江蘇省寧(南京)淮(淮安)高速公路老山隧道 監(jiān)控量測(cè)階段工作匯報(bào) 中交二院.ppt

1、監(jiān)控量測(cè)階段工作匯報(bào),中交第二公路勘察設(shè)計(jì)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(cè)項(xiàng)目組,2004年10月20號(hào),一、老山隧道監(jiān)測(cè)工作匯報(bào),監(jiān)控量測(cè)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(jì)方案提供依據(jù)等。監(jiān)控量測(cè)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(cè)主要是在隧道施工過(guò)程中，通過(guò)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)和圍巖的受力、變形的監(jiān)測(cè)，判斷隧道和圍巖是否穩(wěn)定和安全，評(píng)定初支和二襯設(shè)計(jì)的合理性。從而指導(dǎo)施工，通過(guò)反饋信息，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。,一、監(jiān)測(cè)工作的目的,根據(jù)老山隧道的環(huán)境條件、地質(zhì)

2、條件、施工方法和支護(hù)類型等，確定的監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(hù)狀況觀察等。,二、目前完成的監(jiān)測(cè)工作(1),表1 老山一、二號(hào)隧道測(cè)點(diǎn)階段匯總表,圖1 拱頂和收斂測(cè)點(diǎn)布置圖,1、根據(jù)施工進(jìn)度，按實(shí)施監(jiān)測(cè)方案在一號(hào)、二號(hào)隧道進(jìn)出口進(jìn)行了拱頂下沉、水平凈空變形測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)及保護(hù)工作。測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)布置加密。已埋設(shè)測(cè)點(diǎn)數(shù)量如表1所示,二、目前完成的監(jiān)測(cè)工作(2),圖2 圍巖壓力及初支內(nèi)力測(cè)點(diǎn)布置圖,圖3 二襯應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置圖,2、在老山二號(hào)隧道出口左線ZK6+

3、280、ZK5+488,右線 YK5+583和一號(hào)進(jìn)口左線ZK3+494 、右線YK3+500處進(jìn)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(cè)點(diǎn)埋設(shè)及保護(hù)工作。,二、目前完成的監(jiān)測(cè)工作(3),表2 老山一、二號(hào)隧道測(cè)點(diǎn)階段匯總表,3、按照監(jiān)測(cè)方案測(cè)試頻率進(jìn)行日?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和地質(zhì)素描，并及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理和信息反饋，及時(shí)向省、市高指、監(jiān)理提交監(jiān)測(cè)分析周報(bào)和月報(bào)，一、二號(hào)隧道共提交周報(bào)56份，月報(bào)18份。,三、監(jiān)測(cè)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(hù)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(cè)數(shù)據(jù)和變形曲

4、線分析得出各施工階段（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(jì)規(guī)律見表3、表4、表5。,監(jiān)測(cè)成果分析(2),表3 一號(hào)隧道臺(tái)階法施工各階段拱頂下沉統(tǒng)計(jì)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(duì)地層的擾動(dòng)也相對(duì)較大 。,監(jiān)測(cè)成果分析(3),表4 二號(hào)隧道施工各階段拱頂下沉統(tǒng)計(jì)值(mm),從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，二號(hào)隧道與一號(hào)隧道基本一致，只是二號(hào)隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法時(shí)拱頂下沉反而大一些，主要是二號(hào)隧道地層相對(duì)差一些，其次雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工工序多，對(duì)地層的擾動(dòng)也多，再者其下部施工造成了較大的下沉,監(jiān)測(cè)成果

