(jiān)測，判斷隧道和圍巖是否穩(wěn)定和安全，評定初支和二襯設(shè)計的合理性。從而指導(dǎo)施工，通過反饋信息，對設(shè)計進行優(yōu)化。一、監(jiān)測工作的目的 根據(jù)老山隧道的環(huán)境條件、地質(zhì)條件、

2、施工方法和支護類型等，確定的監(jiān)測項目主要有地表沉降、隧道拱頂下沉、水平收斂、圍巖壓力、鋼支撐內(nèi)力、二襯鋼筋應(yīng)力、接觸壓力以及地質(zhì)與支護狀況觀察等。二、目前完成的監(jiān)測工作(1) 表1 老山一、二號隧道測點階段匯總表 圖1 拱頂和收斂測點布置圖 1、根據(jù)施工進度，按實施監(jiān)測方案在一號、二號隧道進出口進行了拱頂下沉、水平凈空變形測點的埋設(shè)及保護工作。測點斷面按類10m、類20m、類40m間距布設(shè)，特殊地段（斷層破碎帶等軟弱地段）測點布置加密。已埋設(shè)測點數(shù)量如表1所示 二、目前完成的監(jiān)測工作(2)圖2 圍巖壓力及初支內(nèi)力測點布置圖圖3 二襯應(yīng)力測點布置圖 2、在老山二號隧道出口左線ZK6+280、ZK

3、5+488,右線 YK5+583和一號進口左線ZK3+494 、右線YK3+500處進行圍巖壓力、初支內(nèi)力、初支與二襯間接觸壓力及二襯應(yīng)力測點埋設(shè)及保護工作。二、目前完成的監(jiān)測工作(3)表2 老山一、二號隧道測點階段匯總表 3、按照監(jiān)測方案測試頻率進行日常現(xiàn)場測試和地質(zhì)素描，并及時進行數(shù)據(jù)的分析處理和信息反饋，及時向省、市高指、監(jiān)理提交監(jiān)測分析周報和月報，一、二號隧道共提交周報56份，月報18份。 三、監(jiān)測成果分析(1) 1、基本掌握了洞內(nèi)拱頂下沉和收斂變形規(guī)律，變形大小主要受地層條件、施工方法、支護參數(shù)、洞室斷面等因素控制，位移在開挖面前后5m發(fā)展最快。 根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和變形曲線分析得出各施工

4、階段（上、下部開挖和仰拱開挖等）引起的拱頂下沉、收斂變形統(tǒng)計規(guī)律見表3、表4、表5。監(jiān)測成果分析(2)表3 一號隧道臺階法施工各階段拱頂下沉統(tǒng)計值(mm) 類圍巖地段比類圍巖地段拱頂下沉大，洞口沉降最大，一般在1420mm左右，其他地段沉降在1014mm，主要是洞口地層條件差，對地層的擾動也相對較大 。監(jiān)測成果分析(3)表4 二號隧道施工各階段拱頂下沉統(tǒng)計值(mm) 從統(tǒng)計結(jié)果看，二號隧道與一號隧道基本一致，只是二號隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法時拱頂下沉反而大一些，主要是二號隧道地層相對差一些，其次雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工工序多，對地層的擾動也多，再者其下部施工造成了較大的下沉 監(jiān)測成果分析(4)表5 隧道臺階

5、法施工各階段凈空收斂統(tǒng)計值(mm) 監(jiān)測成果分析(5)圖4 二號隧道左線中2( ZK6+359)拱頂下沉歷時曲線 2、從統(tǒng)計分析和拱頂下沉曲線來看，由上半斷面開挖引起的拱頂下沉約占總下沉量的40%60%，下半斷面開挖約占2030%，仰拱開挖引起的拱頂沉降約占1020%。典型的曲線見圖4、圖5。 監(jiān)測成果分析(6)圖5 一號隧道進口左線中4-2（ZK3+342）拱頂下沉歷時曲線監(jiān)測成果分析(7) 通過監(jiān)測分析確定：類上臺階法開挖斷面過測點20m30m變形穩(wěn)定，下臺階開挖斷面過測點10m20m變形穩(wěn)定，類圍巖上臺階開挖過測點10m20m穩(wěn)定，下臺階過測點10m20m穩(wěn)定。因而為充分發(fā)揮圍巖的自承力

