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        毛壩隧道圍巖變形監測研究與分析

        作者:小編時間:2021-07-08 12:19:00 次瀏覽

        信息摘要:

        (1)在隧洞開挖及支護時應遵循先治水、早預報、強支護、短開挖、弱爆破、快封閉、勤量測原則[10],使所監測的斷面變形得到有效的控制。地質超前預報系統的使用使我們對巖體的性質提前掌握。另外,超前探孔及紅外探水的應用避免坍塌、突泥和突水事故的發生,為隧道

        (1)在隧洞開挖及支護時應遵循先治水、早預報、強支護、短開挖、弱爆破、快封閉、勤量測原則[10],使所監測的斷面變形得到有效的控制。地質超前預報系統的使用使我們對巖體的性質提前掌握。另外,超前探孔及紅外探水的應用避免坍塌、突泥和突水事故的發生,為隧道安全、高效施工提供了安全保障。

          周邊水平收斂量測是目前洞內監測的主要內容之一。它是隧道圍巖應力狀態變化的最直觀反映。根據變形速率判斷圍巖穩定程度和二次襯砌施作的合理時機指導現場施工[7]。根據圍巖條件,選取了YK298+470.2這個典型斷面。由于偶然誤差的影響,采用數學中的回歸分析[8]進行處理數據,這在很大的程度上消除這種誤差。此外利用回歸方程來進行研究,據此來判斷隧道圍巖的變化和支護結構的可靠性,對圍巖的下一步發展趨勢進行預測,以便為修改設計和指導施工提供科學依據。對于斷面YK298+470.2我們采用對數函數U=A+Bln(1+t)進行研究。

          3.2.2周邊水平收斂量測

          由于隧道埋深較大,地質鉆探無法到達隧道掌子面,設計時隧道的圍巖級別都為推斷所得,所以加大超前預測預報及加強施工監控量測是本工程的重點,本隧道采用地質素描及TSP超前地質預報系統、超前探孔等超前地質預報,紅外探水。

          2公路隧道施工監控的目的與方法

          隧道動態監測是新奧法施工的重要組成部分,是施工管理中不可缺少的重要環節[1-2],是保證工程質量的重要措施和了解巖體變形規律的方法和手段。新奧法要求伴隨著施工整個過程進行系統的、整體的圍巖的動態觀測,根據現場量測的數據,不斷地對圍巖穩定性與受力狀態做出分析評估,根據位移量測結果修正支護參數[3],并以此指導隧道支護結構的設計與施工[4]。本文主要研究施工監控的手段與方法、量測數據處理與分析及預測預報,這對安全施工以及保證工程質量具有十分重要的作用。我國公路隧道采用新奧法設計施工的比率已超過50%[5],由于新奧法設計施工的理念更具有實際意義,因此新奧法設計施工得到廣泛的應用。

          1工程地質概況

          毛壩隧道位于陜西省安康市,為一座上、下分離的四車道高速公路特長隧道。洞室凈空10.25*5.0m,左線起訖樁號ZK296+726~ZK298+567,長1841m;右線起訖樁號YK296+719~YK298+562,長1843m。該區處于中低山構造侵蝕-溶蝕峰叢-河谷地貌區。山體坡度峻陡,多大于55°,河谷呈"V"字形。區內標高一般在900~1000m,最高在ZK296+580,標高1128m,最低在隧道出口,標高377m,相對高差751m,隧道走向與山脊走向多近于平行。

          為了全面掌握隧道施工中圍巖及支護和受力情況,根據本項目地質條件、支護類型的特點,確定安全監測項目和方法?,F場監測是隧道工程信息化設計和施工的重要步驟,是新奧法重要內容,其可以時刻掌握圍巖的穩定與受力情況,進行動態管理。根據量測信息,預測和確認隧道圍巖最終穩定時間,并根據隧道開挖后所獲得的量測信息以修正設計。

          3量測方案設計

          3.1監測的內容

          依據《公路隧道施工技術規范》并配合毛壩隧道新奧法施工的需要,監控量測必測項目有:洞內觀察、凈空變位、拱頂下沉,選測的包括圍巖條件等。監測點布置如圖1。在隧道的施工中,根據隧道的實際情況采用超前地質預報系統、超前探孔及紅外探水等方法以確保施工的順利進行。

