某山隧道施工監(jiān)控量測(cè)與圍巖穩(wěn)定

PAGE雪峰山隧道施工監(jiān)控量測(cè)與圍巖穩(wěn)定分析1、工程概況雪峰山隧道為上下行分離的雙洞隧道，左線隧道全長(zhǎng)6946m，右線隧道全長(zhǎng)6956m，為邵懷高速公路上最大的控制工程，隧道的開(kāi)通可縮短公路里程約30km，隧道進(jìn)口（邵陽(yáng)端）距邵陽(yáng)市洞口縣江口鎮(zhèn)約3km，位于懷化市洪江市塘灣鄉(xiāng)蘭家村，出口（懷化端）位于洪江市鐵山鄉(xiāng)小溪村，隧道穿過(guò)的山體為單脊山峰―中間最高，兩端逐漸變低，隧道最大埋深約850m。雪峰山隧道左右洞室凈距在洞口段控制在15~20m左右，洞身深埋地段控制在35m左右。左右線隧道縱坡均為人字坡：進(jìn)口段為+1.14%的上坡，長(zhǎng)約400m，其余地段為-0.95%的下坡。隧道橫穿雪峰山主脈，屬侵蝕深切中山地貌，隧道與山脊線近于正交。東側(cè)山坡整體坡度約22°，西側(cè)山坡整體坡度約27°，兩側(cè)山坡略呈臺(tái)階狀，主要溪溝有5條，大致與隧道軸線平行或小角度斜交。坡面植被發(fā)育，以喬木為主。隧道主要地層巖性為：亞粘土分布在較平緩的地段，碎石、塊石土在山坡上及小的溪溝中廣泛分布，漂石土主要分布在5條主溪溝中，灰綠色，中~厚層狀或塊狀硅化砂質(zhì)板巖，變質(zhì)砂巖分布于隧道內(nèi)，巖石堅(jiān)硬，構(gòu)造片巖、構(gòu)造角礫巖、糜棱巖、構(gòu)造石英巖、碎裂巖分布于斷層帶中。隧道區(qū)內(nèi)地下水主要為孔隙水、基巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水，主要受大氣降水補(bǔ)給，除全~弱風(fēng)化基巖及構(gòu)造帶的局部為弱透水，大部分為微透水層或不透水。隧道區(qū)有山頂?shù)罐D(zhuǎn)背斜、王公店―鍋塘沖復(fù)式向斜兩個(gè)大的褶皺，規(guī)模較大的斷層共有8條，對(duì)隧道有影響的共有5條，均為逆斷層，主要有五組節(jié)理，其中四組與隧道軸線平行或大角度相交的剪節(jié)理，延伸長(zhǎng)度大，一組與隧道平行或小角度相交的張節(jié)理，將影響隧道圍巖的穩(wěn)定性。2、量測(cè)項(xiàng)目監(jiān)控量測(cè)可以及時(shí)提供地下結(jié)構(gòu)的變形和受力情況等信息，判斷施工工藝的可行性、設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性，提出更加恰當(dāng)?shù)氖┕し椒ê秃侠淼闹ёo(hù)措施，實(shí)現(xiàn)隧道信息化動(dòng)態(tài)施工控制，達(dá)到既能安全快速施工，又能節(jié)省工程造價(jià)的目的。根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合雪峰山隧道施工的實(shí)際工程情況，開(kāi)展了以下的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)工作：必測(cè)項(xiàng)目：（1）地質(zhì)和支護(hù)觀察、（2）周邊收斂量測(cè)、（3）拱頂下沉量測(cè)、（4）錨桿內(nèi)力量測(cè)。必測(cè)項(xiàng)目量測(cè)方法簡(jiǎn)單，量測(cè)密度大，量測(cè)信息直觀可靠，貫穿在整個(gè)施工過(guò)程中。選測(cè)項(xiàng)目：（1）地表下沉量測(cè)、（2）圍巖內(nèi)部位移量測(cè)、（3）圍巖與噴射混凝土間接觸壓力量測(cè)、（4）噴射混凝土與二次襯砌間接觸壓力量測(cè)、（5）噴射混凝土內(nèi)應(yīng)力量測(cè)、（6）二次襯砌內(nèi)應(yīng)力量測(cè)、（7）鋼支撐內(nèi)力量測(cè)。