6、，使圍巖適度變形，以減小支護負荷，并考慮施工干擾，臺階長度可不小于20m，在距仰拱20m30m就可以施作二襯。但由于洞內(nèi)地下水較少，圍巖較為穩(wěn)定，因而各施工階段引起的變形值不大，施工較為順利，臺階長度長，可以同步作業(yè)，減少各工序的施工干擾，有利于施工進度，臺階長度大小對施工安全和圍巖穩(wěn)定的影響不大，可按照對施工有利的方向確定臺階長度，對于圍巖較好地段（類以上），臺階長度可為4050 m。監(jiān)測成果分析(8)3、一、二號隧道部分地段都存在著下部開挖時由于開挖進尺多、支護不及時，使拱部長時間懸空造成拱頂下沉較大的現(xiàn)象，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪出拱頂下沉歷時曲線如圖6、圖7所示。圖6 一號隧道右線中5( YK6

7、+402)拱頂下沉歷時曲線 圖7 二號隧道右線中2( YK6+478)拱頂下沉歷時曲線 下半斷面開挖引起的拱頂下沉約有1520mm。這說明下半斷面的開挖對拱頂下沉影響很大，主要是下部開挖時，下部拱腳進尺長、暴露懸空時間長，拱部初支一側(cè)懸空，在上部荷載的作用下，極易發(fā)生大的沉降，變形主要是由拱部懸空引起的拱腳沉降，因而在下部開挖時，應(yīng)盡量縮短拱架架立時間，減小開挖進尺、及時噴砼，及時安設(shè)側(cè)向錨桿和鎖腳錨桿、早做仰拱，使初支結(jié)構(gòu)盡早封閉成環(huán)。監(jiān)測成果分析(9) 同樣的與拱頂下沉一樣，下部開挖過程中也存在著收斂數(shù)值相對較大的問題（圖9），下部拱腳開挖后，收斂增加34mm，這部分變形約占總變形量的20

8、%40%，所占比例較大，這是因為下部開挖，洞室高度增加，并再次擾動地層，在地質(zhì)相對較差地段，圍巖側(cè)向水平壓力增加大，地應(yīng)力以位移的形式從洞室側(cè)向釋放，導(dǎo)致水平側(cè)向變位增加多，因而應(yīng)嚴格按設(shè)計施工，及時安設(shè)側(cè)向錨桿和鎖腳錨桿，并早做仰拱，以控制側(cè)向變位。左拱腳開挖右拱腳開挖仰拱施工圖8 二號隧道左線ZS2(ZK6+359)收斂歷時曲線 4、凈空收斂變形發(fā)展與拱頂下沉基本一致，縱向影響距離約為兩倍的洞徑范圍，開挖初期變形快，后期變形曲線趨緩。監(jiān)測成果分析(10)圖9二號隧道左線ZS8(ZK6+210)收斂歷時曲線 監(jiān)測成果分析(11)5、及時掌握分析斷層破碎帶等軟弱地段的圍巖變形信息，如在1號出口

