隧道施工監(jiān)控量測內(nèi)容與方法

隧道施工監(jiān)控量測內(nèi)容與方法

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來越多的項目在當(dāng)?shù)厣唐奉I(lǐng)域開展。大量溶解層意味著隧道工程將繼續(xù)有效地影響隧道工程。這不僅極大地阻礙了施工進(jìn)展，導(dǎo)致隧道施工困難，以及施工時間和成本的增加，而且給隧道的挖掘和運營安全帶來了嚴(yán)重威脅。因此,加強(qiáng)巖溶隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測及信息反饋在修正設(shè)計、指導(dǎo)施工和確保施工安全等方面發(fā)揮著重要的作用。1隧道開挖和復(fù)合式襯砌白須公1號隧道位于廣東省北部山嶺重丘區(qū)腹地,隧道施工開挖到K2178+074處左側(cè)發(fā)現(xiàn)一大型巖溶空洞,該溶洞長約70m,寬約50m,最高處46m。設(shè)計溶洞段隧道左側(cè)采用樁、臺、墻組合結(jié)構(gòu),承力墻修筑到與溶洞頂相接,隧道路面基礎(chǔ)設(shè)置6片橫向聯(lián)系梁與承臺連接。隧道采用動態(tài)設(shè)計、信息化施工、鉆爆法上下臺階分部開挖、復(fù)合式襯砌。隧道支護(hù)參數(shù):ue78822藥卷錨桿,長3.5m,間距100cm×75cm(縱向75cm);ue7886雙層鋼筋網(wǎng),15cm×15cm(拱部);I20a型鋼拱架,縱向間距75cm;噴C25早強(qiáng)混凝土25cm(左側(cè)與支撐墻同時現(xiàn)澆C25混凝土);C25鋼筋混凝土二次襯砌50cm,如圖1所示。隧道開挖過程中,對溶洞處治結(jié)構(gòu)和隧道變形圍巖監(jiān)測,是保證溶洞的穩(wěn)定性和隧道施工順利的關(guān)鍵。所以施工監(jiān)測研究可為隧道穿越大型溶洞積累設(shè)計、監(jiān)測和施工方面的經(jīng)驗。2工程施工過程的監(jiān)測與反思隧道在大溶洞中穿過的工程安全監(jiān)測具有連續(xù)性,分為前期、施工期和運行期監(jiān)測。施工期監(jiān)測是最為關(guān)鍵的,施工期間的反饋分析,對監(jiān)控構(gòu)造物安全以及降低工程造價等方面有顯著作用。施工監(jiān)測是隨著施工進(jìn)展,對溶洞圍巖、支護(hù)和處治結(jié)構(gòu)進(jìn)行的位移、應(yīng)力、應(yīng)變、裂縫等監(jiān)測,并及時反饋,以保證施工安全和修改設(shè)計、指導(dǎo)施工并為運行期監(jiān)測積累前期資料;保證結(jié)構(gòu)物的長期穩(wěn)定及檢驗設(shè)計。不同類型的土建工程,其施工方式和荷載影響均不相同,監(jiān)測的重點應(yīng)視具體情況區(qū)別對待。隧道等巖土工程施工,是采取挖除的辦法,是一個人工卸載、加載的擾動過程。這將打破原來處于天然平衡下的應(yīng)力狀態(tài),引起原巖應(yīng)力重分布,直至達(dá)到新的平衡。在應(yīng)力調(diào)整過程中,溶洞圍巖可能會有變形、破壞、巖爆、甚至失穩(wěn)等工程現(xiàn)象發(fā)生。若有有效的監(jiān)控措施對其進(jìn)行預(yù)測預(yù)報,實現(xiàn)信息化施工,針對具體情況,及時采取工程措施,是完全可以避免工程事故的發(fā)生和擴(kuò)大的。3圍巖支護(hù)變形監(jiān)測針對白須公l號隧道該處地質(zhì)、巖性特征,為實現(xiàn)信息化施工,提供全面、有效、經(jīng)濟(jì)的監(jiān)控手段,以隧道施工期監(jiān)測為重點。