埋設(shè)選測(cè)項(xiàng)目斷面遵循的原則是①地質(zhì)惡劣，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎；②圍巖類別漸變；③隧道埋深較淺；④偏壓嚴(yán)重；⑤斷層破碎帶；⑥施工方案變更時(shí)所處斷面。以便更深入地掌握圍巖穩(wěn)定狀態(tài)與支護(hù)效果，對(duì)支護(hù)措施有效監(jiān)控，作出安全性評(píng)價(jià)，指導(dǎo)施工。圖1.必測(cè)項(xiàng)目測(cè)點(diǎn)布置圖圖2.選測(cè)項(xiàng)目測(cè)點(diǎn)布置圖現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)工作根據(jù)隧道工程的實(shí)際進(jìn)展開(kāi)展，在隧道的施工中，及時(shí)根據(jù)圍巖的變化情況埋設(shè)量測(cè)斷面，尤其對(duì)圍巖穩(wěn)定性差、易發(fā)生塌方事故的地段，在同一斷面埋設(shè)選測(cè)和必測(cè)項(xiàng)目，便于各量測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行相互對(duì)照、印證，全面分析圍巖的變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況，對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性作出準(zhǔn)確的判斷。量測(cè)斷面的埋設(shè)根據(jù)實(shí)際的工程進(jìn)展和工程情況進(jìn)行，如雪峰山隧道左線進(jìn)口，考慮到該段為淺埋偏壓地段，洞內(nèi)開(kāi)挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)很大，圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性很差，極易發(fā)生塌方事故，因此對(duì)地表下沉量測(cè)斷面進(jìn)行了適當(dāng)?shù)募用?，該段共埋設(shè)了3個(gè)地表下沉量測(cè)斷面。3、數(shù)據(jù)采集和分析為保證量測(cè)數(shù)據(jù)采集的真實(shí)可靠及連續(xù)性，采取了以下措施：量測(cè)儀器專人保管；量測(cè)設(shè)備、傳感器等各種器件校準(zhǔn)合格后方可投入使用；在監(jiān)測(cè)過(guò)程中嚴(yán)格遵守實(shí)施細(xì)則；量測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)計(jì)算管理均采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行；現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的測(cè)點(diǎn)埋設(shè)、數(shù)據(jù)采集，圍巖及相關(guān)信息采用專門(mén)表格記錄，全部實(shí)行表格化管理等?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)人員按規(guī)范和監(jiān)控量測(cè)大綱規(guī)定的頻率堅(jiān)持每天到洞內(nèi)采集數(shù)據(jù)和進(jìn)行地質(zhì)跟蹤調(diào)查，如發(fā)現(xiàn)量測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化或圍巖地質(zhì)情況變差，則及時(shí)分析引起變化的原因并通知有關(guān)各方，使問(wèn)題得到及時(shí)處理，同時(shí)量測(cè)頻率在規(guī)范規(guī)定的基礎(chǔ)上增加。