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(huì)的方法 建立一個(gè)近似于隧道施工坐標(biāo)系的相對(duì)獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，作為隧道洞口高邊 坡變形監(jiān)測(cè)的控制網(wǎng)，在三角網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行自山設(shè)站觀測(cè)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(duì) 其他工程具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：示方交會(huì)三維監(jiān)控變形監(jiān)測(cè)中圖分類號(hào)：u672. 7+4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a0前言某高速隧道洞口邊坡地勢(shì)陡峻，高差30多米的邊坡，左、右線洞門 段圍料iv級(jí)，巖性為強(qiáng)屮風(fēng)化凝灰?guī)r，夾微風(fēng)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(qiáng)風(fēng)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(fēng)化嚴(yán)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(kāi)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(rèn)真 對(duì)待的問(wèn)題。邊坡變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的建立隧道洞口邊坡地勢(shì)陡，高相差30多米，采用傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀方式來(lái)測(cè)量根木行不通。根據(jù)邊坡變形監(jiān)測(cè)及全站儀的特點(diǎn)，采用后方交會(huì)自由設(shè) 站的方法建立一個(gè)近似隧道坐標(biāo)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(jìn)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(cè)的需要。后方交會(huì)自由設(shè)站的方法為

3、：通過(guò)兩個(gè)已知點(diǎn)控制點(diǎn)來(lái)建立起三個(gè)相 對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)的三角控制網(wǎng)，在三角網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行口山設(shè)站測(cè)量隧道地表沉 降。這種方法優(yōu)點(diǎn)有： 不受兩個(gè)已知點(diǎn)的變化和本身兩點(diǎn)坐標(biāo)精度的 影響，增加了坐標(biāo)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性； 把已知點(diǎn)增加到3個(gè)，精度提 高；不但能知道測(cè)點(diǎn)的變化高程，但可以根據(jù)坐標(biāo)的變化預(yù)測(cè)到邊坡滑 移趨勢(shì)。采用后方交會(huì)法建立新的測(cè)站點(diǎn)p的精度分析表明：p點(diǎn)坐標(biāo)中 誤差m =±1 min o用相對(duì)坐標(biāo)的自山設(shè)站來(lái)測(cè)量地表沉降注意事項(xiàng)：最 好在一個(gè)高平臺(tái)上，使得仰角變小，減少視差；盡量選擇在每一天同一時(shí) 間同一個(gè)點(diǎn)上設(shè)站量測(cè)，也輸入實(shí)際儀器高，使得每次測(cè)量的環(huán)境變量一 樣，減少誤差；設(shè)置限差坐

4、標(biāo)x、y和h不超過(guò)±0.5nmi ,測(cè)量結(jié)果誤差 不得超過(guò)±05mnu從地形分析及測(cè)量結(jié)果看，al、a2、a3這3個(gè)控制點(diǎn) 的位移量很微小，可作為短期內(nèi)固定點(diǎn)。如果al、a2、a3點(diǎn)每次測(cè)量變化 較大或測(cè)站點(diǎn)遭到破壞時(shí)，建議用線性或其他方法求解出3點(diǎn)的近似值再 使用。同時(shí)，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，可加設(shè)另一個(gè)點(diǎn)作為檢核。鑒于邊坡地形陡峭，邊坡的監(jiān)測(cè)網(wǎng)共布置5個(gè)斷面，編號(hào)為zl、z2、 z3、y1和y2斷面，各監(jiān)測(cè)斷面的中心樁號(hào)分別是zk56+020、zk56+025、 zk56+03k yk56+040、yk56+046。總共有25個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)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(cè)部位，本著少而 精的原則，選擇監(jiān)測(cè)參數(shù)，注意突出重點(diǎn)，兼顧整體，合理布置監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn), 選點(diǎn)原則為最能反映邊坡滑移最敏感的地方（見(jiàn)圖1）,地形特別造成測(cè)點(diǎn) 分布比較分散，難以在同一個(gè)斷面埋多個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)布設(shè)要求：在測(cè)點(diǎn)位 置挖長(zhǎng)、寬、深均為150nini的坑，然后放入地表測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)四周用栓填實(shí)，待檜固 結(jié)后即可量測(cè)。圖1隧道進(jìn)口高邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意2邊坡變形監(jiān)測(cè)結(jié)果分析隧道進(jìn)口端左洞口里程樁號(hào)zk56+020處地表變形沉降最大值為23 mm；進(jìn)口端右洞口里程樁號(hào)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(gè)斷面的地表沉降槽 形分布不太明顯，與測(cè)點(diǎn)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(dāng)上臺(tái)階和下臺(tái)階挖過(guò)監(jiān)測(cè)斷面沉降速率較人，最大沉降速率達(dá) 到4 mm/d,沉降量達(dá)到總沉降量的7587%;2）至t二60天時(shí)，左線下臺(tái)階離監(jiān)測(cè)斷面距離約約為6. 5d （d為隧道跨度），右線下臺(tái)階離監(jiān)測(cè)斷面距離約為4d后，地表沉降很小，基本穩(wěn)定；3 ）左線開(kāi)挖對(duì)右洞上方的測(cè)點(diǎn)影響不大，同樣右線開(kāi)挖也對(duì)左洞上 方的測(cè)點(diǎn)影響不大，覆土厚度越大變形也越小，施工對(duì)邊

7、坡的擾動(dòng)是有一 定范圍的，越遠(yuǎn)影響就越小。4）邊坡的滑移方向以坐標(biāo)軸x的負(fù)方向和坐標(biāo)軸y的正方向?yàn)橹鳎?即隧道縱向出口方向和隧道前進(jìn)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(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，并未考慮隧道邊 坡開(kāi)挖后到進(jìn)洞這一段時(shí)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(kāi)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。總結(jié)隧道邊坡三維監(jiān)測(cè)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(jìn)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(lái)研究；靠近洞口段隧道圍巖自穩(wěn)能力較差，隧道開(kāi)挖 過(guò)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(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制爆破藥量及進(jìn)尺尺度，并及時(shí) 進(jìn)行效的支護(hù)，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(jìn)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(kāi)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(xiàn)1 全站儀在隧道開(kāi)挖施工三維變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用.王浩，葛修潤(rùn). 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)(增)j, 1999, (8): 1217 - 12192 隧道洞口邊坡變形監(jiān)測(cè)的一種方法j.賈海濤，李全海，尹光輝. 東北測(cè)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(cè)j.現(xiàn)代隧道 術(shù)，2007,8(44)