隧道施工監控量測技術(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 (2~5)B1次/d＜1mm/d＞5B1次/d注：B為隧道開挖寬度。在由位移速度決定的量測頻率和由距開挖掌子面距離決定的量測頻率中，原則上應采取頻率高的。當變形穩定時，可不按照表755的要求。當同一個量測斷面內各測線變形速度不同時，要以產生最大變形速度的測線確定全斷面的量測頻率。量測期間的確定：在變形量小的隧道中(開挖后一個月內收斂)，因變形收斂快，在變形收斂至一定值后，再以每天測一次的頻率測一周時間，觀察其穩定狀態。在變形量大的隧道中(開挖后經兩個月以上，變形仍不收斂)，直至變形量收斂至一定數值后，再以每天測一次的頻率測兩周時間，以確認變形是否穩定。見圖7516。在塑性流變巖體中，如變形長期(兩個月以上)不收斂，量測要進行到1mm/30d為止。在選測項目中，地表沉降量測頻率，在量測區間內原則上1~2d一次，見圖7517。圖7517 地表沉降量測區間量測區間上半上半下半下半(2~5)DH+h3D450Hh1h2圍巖位移量測、錨桿軸力量測、噴層(襯砌)應力量測、圍巖壓力量測、格柵應力量測等的量測頻率，原則上與同一斷面內的應測項目量測頻率相同。圖7516 確定量測期間的方法經過日數(d)(變形量大)(變形量小)1周2周變形量(mm)四、量測數據分析與反饋量測數據反饋于設計、施工是監控設計的重要一環，但目前尚未形成完整的設計體系。當前采用的量測數據反饋設計的方法主要是定性的，即依據經驗和理論上的推理來建立一些準則。根據量測的數據和這些準則即可修正設計支護參數和調整施工措施。量測數據反饋設計、施工的理論法，目前正在蓬勃興起，那就是將監控量測與理論計算相結合的反分析計算法，這里，簡要介紹根據對量測數據的分析來修正設計參數和調整施工措施的一些準則。(一)地質預報地質預報就是根據地質素描來預測預報開挖面前方圍巖的地質狀況，以便考慮選擇適當的施工方案調整各項施工措施。包括：(1) 在洞內直觀評價當前已暴露圍巖的穩定狀態，檢驗和修正初步的圍巖分類；(2) 根據修正的圍巖分類，檢驗初步設計的支護參數是否合理，如不恰當，則應予修正；(3) 直觀檢驗初期支護的實際工作狀態；(4) 根據當前圍巖的地質特征，推斷前方一定范圍內圍巖的地質特征，進行地質預報；防范不良地質突然出現。(5) 根據地質預報，并結合對已作初期支護實際工作狀態的評價，預先確定下循環的支護參數和施工措施；(6) 配合量測工作進行測試位置選取和量測成果的分析。(二)凈空位移分析與反饋如前所述，凈空位移是圍巖動態的最顯著表現，所以隧道工程現場量測主要以凈空位移作為圍巖穩定性評價及圍巖穩定狀態判斷的指標。一般而言，坑道開挖后，若圍巖位移量小，持續時間短，其穩定性就好；若位移量大，持續時間長，其穩定性就差。以圍巖位移作為指標來判斷其穩定狀態，則有賴于對實際工程經驗的總結和對位移量測數據的分析。，關鍵是要確定一個“判斷標準”(或稱為“收斂標推”)，即是判斷圍巖穩定與否的界限。它包括三個方面：位移量(絕對或相對)、位移速率、位移加速度，見第五章第三節有關內容。，如果圍巖位移速度不超過允許值，且不出現蠕變趨勢，則可以認為圍巖是穩定的，初期支護是成功的。若表現出穩定性較好，則可以考慮適當加大循環進尺。淺埋隧道暗挖法施工時，應特別注意對拱頂下沉及地表下沉量的控制，其控制標準可參見表756。表756 量測數據管理基準參考值指標內容日本、法國、德國規范綜合值推薦基準值城市地鐵山嶺隧道地面最大沉陷50mm30mm60mm地面沉陷槽拐點曲率1/3001/5001/300地層損失系數5%5%5%洞內邊墻水平收斂20~40mm20mm(~)B%洞內拱頂下沉75~229mm50mm(~) B%注：B——開挖洞室最大跨度(m) 如果位移值超過允許值不多，且初期支護中的噴射混凝土未出現明顯開裂，一般可不予補強。