監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析和處理采用自行開(kāi)發(fā)的專門(mén)用于隧道圍巖監(jiān)控量測(cè)的軟件：“隧道圍巖監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”，該系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和管理，保證了數(shù)據(jù)的完整和準(zhǔn)確性，系統(tǒng)具有查詢、添加、修改、刪除數(shù)據(jù)等功能，能夠生成應(yīng)力、變形隨時(shí)間、空間變化而形成的時(shí)間效應(yīng)、空間效應(yīng)曲線，全面分析隧道施工中的時(shí)間效應(yīng)和空間效應(yīng)，同時(shí)對(duì)深孔量測(cè)項(xiàng)目生成圍巖內(nèi)部分布圖，判斷出圍巖內(nèi)部的松動(dòng)范圍，圍巖內(nèi)部變位的分布情況，支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀況，為確定正確的施工方案提供依據(jù)，對(duì)隧道分步開(kāi)挖圍巖穩(wěn)定情況和支護(hù)的受力情況進(jìn)行分析，及時(shí)預(yù)報(bào)圍巖軟弱段的變形發(fā)展趨勢(shì)。隧道圍巖監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)所生成的時(shí)間空間效應(yīng)曲線和深孔量測(cè)項(xiàng)目圍巖內(nèi)部分布圖，在一張圖紙上綜合反映了量測(cè)斷面樁號(hào)、量測(cè)斷面隧道埋深、施工方法、工程進(jìn)度、測(cè)點(diǎn)位置等信息，能夠全面地分析隨著時(shí)間的推移和掌子面的向前推進(jìn)，量測(cè)斷面的圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的大小和發(fā)展趨勢(shì)，準(zhǔn)確判斷圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，圍巖內(nèi)部的松動(dòng)范圍，對(duì)每一個(gè)斷面的各量測(cè)項(xiàng)目分別進(jìn)行分析，判斷變形和應(yīng)力是已趨于穩(wěn)定或是有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)，給出一個(gè)明確的判斷，對(duì)隧道施工起到了積極的指導(dǎo)作用。4、典型斷面圍巖穩(wěn)定性分析4.1ZK95+893斷面ZK95+893斷面量測(cè)位于F8斷層破碎帶和沖溝淺埋段內(nèi)，斷面巖性為灰色、褐黃色薄~中層狀含砂泥質(zhì)板巖，巖石板理發(fā)育，巖石質(zhì)軟，破碎，局部為褐灰色粘土層，粘土固結(jié)差、松散，斷面巖石自穩(wěn)能力極差，易掉塊或坍塌。破碎帶中角礫巖和節(jié)理裂隙發(fā)育，角礫巖成分為砂巖，角礫形狀呈扁平狀、次園狀等，裂隙面光滑、平直，見(jiàn)泥質(zhì)充填物。施工采用上下導(dǎo)坑法開(kāi)挖，其中上導(dǎo)坑預(yù)留核心土、弧形導(dǎo)坑法開(kāi)挖。主要支護(hù)參數(shù)如為：1、初期支護(hù)：（1）C20噴射混凝土厚26cm。（2）Ⅰ18工字鋼鋼拱架，間距75cm。（3）D25中空注漿錨桿，L=300cm，間距75cm（縱）x100cm（環(huán)），按梅花形布置。（4）Ф8雙層鋼筋網(wǎng)，間距20cmx20cm。2、二次襯砌：C25鋼筋混凝土砼厚45cm。地表采用砂漿錨桿加固，洞內(nèi)輔助施工措施采用超前長(zhǎng)管棚。