9、左線ZK4745處得出的圍巖變形監(jiān)測信息，為確定施工方案和施工決策提供了參考。 圖10一號隧道出口斷層中8-2（ZK4+749）拱頂下沉歷時曲線 此處斷層破碎帶寬度不大，影響范圍小，且斷層兩側(cè)巖層穩(wěn)定，圍巖整體性能好，此處設(shè)計施工參數(shù)適當，采取的措施較好，因而此處隧道各項變形較小，變形發(fā)展與其他地段一致，下部支護后很快趨于穩(wěn)定。 圖11 二號隧道緊急停車帶( YK6+70)拱頂下沉歷時曲線 緊急停車帶段累計下沉11.83mm，擴挖初期沉降速率較大，34天后變形速率減小，曲線趨緩，89天后變形有加速的跡象，主要是開挖初期施加錨支護后，變形受到抑制，但由于此處跨度大，在后續(xù)爆破開挖的持續(xù)擾動下，由

10、于未及時安設(shè)鋼拱支撐，變形加劇，此后通過及時安設(shè)鋼拱支撐和噴砼支護手段，增加支護剛度和強度，其變形得到遏制，并很快趨于穩(wěn)定。在設(shè)置鋼拱支撐后擴挖段下沉約1mm左右，這說明在擴挖段設(shè)置鋼支撐是非常有必要的。監(jiān)測成果分析(12)6、二號隧道緊急停車帶變形異常分析圖12 一號隧道右線（YK3+500）圍巖壓力分布圖(MPa) 監(jiān)測成果分析(13)7、圍巖壓力測試表明：一、二號隧道圍巖壓力在1.2510-38.4010-1 Mpa之間，圍巖壓力都較小，圍巖壓力在下部拱腳和仰拱開挖通過測試斷面時，其圍巖壓力表現(xiàn)為有增有減，圍壓處于不斷變化的多次重分布階段，調(diào)整階段壓力變化規(guī)律不明顯，總體上分布規(guī)律性差，

11、相對來說，拱腰和墻腳處壓力較大。圍巖壓力分布如圖12、圖13所示。 圖13 二號隧道（ZK5+488）圍巖壓力分布圖(MPa) 監(jiān)測成果分析(14) 從監(jiān)測的結(jié)果看，類圍巖比圍巖地段的壓力大，二號隧道左線的圍壓相對較大，這與此處為類圍巖，地層相對較差有關(guān)。左線圍巖壓力最大值為8.4010-1Mpa（在拱頂處，拱頂?shù)貙虞^差），一號隧道圍巖壓力最大值為9.3810-2Mpa（在左拱腰處），實測壓力值在以往隧道統(tǒng)計數(shù)值范圍內(nèi)，圍巖壓力小，一方面是圍巖本身較為穩(wěn)定，同時圍巖和噴錨聯(lián)合支護體系也發(fā)揮了較好的穩(wěn)定圍巖的作用，另一面也表明初支提供的支護抗力較為安全。 根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪出圍壓歷時曲線如圖14、

12、15所示。 圖14 一號隧道右線（YK3+500）圍巖壓力隨時間變化圖 圖14可以看出，一號隧道右線下部開挖后壓力變化較大，主要是地層相對要差一些，下部開挖對壓力影響大，但圍巖壓力總值小，雖然該段圍巖較差，但由于施工支護及時，支護較強，使圍巖發(fā)揮了較好的自承力，因而整體上圍巖壓力總值小。圖15 二號隧道圍巖壓力隨時間變化圖兩測點的變形起伏基本一致，前期受下半斷面和仰拱開挖影響，在爆破震動的影響下，局部時間段內(nèi)壓力變化有反復(fù)，但總體上圍巖壓力變化幅度較小,與此處圍巖較好和施工短開挖,及時支護有關(guān)，后期變化平緩。 圖16 一號隧道左線初支外緣應(yīng)力分布圖(Mpa) 初支應(yīng)力在0.02-7.36MPa