          施工過程中,每次爆破后進行地質素描,包括掌子面正面及側面穩定狀態、巖層產狀、巖性風化程度、節理裂隙發育程度、噴射混凝土開裂、掉塊現象、涌水情況、水質情況、水的影響等。同時定期對地表水文環境進行觀測和監測記錄,及時了解隧道施工對地表水的影響,確定施工控制措施。利用TSP203預報系統每100~150m量測一次,將每一次預報時間分配到各級圍巖開挖循環中。紅外探水采用HY-303型探水儀,紅外探水平均20m測量一次。在工程地質與水文地質較復雜地段及巖溶、地質構造強烈及初步判斷前方有大型隱伏含水體或發育中大型巖溶管道地段進行超前水平鉆探。超前地質預測預報施工工藝見圖2。

          周邊水平收斂量是隧道圍巖應力狀態變化的最直觀反映。其是洞內監測的重要內容之一。本工程收斂儀器采用上虞數顯收斂儀JSS30A型(其精度為0.06mm)進行數據采集。

          周邊收斂量測的收斂值是指已知兩測點間的距離在某一時間段內的改變量,按下式[6]計算:u=Rt-R0,△u=R1-R2式中:ut、△u、分別為t時刻周邊收斂值、t1~t2時刻收斂值;Rt、R0、R1、R2分別為t時刻觀測值、初始觀測值、t1時刻觀測值、t2時刻觀測值

          量測斷面間距、凈空變形、拱頂下沉量測間距S為:隧道埋深:H<30m時,S=10m;H>30m時,S=20m。其中量測在每次爆破后進行。

          3.2.3拱頂下沉量測

          拱頂下沉量測是隧道周邊水平收斂量測的有力補充。洞山隧道采用精密水準儀進行數據采集,拱頂下沉監測示如圖3所示。在水平收斂測點的同一斷面拱頂軸線處埋設一個預制的掛鉤,通過對拱頂下沉絕對值的量測,了解斷面變形并判斷其穩定情況。采用的儀器為蘇一光水準儀(精度1.5mm/km)和鋼卷尺等。量時盡量保證前后視距相等,以減少誤差。如在起算點處無已知水準點,可以假設水準點高程。拱頂下沉量測次數見表1。

          4測控數據的分析處理

          將方程U=0.566+3.251ln(1+t)取一階導數,即U′=3.251/(1+t),當U′<0.2,得t>15.255,令t=16d即認為16d后可以施作二次襯砌,此時周邊收斂量為:U=0.566+3.251ln(1+16)=10mm。位移加速度U″=-3.251/(1+t)即圍巖變形速率不斷下降,斷面圍巖變形隨時間的增加越來越小,表明圍巖變形趨向穩定。這與實際量測所得到結果相吻合。也證明了初期支護的有效性。

          由圖4周邊收斂曲線圖可以看出,隨著掌子面不斷向前推進,周邊變形平穩、正常、變形速率隨時間下降,表明圍巖變形趨向穩定。第18d左右下沉收斂值達到最大,根據實測數據此時掌子面距觀測斷面2.5D~3D(D為隧道寬度,m)的范圍,這與預計的相符。

          同理,也可得到拱頂沉降的回歸方程:U=0.137+3.19ln(1+t)。其剩余標準差為1.9。圖5為拱頂沉降曲線圖。拱頂下沉的監測時間與周邊收斂監測基本是同時進行的,且在同一斷面。由圖5可知,斷面的拱頂剛開始沉降的速率較大隨著時間的推移變形逐漸趨于平緩最最終變形基本穩定,第17d后下沉基本停止,說明此時圍巖趨于穩定。

          5結語

         ?。?)隧道開挖過程中,圍巖的水平收斂量和拱頂下沉呈現變形呈現速率較大、變緩直到不變化的趨勢。在隧道施工和支護工程中,利用回歸方程,及時地掌握了圍巖的應力狀態及圍巖的位移,可推斷變形加速度、穩定所需時間等,以決定二次襯砌或施作仰拱的時間等。

         ?。?)結合情況進行工程施工。在隧道施工中,采用了將Ⅱ級圍巖全斷面開挖,光面爆破。Ⅲ級、Ⅳ級圍巖采用臺階法施工,拱部采用光面爆破,邊墻采用預裂爆破。洞口Ⅴ級圍巖淺埋地段及洞內Ⅴ級圍巖深埋地段采用短臺階分部開挖法施工,上臺階采用預留核心土環形開挖,下臺階采用拉中槽跳挖馬口法開挖等,保證了施工的安全和質量。文章由陜西西安基礎加固提供http://www.101niketw.com


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