監(jiān)測項目的設(shè)置情況:隧道以圍巖變形和錨桿拉力、初期支護(hù)鋼支撐變形、二次襯砌變形為主;溶洞處治結(jié)構(gòu)物監(jiān)測,重點在隧道圍巖應(yīng)力釋放對承力墻壓力、承臺基礎(chǔ)沉降、樁基礎(chǔ)變形、橫向聯(lián)系梁的影響。并以捕捉、預(yù)測圍巖有害變形的發(fā)生、發(fā)展,實現(xiàn)動態(tài)支護(hù)設(shè)計與信息化施工為目的,以全面安全監(jiān)控和工程經(jīng)濟(jì)建設(shè)為最終目標(biāo)。3.1全站儀觀測法隧道左側(cè)的組合結(jié)構(gòu)是整個溶洞處治中重要的一環(huán),為保證隧道能安全順利地通過該段地質(zhì),進(jìn)行了以下幾項監(jiān)測:1)支撐墻與圍巖的壓力。在支撐墻與溶洞頂交界處埋設(shè)JMZX-2050A型智能弦式壓力盒,量測圍巖與承力墻之間壓力,埋設(shè)使壓力盒承壓面(壓力盒比較光的一面)向上,將測線從墻體一側(cè)引出,測讀初始壓力值并進(jìn)行調(diào)零,然后按一定的頻率進(jìn)行量測讀數(shù)。2)溶洞頂板位移觀測。在承臺頂部與溶洞交界處的溶洞頂板上和承臺基礎(chǔ)安裝觀測點,通過鉆孔安裝一個固定的鐵片,反光膜片貼在鐵片上,在溶洞另一壁同樣安裝幾個帶反光膜片的鐵片作為后視點,用免棱鏡的全站儀觀測,再算出該點的高程和偏離隧道中線的距離?？梢缘贸鋈芏错敯遑Q向和側(cè)向位移,隧道開挖前測讀初始值,然后按一定的頻率進(jìn)行量測讀數(shù)。3)橫向聯(lián)系梁觀測。樁基礎(chǔ)承臺澆注時右側(cè)預(yù)留6組鋼筋,待隧道開挖后,再在路面基礎(chǔ)下澆注6片橫向聯(lián)系梁與預(yù)留六組鋼筋相接,所以在聯(lián)系梁的上下橫向鋼筋區(qū)埋設(shè)JMZX-422A型智能弦式鋼筋計和JMZX-215A型智能弦式埋入混凝土應(yīng)變計,將測線從隧道的排水溝一側(cè)引出,觀測橫向聯(lián)系梁的內(nèi)力情況。3.2錨桿受力分析1)地質(zhì)和支護(hù)狀態(tài)觀察。爆破后立即進(jìn)行工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及支護(hù)狀況的觀察和記錄,并進(jìn)行地質(zhì)素描,地質(zhì)變化處和重要地段要有照片記錄。2)錨桿軸力量測。根據(jù)錨桿的設(shè)計長度,斷面埋設(shè)的錨桿軸力計采用3.5mJMZX-422A型智能弦式鋼筋計。由于隧道左側(cè)采用鋼筋混凝土承力墻支撐,只能在隧道右側(cè)圍巖埋設(shè),鉆孔垂直圍巖壁面。將錨桿軸力計組裝好后放入鉆孔內(nèi),并注入純水泥漿,24h后讀取基準(zhǔn)值。錨桿應(yīng)力正值為錨桿受拉,負(fù)值為受壓。3)初期支護(hù)與二次襯砌之間壓力。在隧道防水板掛設(shè)前沿隧道周邊拱頂、拱腰、拱腳位置埋設(shè)JMZX-2050A型智能弦式壓力盒,壓力盒布設(shè)時先用砂漿將噴射混凝土面找平,然后使壓力盒承壓面(壓力盒比較光的一面)緊貼噴射混凝土面并進(jìn)行固定,壓力盒測線從防水板底部引出,測讀初始壓力值并進(jìn)行調(diào)零,然后按一定的頻率量測讀數(shù)并整理數(shù)據(jù),共布置5個測點。4)二次襯砌內(nèi)力。二襯臺車駐位前,在二次襯砌內(nèi)層環(huán)向主筋上沿拱頂、拱腰、拱腳位置布置JMZX-215型智能弦式埋入混凝土應(yīng)變計量測二次襯砌應(yīng)變,二次襯砌澆筑并達(dá)到初凝強(qiáng)度后測讀初值,然后按一定頻率進(jìn)行量測讀數(shù),共布置5個測點。4現(xiàn)場測試結(jié)果4.1獨立處理的結(jié)構(gòu)分析4.1.1壓力值承臺支撐墻上部共埋設(shè)了7個壓力盒,監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。