如果位移與上述情況相反，則應采取處理措施，如在支護參數方面，可以增強錨桿，加鋼筋網噴混凝上、加鋼支撐、增設臨時仰拱等；施工措施方面，可以縮短從開挖到支護的時間，提前打錨桿，提前設仰拱，縮短開挖臺階長度和臺階數，增設超前支護等。(內層襯砌)的施作時間。按新奧法施工原則，當圍巖或圍巖加初期支護后基本達成穩定后，就可以施作二次襯砌。應當特別指出的是，在流變性和膨脹性強烈的地層中，單靠初期支護不能使圍巖位移收斂時，就宜于在位移收斂以前，施作模筑混凝土二次襯砌，做到有效地約束圍巖位移。(三)圍巖內位移及松動區分析與反饋與凈空位移同理，如果實測圍巖的松動區超過了允許的最大松動區(該允許松動區半徑與允許位移量相對應)，則表明圍巖已出現松動破壞，此時必須加強支護或調整施工措施以控制松動范圍。如加強錨桿(加長、加密或加粗)等，一般要求錨桿長度大于松動區范圍。如果與以上情形相反，甚至錨桿后段的拉應力很小或出現壓應力時，則可適當縮短錨桿長度或縮小錨桿直徑或減小錨桿數量等。(四)錨桿軸力分析與反饋根據量測錨桿測得的應變，即能算出錨桿的軸力。 (754)式中：N——錨桿軸力； ——錨桿直徑； E——桿的彈性模量； εε2——測試部位對稱的一組應變片量得的兩個應變值。錨桿軸力是檢驗錨桿效果與錨桿強度的依據，根據錨桿極限強度與錨桿應力的比值K(安全系數)即能作出判斷。錨桿軸應力越大，則K值越小。一般認為錨桿局部段的K值稍小于1是允許的，因為鋼材有一定的延性。根據實際調查發現錨桿軸應力在洞室斷面各部位是不同的，表現為：，錨桿軸應力最大者多數在拱部45176。附近到起拱線之間；，不管凈空位移值大小如何，出現壓應力的情況是不少的。錨桿的局部段K值稍小于1的允許程度應該是不超過錨桿的屈服強度。若錨桿軸應力超過屈服強度時，則應優先考慮改變錨桿材料，采用高強鋼材。當然，增加錨桿數量或錨桿直徑也可獲得降低錨桿軸應力的效果。(五)圍巖壓力分析與反饋由圍巖壓力分布曲線可知圍巖壓力的大小及分布狀況。圍巖壓力的大小與圍巖位移量及支護剛度密切相關。圍巖壓力大，即作用于初期支護的壓力大。這可能有兩種情況：一是圍巖壓力大但變形量不大，這表明支護時機，尤其是支護的封底時間可能過早或支護剛度太大，可作適當調整，讓圍巖釋放較多的應力；另一種情況是圍巖壓力大且變形量也很大，此時應加強支護，限制圍巖變形，控制圍巖壓力的增長。當測得的圍巖壓力很小但變形量很大時，則應考慮可能會出現圍巖失穩。(六)噴層應力分析與反饋噴層應力是指切向應力，因為噴層的徑向應力總是不大的。噴層應力與圍巖壓力及位移有密切關系。噴層應力大的原因有二個方面，一是圍巖壓力和位移大；二是由于支護不足。在實際工程中，一般允許噴層有少量局部裂紋，但不能有明顯的裂損，或剝落、起鼓等。如果噴層應力過大，或出現明顯裂損，則應適當增加初始噴層厚度。如果噴層厚度已較厚時，則不應再增加噴層厚度，而應增強錨桿、調整施工措施、改變封底時間等。(七)地表下沉分析與反饋對于淺埋隧道，可能由于隧道的開挖而引起上覆巖體的下沉，致使地面建筑的破壞和地面環境的改變。因此，地表下沉的量測監控對于地面有建筑物的淺埋隧道和城市地下通道尤為重要。如果量測結果表明地表下沉量不大，能滿足限制性更求，則說明支護參數和施工措施是適當的；如果地表下沉量大或出現增加的趨勢，則應加強支護和調整施工措施，如適當加噴混凝土、增設錨桿、加鋼筋網、加鋼支撐、超前支護等，或縮短開挖循環進尺、提前封閉仰拱、甚至預注漿加固圍巖等。另外，還應注意對淺埋隧道的橫向地表位移觀測，橫向地表位移帶發生在淺埋偏壓隧道工程中，其處理較為復雜，應加強治理偏壓的對策研究。