13、間，初支軸力分布邊墻相對大一些，一號隧道左線最大噴砼壓應(yīng)力1.19MPa，拉應(yīng)力0.35Mpa；右線最大噴砼壓應(yīng)力1.36MPa，拉應(yīng)力0.22MPa，比左線稍大。二號隧道左線最大噴砼壓應(yīng)力為7.36MPa，拉應(yīng)力為0.53Mpa?？偟膩碚f，其值都較小，初支內(nèi)力和鋼拱架應(yīng)力遠小于噴砼和工字鋼的屈服強度，這表明初支狀態(tài)較為安全。 監(jiān)測成果分析(16) 8、初支應(yīng)力監(jiān)測表明：同圍巖壓力相對應(yīng)，在下部拱腳和仰拱開挖通過測試斷面時，其初支內(nèi)力也表現(xiàn)為有增有減，內(nèi)力處于多次重分布調(diào)整階段。不過總的來看，初期支護的內(nèi)緣和外緣基本保持受壓狀態(tài)，初支受力狀態(tài)良好，應(yīng)力分布如圖16、圖17所示。 圖17 二號隧

14、道左線（ZK5+488）初支內(nèi)緣應(yīng)力分布圖(Mpa) 圖18二號隧道初支與二襯接觸應(yīng)力分布圖(MPa) 監(jiān)測成果分析(17) 9、初支與二襯間接觸壓力在4.7810-38.0910-2Mpa之間，數(shù)值較小，一號隧道左線最大接觸壓力為8.09E-02 Mpa（右拱腰處），右線最大接觸壓力為3.68E-02 Mpa（左墻腳處）；二號隧道左線最大接觸壓力為3.71E-02 Mpa。接觸壓力大小受二襯與初支間協(xié)調(diào)變形和兩者間密實度影響，由于二襯是在初支變形穩(wěn)定后施作，因而接觸壓力大小主要與兩者間接合緊密程度有關(guān)，實測壓力表明二襯泵送密實度較好，壓力分布如圖18所示，邊墻與拱腳處大一些，這與二襯在這些部

15、位泵送更為密實有關(guān)。 圖19 一號隧道左線二襯外緣應(yīng)力分布圖 圖20 一號隧道右線（YK3+500）二襯內(nèi)力分布圖(KN/m) 監(jiān)測成果分析(18) 10、二襯應(yīng)力0.02-1.52MPa數(shù)值很小，二襯有較大的安全儲備，二襯砼的內(nèi)緣和外緣基本處于受壓狀態(tài)，受力狀態(tài)良好，目前一號隧道左線最大壓應(yīng)力為1.35 MPa，最大拉應(yīng)力為0.02 MPa；右線最大壓應(yīng)力為1.40MPa，最大拉應(yīng)力為0.03 MPa。二號隧道最大壓應(yīng)力為1.52 MPa，二襯應(yīng)力分布如圖19、20所示。 四、結(jié)論與建議 (1)、局部地方雖有不盡如人意的地方，如開挖進尺、支護的及時性、臺階長度、工序銜接等，施工總體上控制相對

16、較好，隧道各個地段（洞口、軟弱圍巖段、斷層帶、停車帶大跨段等）由施工引起的各項變形均控制在安全允許范圍之內(nèi)，設(shè)計參數(shù)和采取的施工方法是合理的?？紤]到施工誤差和超欠挖影響，目前各圍巖類別的洞室予留變形量是合理的。從揭露的圍巖情況看，總體上施工條件也較好、測試斷面的圍巖壓力和初支內(nèi)力隨施工開挖處于不斷變化的多次重分布階段，有較大變化，但總值較小，初支噴砼壓應(yīng)力和拉應(yīng)力均遠小于其極限允許值，支護設(shè)計參數(shù)安全保守，初期支護的內(nèi)緣和外緣基本處于受壓態(tài)勢，初支受力狀態(tài)良好。初支與二襯間接觸壓力、二襯內(nèi)力數(shù)值較小，二襯承載能力有較大的安全儲備，實測壓力表明二襯泵送密實度較好，二襯砼的內(nèi)緣和外緣基本處于受壓狀