從承力墻上壓力變化速率看出,3號和9號兩個車型橫洞邊的壓力值變化最大,壓力變化值為0.08MPa,其他壓力盒變化值都在0.05MPa,但均不會影響承臺穩(wěn)定性。說明圍巖在開挖工程中釋放的壓力值很小,并且壓力也隨后趨于穩(wěn)定,承力墻結(jié)構(gòu)也是穩(wěn)定的。4.1.2觀測點位移對比在1號、2號和3號承臺頂部與溶洞交界處的溶洞頂板上共安裝了4處觀測點,如圖3所示。從觀測點看出,在豎向位移最大為0.016mm和側(cè)向位移最大為0.025mm處,基本沒有發(fā)生明顯位移,并且在施工支護(hù)后1個月后都趨于穩(wěn)定。說明隧道開挖釋放的圍巖壓力很小,隧道支護(hù)參數(shù)合理,溶洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。4.1.3混凝土變形力1號—5號聯(lián)系梁監(jiān)測結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出,鋼筋應(yīng)力值和混凝土變化最大是2號橫向聯(lián)系梁,其中應(yīng)力值為28MPa,混凝土應(yīng)變?yōu)?60×10-6;所有聯(lián)系梁受力都很小,10d后趨于穩(wěn)定,給樁、臺、墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向穩(wěn)定性提供了安全保障。4.2隧道監(jiān)測分析4.2.1初期支護(hù)處理白須公1號隧道溶洞段圍巖走向S235°W,傾角34°的厚層-巨厚層狀強(qiáng)-弱風(fēng)化巖層,層面間夾有黏土層,并有寬1～3cm裂縫,巖石表面比較濕潤,裂隙水主要受降雨影響,所以要及時進(jìn)行初期支護(hù),保證施工順利進(jìn)行。4.2.2主洞錨桿軸力分析由于溶洞老虎嘴段右側(cè)圍巖比較破碎,圍巖裂隙也比較發(fā)育,開挖中有掉塊現(xiàn)象。且隧道受到偏壓,支護(hù)中需要錨桿把松散巖體穩(wěn)定好,形成一個錨桿承載力圈。在主洞K2178+110、K2178+115,兩個斷面埋設(shè)了錨桿軸力計。兩個斷面錨桿軸力變化如圖5所示。從錨桿受力情況可以看出,K2178+110、K2178+115兩個斷面均是右拱腰受到的拉力最大,且K2178+110斷面錨桿受力最大值為25MPa,在20d后趨于穩(wěn)定,K2178+115斷面右拱腰在40d后也趨于穩(wěn)定,其他測點錨桿拉力變化都很小,均在10d后趨于穩(wěn)定,說明錨桿起到了聯(lián)結(jié)周邊的松動圍巖的作用。4.2.3結(jié)果圖1在初期襯砌與二次襯砌之間埋設(shè)壓力盒,K2178+135斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果如圖6所示。從量測結(jié)果可看出:初期支護(hù)與二次襯砌之間最大壓力為0.08MPa,最大壓力出現(xiàn)在左拱腰位置,該處是初期支護(hù)與支撐墻連接部分,在隧道施工中應(yīng)加強(qiáng)該位置的施工質(zhì)量,保證拱架連接處的質(zhì)量。4.2.4襯砌層間壓力和混凝土應(yīng)變的對比在二次襯砌中埋設(shè)混凝土應(yīng)變計,K2178+135斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果如圖7所示。從層間壓力和混凝土應(yīng)變可以看出,K2178+135斷面在初期襯砌與二次襯砌之間埋設(shè)壓力盒最大值為左拱腰0.07MPa,而混凝土應(yīng)變都很小,說明初期支護(hù)效果很理想,支護(hù)參數(shù)很合理。二襯只是起到了安全儲備作用。5樁、