地表下沉：其變化曲線呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，從時(shí)間空間變化曲線進(jìn)行分析，總體上分三個(gè)階段（1）緩慢增長(zhǎng)階段，從洞內(nèi)開(kāi)挖逐步靠近本量測(cè)斷面開(kāi)始，直到開(kāi)挖面距離本量測(cè)斷面為5m，平均變形速率在0.061~0.194mm/d之間；（2）快速增長(zhǎng)階段，從開(kāi)挖面距離本量測(cè)斷面5m開(kāi)始，直到開(kāi)挖面離開(kāi)本量測(cè)斷面10m，平均變形速率在0.925~4.93mm/d之間，該階段下沉完成總下沉量的85%以上；（3）緩慢增長(zhǎng)逐漸趨穩(wěn)階段，為開(kāi)挖面離開(kāi)本量測(cè)斷面10m以后，平均變形速率在0.15~0.35mm/d之間之間。5個(gè)測(cè)點(diǎn)的地表下沉穩(wěn)定值分別為：44mm、60mm、64mm、37mm、16mm，呈現(xiàn)出明顯的左側(cè)下沉大、右側(cè)下沉小的狀態(tài)，與本地段偏壓的狀態(tài)吻合。圖3.ZK95+893斷面地表下沉曲線圖圖4.ZK95+893斷面噴砼內(nèi)部應(yīng)力曲線圖拱頂下沉：本斷面的拱頂下沉波動(dòng)較大，三個(gè)測(cè)點(diǎn)的變化趨勢(shì)基本一致，測(cè)點(diǎn)埋設(shè)初期，在左側(cè)偏壓的作用下，拱頂下沉測(cè)點(diǎn)先向上移動(dòng)，三個(gè)測(cè)點(diǎn)的最大量測(cè)值分別為-2mm、-7mm、-9mm，上臺(tái)階開(kāi)挖面逐漸遠(yuǎn)離本斷面后，測(cè)點(diǎn)逐漸向下移動(dòng)，穩(wěn)定下沉值分別為6mm、2mm、-2mm，圍巖變形較小，處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。周邊收斂：拱腰的周邊收斂逐漸增大，總體上分兩個(gè)階段，上臺(tái)階開(kāi)挖初期，拱腰的周邊收斂增加速度較快，后逐漸減緩，下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，拱腰的周邊收斂又短暫地有所增加，其穩(wěn)定收斂值為12.4mm，邊墻的的周邊收斂量測(cè)值很小。接觸壓力：圍巖與噴射混凝土接觸壓力呈中間大兩側(cè)小地狀態(tài)，拱頂測(cè)點(diǎn)的接觸壓力最大，接觸壓力達(dá)到0.433Mpa，30天后則趨于穩(wěn)定，噴砼與二次襯砌接觸壓力很小，處于穩(wěn)定狀態(tài)。內(nèi)部應(yīng)力：噴射混凝土內(nèi)部應(yīng)力呈現(xiàn)出左側(cè)受拉右側(cè)受壓的狀態(tài)，與本斷面左側(cè)埋深大右側(cè)埋深小，呈偏壓狀態(tài)吻合，真實(shí)地反映了的結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力狀態(tài)。其中右側(cè)拱腰的噴射混凝土內(nèi)部應(yīng)力較大，測(cè)點(diǎn)埋設(shè)初期增加較快，量測(cè)20天后受力趨于穩(wěn)定，其穩(wěn)定量測(cè)值為1.9Mpa，二次襯砌內(nèi)部應(yīng)力較小，量測(cè)值小于0.4Mpa。鋼支撐內(nèi)力：拱頂測(cè)點(diǎn)的鋼支撐內(nèi)力最大，測(cè)點(diǎn)埋設(shè)后的變化很快，30天后拱頂測(cè)點(diǎn)的鋼支撐內(nèi)力已逐漸趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定量測(cè)值為21KN，其余測(cè)點(diǎn)的量測(cè)值很小。圍巖內(nèi)部位移：本斷面的圍巖內(nèi)部位移較大，表明隧道施工開(kāi)挖對(duì)圍巖有所擾動(dòng)，其中左側(cè)拱腰圍巖壁面和圍巖內(nèi)部0.7m處的位移最大，量測(cè)值分別為10mm、8.5mm，均為向隧道內(nèi)空移動(dòng)，右側(cè)拱腰圍巖內(nèi)部2.1m處的位移最大，量測(cè)值為6mm，為向隧道外移動(dòng)，分析表明在偏壓的作用下，圍巖和隧道結(jié)構(gòu)有向右移動(dòng)的現(xiàn)象。