5、分析(4),表5 隧道臺(tái)階法施工各階段凈空收斂統(tǒng)計(jì)值(mm),監(jiān)測(cè)成果分析(5),圖4 二號(hào)隧道左線中2( ZK6+359)拱頂下沉歷時(shí)曲線,2、從統(tǒng)計(jì)分析和拱頂下沉曲線來(lái)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(cè)成果分析(6),圖5 一號(hào)隧道進(jìn)口左線中4-2（ZK3+342）拱頂下沉歷時(shí)曲線,監(jiān)測(cè)成果分析(7),通過(guò)監(jiān)測(cè)分析確定：類上臺(tái)階法開挖斷面過(guò)測(cè)點(diǎn)20m30m變形穩(wěn)定，下臺(tái)階開挖斷面過(guò)測(cè)點(diǎn)10m20m變形穩(wěn)定，類圍巖上臺(tái)階開挖過(guò)測(cè)點(diǎn)10m20m穩(wěn)定，下臺(tái)階過(guò)測(cè)點(diǎn)10m20m

6、穩(wěn)定。因而為充分發(fā)揮圍巖的自承力，使圍巖適度變形，以減小支護(hù)負(fù)荷，并考慮施工干擾，臺(tái)階長(zhǎng)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(tái)階長(zhǎng)度長(zhǎng)，可以同步作業(yè)，減少各工序的施工干擾，有利于施工進(jìn)度，臺(tái)階長(zhǎng)度大小對(duì)施工安全和圍巖穩(wěn)定的影響不大，可按照對(duì)施工有利的方向確定臺(tái)階長(zhǎng)度，對(duì)于圍巖較好地段（類以上），臺(tái)階長(zhǎng)度可為4050 m。,監(jiān)測(cè)成果分析(8),3、一、二號(hào)隧道部分地段都存在著下部開挖時(shí)由于開挖進(jìn)尺多、支護(hù)不及時(shí)，使拱部長(zhǎng)時(shí)間懸空造成拱頂下沉較大的現(xiàn)象，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪出拱頂下沉歷時(shí)曲線如圖6、圖7所

7、示。,圖6 一號(hào)隧道右線中5( YK6+402)拱頂下沉歷時(shí)曲線,圖7 二號(hào)隧道右線中2( YK6+478)拱頂下沉歷時(shí)曲線,下半斷面開挖引起的拱頂下沉約有1520mm。這說(shuō)明下半斷面的開挖對(duì)拱頂下沉影響很大，主要是下部開挖時(shí)，下部拱腳進(jìn)尺長(zhǎng)、暴露懸空時(shí)間長(zhǎng)，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(shí)，應(yīng)盡量縮短拱架架立時(shí)間，減小開挖進(jìn)尺、及時(shí)噴砼，及時(shí)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(cè)成果分析(9),同樣的與拱頂下沉一樣，下部開挖過(guò)程中也存在著收斂數(shù)值相對(duì)較大的問(wèn)題（圖9），下部拱腳開挖后，收斂增

8、加34mm，這部分變形約占總變形量的20%40%，所占比例較大，這是因?yàn)橄虏块_挖，洞室高度增加，并再次擾動(dòng)地層，在地質(zhì)相對(duì)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(yán)格按設(shè)計(jì)施工，及時(shí)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。,圖8 二號(hào)隧道左線ZS2(ZK6+359)收斂歷時(shí)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(cè)成果分析(10),圖9二號(hào)隧道左線ZS8(ZK6+210)收斂歷時(shí)曲線,監(jiān)測(cè)成果分析(11),5、及時(shí)掌握分析斷層破碎帶等軟弱地段的圍巖變

9、形信息，如在1號(hào)出口左線ZK4745處得出的圍巖變形監(jiān)測(cè)信息，為確定施工方案和施工決策提供了參考。,圖10一號(hào)隧道出口斷層中8-2（ZK4+749）拱頂下沉歷時(shí)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(jì)施工參數(shù)適當(dāng)，采取的措施較好，因而此處隧道各項(xiàng)變形較小，變形發(fā)展與其他地段一致，下部支護(hù)后很快趨于穩(wěn)定。,圖11 二號(hào)隧道緊急停車帶( YK6+70)拱頂下沉歷時(shí)曲線,緊急停車帶段累計(jì)下沉11.83mm，擴(kuò)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(hù)后，變形受到抑制，但由于此處跨度大，在后續(xù)爆破