17、態(tài)，受力狀態(tài)良好。 、由于洞內(nèi)地下水較少，圍巖較為穩(wěn)定，因而各施工階段引起的變形值不大，施工較為順利，臺階長度長，可以同步作業(yè)，減少各工序的施工干擾，有利于施工進度，目前臺階長度大小對施工安全和圍巖穩(wěn)定的影響不大，可按照對施工有利的方向確定臺階長度，對于圍巖較好地段（類以上），臺階長度可為4050 m。、下臺階法施工對圍巖和支護結(jié)構(gòu)位移影響很大，因而下部開挖時，特別是圍巖較差地段，應(yīng)避免開挖進尺長使上部結(jié)構(gòu)長時間懸空，應(yīng)盡量縮短拱架架立時間，及時噴砼，及時安設(shè)側(cè)向錨桿和鎖腳錨桿、早做仰拱，使初支結(jié)構(gòu)盡早封閉成環(huán)。四、結(jié)論與建議(2)、緊急停車段各項變形數(shù)值較小，但比正常段相對要大，主要是其斷面

18、比正常段大，其一次開挖面積及爆破規(guī)模跟正常段比較相對要大些，由圍巖應(yīng)力釋放而引起的變形也相對要大些。目前變形雖控制較好，但應(yīng)吸取二號隧道停車段的經(jīng)驗，特別是下部開挖，支護應(yīng)及時施作，以確保施工安全。 、二號隧道從臺階法轉(zhuǎn)為全斷面法施工，施工中各項變形控制在較小范圍內(nèi)，施工方法轉(zhuǎn)換是成功的，全斷面開挖引起的拱頂下沉初期變形速率大，與臺階法相比，其一次開挖面積、爆破規(guī)模都比臺階法大，由圍巖應(yīng)力釋放而引起的變形也要比上臺階開挖大一些，但累計變形則比臺階法的小，主要是臺階法施工多次擾動圍巖，因而累計變形值相對較大。全斷面法在、類地層應(yīng)用較好，但在圍巖較差地段應(yīng)慎重，特別是對于大斷面隧道。四、結(jié)論與建議

19、(3)五、監(jiān)測實施效果(1) 老山隧道通過對圍巖、支護的時空變形、應(yīng)力、壓力的量測數(shù)據(jù)分析，在確保施工安全、優(yōu)化設(shè)計、指導(dǎo)施工等多方面發(fā)揮了較好的作用，達到了預(yù)期效果，通過監(jiān)控數(shù)據(jù)分析，施工始終處于可控狀態(tài)，業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工各方對施工動態(tài)基本做到心中有數(shù)，具體體現(xiàn)在以下幾點：、一、二號隧道洞口地表沉降異常，數(shù)次電話報警，使得洞口及時采取棄渣換填、臨時擋護等措施，確保了地層較差的洞口仰坡施工順利，避免了仰坡滑移影響洞內(nèi)施工。、指導(dǎo)下部開挖施工：下部開挖時部分地段由于開挖進尺長、支護不及時，使拱部長時間懸空造成拱頂下沉較大，出現(xiàn)安全隱患，在監(jiān)測過程中，監(jiān)測組及時指出和分析了這些現(xiàn)象，建議施工及時采取措施，避免和減少了這些現(xiàn)象，確保了安全。、指導(dǎo)施工方法調(diào)整：二號隧道七月上旬根據(jù)地層狀況和監(jiān)測結(jié)果，開挖方法從臺階法轉(zhuǎn)換為全斷面法，全斷面施工具有快速、工序少、便于施工組織、對圍巖的總體擾動小等優(yōu)點，規(guī)范一般要求在類及以上地層優(yōu)先選用，監(jiān)測結(jié)果表明，全斷面施工引起的各項變形控制在較小范圍內(nèi)，施工方法轉(zhuǎn)換是成功的。10月初，二號隧道地層變得相對差一些，市高指、監(jiān)理組根據(jù)地層情況、監(jiān)測信息建議，又將全斷面施工改為臺階法施工，并對臺階施工進行