錨桿軸力：本斷面的錨桿軸力以受壓為主，基本上都呈現(xiàn)出往圍巖內(nèi)部軸力逐漸減小的狀態(tài)，穩(wěn)定量測(cè)值均小于8KN，分析表明錨桿的作用尚未充分發(fā)揮出來(lái)，因此，可適當(dāng)增加錨桿的長(zhǎng)度。4.2YK96+690斷面本斷面位于雪峰山隧道邵陽(yáng)端涌水處治地段，該段裂隙水很大，呈股狀、線狀的涌水點(diǎn)多達(dá)幾十處。施工采用全斷面法開(kāi)挖。采用局部注漿堵水、排堵結(jié)合。斷面巖石為深灰色厚層狀硅化砂質(zhì)板巖，巖石板理發(fā)育，板理厚0.3~0.7cm，巖石堅(jiān)硬、性脆、完整性好，自穩(wěn)能力強(qiáng)。斷面內(nèi)節(jié)理較發(fā)育，裂隙不發(fā)育，節(jié)理與開(kāi)挖方向斜交或垂直。拱頂下沉：本斷面的拱頂下沉不大，量測(cè)值緩慢增大，左側(cè)、拱頂、右側(cè)點(diǎn)的量測(cè)值分別為2.9mm、2.54mm、2.45mm。周邊收斂：本斷面的周邊收斂值緩慢增大，拱腰、邊墻的量測(cè)值分別為1.9mm、1.71mm，本斷面的周邊收斂已穩(wěn)定。接觸壓力：本斷面的圍巖與噴射混凝土接觸壓力值很小，各測(cè)點(diǎn)的接觸壓力均小于0.1MP，且變化不大，從接觸壓力的時(shí)間空間曲線分析，本斷面的接觸壓力已穩(wěn)定。噴混凝土與二次襯砌接觸壓力很小，均小于0.1MPa，處于穩(wěn)定狀態(tài)。內(nèi)部應(yīng)力：二次襯砌內(nèi)部應(yīng)力不大，其中左側(cè)邊墻、左側(cè)拱腰和右側(cè)邊墻的二次襯砌內(nèi)部應(yīng)力為拉力，最大值為0.4Mpa，拱頂和右側(cè)拱腰為壓力，內(nèi)部應(yīng)力最大值為0.24Mpa的壓力，二次襯砌內(nèi)部應(yīng)力基本穩(wěn)定。圍巖內(nèi)部位移：本斷面左側(cè)邊墻的圍巖為向隧道外移動(dòng)，其中圍巖內(nèi)部1.4m和2.1m處的位移最大，量測(cè)值分別為1.9mm、1.6mm，左側(cè)拱腰的圍巖也是向隧道外移動(dòng)，圍巖內(nèi)部1.4m處的位移最大，量測(cè)值為8.9mm，其余測(cè)點(diǎn)的量測(cè)值小于6mm，右側(cè)邊墻的圍巖位移較大，其中圍巖內(nèi)部1.4m處的位移最大，達(dá)到5.2mm，為向隧道外移動(dòng)，其余測(cè)點(diǎn)的量測(cè)值小于4mm，從量測(cè)成果分析，圍巖松動(dòng)范圍在1.4~2.1m，圍巖主要向隧道外移動(dòng)，表明注漿加固發(fā)揮了作用。圖5.YK96+690左側(cè)拱腰圍巖內(nèi)部位移曲線圖圖6.ZK97+195拱頂下沉曲線圖4.3ZK97+195斷面斷面巖石為深灰色中~厚層狀變質(zhì)硅化細(xì)砂巖，巖石變余砂狀結(jié)構(gòu)明顯，巖石堅(jiān)硬、性脆，較完整，自穩(wěn)能力較強(qiáng)，拱頂右側(cè)易掉塊，局部見(jiàn)滴水。斷面內(nèi)節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙為壓性裂隙，裂隙面寬0.5~1.25cm，較光滑、平直，裂隙內(nèi)充填物為后期充填的石英形成石英脈和泥質(zhì)等。施工采用全斷面法開(kāi)挖。拱頂下沉：本斷面的拱頂下沉值緩慢增大，左側(cè)、拱頂、右側(cè)點(diǎn)的量測(cè)值分別為2.16mm、2.36mm、2.3mm，從時(shí)間空間曲線分析，本斷面的拱頂下沉已經(jīng)穩(wěn)定。周邊收斂：本斷面的周邊收斂值呈緩慢增大的狀態(tài)，拱腰、邊墻的量測(cè)值分別為1.4mm、0.84mm，從時(shí)間空間曲線分析，本斷面的周邊收斂已經(jīng)穩(wěn)定。5、結(jié)論通過(guò)對(duì)雪峰山隧道各種圍巖類型典型斷面的穩(wěn)定性分