10、開挖的持續(xù)擾動(dòng)下，由于未及時(shí)安設(shè)鋼拱支撐，變形加劇，此后通過(guò)及時(shí)安設(shè)鋼拱支撐和噴砼支護(hù)手段，增加支護(hù)剛度和強(qiáng)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(kuò)挖段下沉約1mm左右，這說(shuō)明在擴(kuò)挖段設(shè)置鋼支撐是非常有必要的。,監(jiān)測(cè)成果分析(12),6、二號(hào)隧道緊急停車帶變形異常分析,圖12 一號(hào)隧道右線（YK3+500）圍巖壓力分布圖(MPa),監(jiān)測(cè)成果分析(13),7、圍巖壓力測(cè)試表明：一、二號(hào)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(guò)測(cè)試斷面時(shí)，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

11、不明顯，總體上分布規(guī)律性差，相對(duì)來(lái)說(shuō)，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(hào)隧道（ZK5+488）圍巖壓力分布圖(MPa),監(jiān)測(cè)成果分析(14),從監(jiān)測(cè)的結(jié)果看，類圍巖比圍巖地段的壓力大，二號(hào)隧道左線的圍壓相對(duì)較大，這與此處為類圍巖，地層相對(duì)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(hào)隧道圍巖壓力最大值為9.3810-2Mpa（在左拱腰處），實(shí)測(cè)壓力值在以往隧道統(tǒng)計(jì)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(shí)圍巖和噴錨聯(lián)合支護(hù)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(hù)抗力較為安全。,根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

12、，繪出圍壓歷時(shí)曲線如圖14、15所示。,圖14 一號(hào)隧道右線（YK3+500）圍巖壓力隨時(shí)間變化圖,圖14可以看出，一號(hào)隧道右線下部開挖后壓力變化較大，主要是地層相對(duì)要差一些，下部開挖對(duì)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(hù)及時(shí)，支護(hù)較強(qiáng)，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(hào)隧道圍巖壓力隨時(shí)間變化圖,兩測(cè)點(diǎn)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(dòng)的影響下，局部時(shí)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(shí)支護(hù)有關(guān)，后期變化平緩。,圖16 一號(hào)隧道左線初支外緣應(yīng)力分布圖(Mpa),初

13、支應(yīng)力在0.02-7.36MPa間，初支軸力分布邊墻相對(duì)大一些，一號(hào)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(hào)隧道左線最大噴砼壓應(yīng)力為7.36MPa，拉應(yīng)力為0.53Mpa?？偟膩?lái)說(shuō)，其值都較小，初支內(nèi)力和鋼拱架應(yīng)力遠(yuǎn)小于噴砼和工字鋼的屈服強(qiáng)度，這表明初支狀態(tài)較為安全。,監(jiān)測(cè)成果分析(16),8、初支應(yīng)力監(jiān)測(cè)表明：同圍巖壓力相對(duì)應(yīng)，在下部拱腳和仰拱開挖通過(guò)測(cè)試斷面時(shí)，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(guò)總的來(lái)看，初期支護(hù)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1

14、6、圖17所示。,圖17 二號(hào)隧道左線（ZK5+488）初支內(nèi)緣應(yīng)力分布圖(Mpa),圖18二號(hào)隧道初支與二襯接觸應(yīng)力分布圖(MPa),監(jiān)測(cè)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(hào)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(hào)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(shí)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(shí)測(cè)壓力表明二襯泵送密實(shí)度較好，壓力分布如圖18所示，邊墻

15、與拱腳處大一些，這與二襯在這些部位泵送更為密實(shí)有關(guān)。,圖19 一號(hào)隧道左線二襯外緣應(yīng)力分布圖,圖20 一號(hào)隧道右線（YK3+500）二襯內(nèi)力分布圖(KN/m),監(jiān)測(cè)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(chǔ)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(hào)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(hào)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(jìn)尺、支護(hù)的及時(shí)性、臺(tái)階長(zhǎng)