(八)聲波速度分析與反饋圍巖的聲波速度綜合地反映了巖體的物理力學特征和動態變化。根據vP—L曲線可以確定圍巖松動區的范圍，工程中應注意將此結果與圍巖內位移量測資料相對照，綜合分析和判斷圍巖的松弛情況，以便給修正支護參數和調整施工措施提供依據和指導。五、三維位移監測及應用烏鞘嶺隧道嶺脊段開展了三維變形監測。在F7斷層共布置13個三維位移量測斷面，左線隧道5個，分別為DK177+150、+19+23+270、+318；右線隧道共6個，分別為YDK177+1+18+2+27+32+400；右線迂回導坑2個，分別為YyK0+18+193。量測結果如表3413所示。實測三維變形最大值和均值如表3414所示。由表3413414，F7斷層地段的三維位移十分明顯，右線隧道豎直位移歷時10天左右達到350mm；橫向位移歷時10天左右為150mm，歷時近50天超過240mm；縱向位移歷時10天左右為90mm，歷時近50天達到125mm。左線隧道歷時10天左右豎直位移達到160mm，橫向位移超過100mm，縱向位移達到70mm?？v向位移均背離隧道開挖面方向發展。表3413 F7斷層地段隧道拱部豎直位移和縱向位移量測值施工地段測試里程位移方向拱部位移/mm位移均值測試斷面相距開挖面拱頂左拱腰右拱腰/mm/m與洞跨比F7斷層右線隧道YDK177+400豎直 縱向 YDK177+323豎直— — 縱向— — YDK177+278豎直— — 縱向— — YDK177+220豎直 —— 縱向 —— 右線隧道YDK177+185豎直 —— 縱向 —— YDK177+140豎直 縱向 左線隧道DK177+270豎直 —— 縱向 —— DK177+235豎直 —— 縱向 —— DK177+192豎直 —— 縱向 —— DK177+150豎直 —— 縱向 —— 表3414 三維位移最大值及平均值(mm)位移方向最大值平均值右線左線拱頂拱腳邊墻中豎直位移350160橫向位移150100縱向位移9070用隧道縱向位移與豎直位移△L/△S的比值（如圖3416）來計算其位移向量方位角α（176。），如表3415所示。其中，B為開挖洞室的跨度，△（平均值），△（平均值），α則為Sy與Sz的合位移S與鉛垂線的夾角。α△L≈1B處的縱向位移Sy△S≈1B處的豎直位移SzS≈Sy+Sz圖3416 隧道位移向量方位角α表3415 F7斷層地段位移向量方位角αF7斷層右線正洞F7斷層左線平導里程角度α（176。）里程角度α（176。）YDK177+400YDK177+323YDK177+278DK177+270YDK177+220DK177+235YDK177+185DK177+192YDK177+140DK177+150通過F7斷層區段迂回導坑和正洞三維變形監測，其三維位移變化呈現出不對稱狀態，如表3419和表3420所示。表3419 F7斷層各洞室兩側橫向水平位移和比值隧道里程橫向水平位移/mm左邊墻/右邊墻左拱腳/右拱腳左右倍數均值平均倍數左邊墻右邊墻左拱腳右拱腳迂導YyK0+188YyK0+193右線正洞YDK177+278YDK177+220YDK177+185YDK177+140左線平導DK177+270DK177+235DK177+192DK177+150表3419 F7斷層、板巖夾千枚巖地段各洞室位移比值隧道F7斷層地段志留系地層右線迂導右線正洞左線平導板巖夾千枚巖地段縱向位移橫向位移豎直位移根據隧道縱向位移與豎直位移△L/△S比值計算得出F7斷層區段的位移向量方位角α沿縱向分布如圖524所示。F7斷層后期施工地段右線正洞和左線平導的隧道拱部位移向量方位趨勢線是基本一致的。圖524中的趨勢線反映方位