16、度、工序銜接等，施工總體上控制相對(duì)較好，隧道各個(gè)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(xiàng)變形均控制在安全允許范圍之內(nèi)，設(shè)計(jì)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(cè)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(yuǎn)小于其極限允許值，支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)安全保守，初期支護(hù)的內(nèi)緣和外緣基本處于受壓態(tài)勢(shì)，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(chǔ)備，實(shí)測(cè)壓力表明二襯泵送密實(shí)度

17、較好，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。,、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(tái)階長(zhǎng)度長(zhǎng)，可以同步作業(yè)，減少各工序的施工干擾，有利于施工進(jìn)度，目前臺(tái)階長(zhǎng)度大小對(duì)施工安全和圍巖穩(wěn)定的影響不大，可按照對(duì)施工有利的方向確定臺(tái)階長(zhǎng)度，對(duì)于圍巖較好地段（類以上），臺(tái)階長(zhǎng)度可為4050 m。,、下臺(tái)階法施工對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)位移影響很大，因而下部開挖時(shí)，特別是圍巖較差地段，應(yīng)避免開挖進(jìn)尺長(zhǎng)使上部結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間懸空，應(yīng)盡量縮短拱架架立時(shí)間，及時(shí)噴砼，及時(shí)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(xiàng)變

18、形數(shù)值較小，但比正常段相對(duì)要大，主要是其斷面比正常段大，其一次開挖面積及爆破規(guī)模跟正常段比較相對(duì)要大些，由圍巖應(yīng)力釋放而引起的變形也相對(duì)要大些。目前變形雖控制較好，但應(yīng)吸取二號(hào)隧道停車段的經(jīng)驗(yàn)，特別是下部開挖，支護(hù)應(yīng)及時(shí)施作，以確保施工安全。,、二號(hào)隧道從臺(tái)階法轉(zhuǎn)為全斷面法施工，施工中各項(xiàng)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(tái)階法相比，其一次開挖面積、爆破規(guī)模都比臺(tái)階法大，由圍巖應(yīng)力釋放而引起的變形也要比上臺(tái)階開挖大一些，但累計(jì)變形則比臺(tái)階法的小，主要是臺(tái)階法施工多次擾動(dòng)圍巖，因而累計(jì)變形值相對(duì)較大。全斷面法在、類地層應(yīng)用較好，但在圍巖較差地段

19、應(yīng)慎重，特別是對(duì)于大斷面隧道。,四、結(jié)論與建議(3),五、監(jiān)測(cè)實(shí)施效果(1),老山隧道通過(guò)對(duì)圍巖、支護(hù)的時(shí)空變形、應(yīng)力、壓力的量測(cè)數(shù)據(jù)分析，在確保施工安全、優(yōu)化設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工等多方面發(fā)揮了較好的作用，達(dá)到了預(yù)期效果，通過(guò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析，施工始終處于可控狀態(tài)，業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工各方對(duì)施工動(dòng)態(tài)基本做到心中有數(shù)，具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：,、一、二號(hào)隧道洞口地表沉降異常，數(shù)次電話報(bào)警，使得洞口及時(shí)采取棄渣換填、臨時(shí)擋護(hù)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(shí)部分地段由于開挖進(jìn)尺長(zhǎng)、支護(hù)不及時(shí)，使拱部長(zhǎng)時(shí)間懸空造成拱頂下沉較大，出現(xiàn)安全隱患，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)組及時(shí)指出和分析了這些現(xiàn)象，建議施工及時(shí)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(hào)隧道七月上旬根據(jù)地層狀況和監(jiān)測(cè)結(jié)果，開挖方法從臺(tái)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(duì)圍巖的總體擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，規(guī)范一般要求在類及以上地層優(yōu)先選用，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，全斷面施工引起的各項(xiàng)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(hào)隧道地層變得相對(duì)差一些，市高指、監(jiān)理組根據(jù)地層情況、監(jiān)測(cè)信息建議，又將全斷面施工改為臺(tái)階法施工，并對(duì)臺(tái)階施工進(jìn)行了優(yōu)化