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隧道施工監控量測與圍巖穩定
更新時間:2023-06-19 09:13
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 摘 要:本文介紹了半坡隧道現場監控量測的項目和方法,分析了典型斷面施工中的圍巖穩定性,判斷圍巖穩定程度和支護結構的狀態,對圍巖變形和應力的分布特征進行了探討。 

關鍵詞:監控量測 圍巖 穩定 

  一、工程概況 

  半坡隧道位于貴州省黔南州,為一座上、下行分離的四車道高速公路中隧道,左線長950m,右線長960m,最大埋深約150m。隧道地處貴州高原南部中低山峰叢,穿越泥盆系石英砂巖夾泥巖和白云巖、灰巖互層;節理裂隙發育,有多條斷裂線,地下水豐富,軟質巖遇水后易軟化,因而圍巖穩定性差。其巖性主要為:亞粘土、碎石土、強風化白云巖、弱風化頁巖、砂巖及泥質粉砂巖、灰巖;弱風化白云巖、泥灰巖,節理裂隙發育,巖體破碎~極破碎,圍巖自身穩定性差。 

  二、量測項目 

  監控量測可以及時提供地下結構的變形和受力情況等信息,判斷施工工藝的可行性、設計參數的合理性,提出更加恰當的施工方法和合理的支護措施,實現隧道信息化動態施工控制,達到既能安全快速施工,又能節省工程造價的目的。根據規范要求,結合半坡隧道施工的實際工程情況,開展了以下的現場監控量測工作: 

  必測項目:(1)地質和支護觀察、(2)周邊收斂量測、(3)拱頂下沉量測、(4)錨桿內力量測。必測項目量測方法簡單,量測密度大,量測信息直觀可靠,貫穿在整個施工過程中。 

  選測項目:(1)地表下沉量測、(2)圍巖內部位移量測、(3)圍巖與噴射混凝土間接觸壓力量測、(4)噴射混凝土與二次襯砌間接觸壓力量測、(5)噴射混凝土內應力量測、(6)二次襯砌內應力量測、(7)鋼支撐內力量測。埋設選測項目斷面遵循的原則是①地質惡劣,節理裂隙發育,巖石破碎;②圍巖類別漸變;③隧道埋深較淺;④偏壓嚴重;⑤斷層破碎帶;⑥施工方案變更時所處斷面。以便更深入地掌握圍巖穩定狀態與支護效果,對支護措施有效監控,作出安全性評價,指導施工。 

  三、數據采集和分析 

  現場監控量測人員按規范和監控量測大綱規定的頻率堅持每天到洞內采集數據和進行地質跟蹤調查,如發現量測數據出現異常變化或圍巖地質情況變差,則及時分析引起變化的原因并通知有關各方,使問題得到及時處理,同時量測頻率在規范規定的基礎上增加。 

  隧道圍巖監控量測數據管理系統所生成的時間空間效應曲線和深孔量測項目圍巖內部分布圖,在一張圖紙上綜合反映了量測斷面樁號、量測斷面隧道埋深、施工方法、工程進度、測點位置等信息,能夠全面地分析隨著時間的推移和掌子面的向前推進,量測斷面的圍巖變形和支護結構受力的大小和發展趨勢,準確判斷圍巖和支護結構的穩定性,圍巖內部的松動范圍,對每一個斷面的各量測項目分別進行分析,判斷變形和應力是已趨于穩定或是有繼續發展的趨勢,給出一個明確的判斷,對隧道施工起到了積極的指導作用。 

  四、斷面圍巖穩定性分析 

  ZK234+365斷面位于半坡隧道貴陽端涌水處治地段,該段裂隙水很大,呈股狀、線狀的涌水點達十多處,采用局部注漿堵水、排堵結合。斷面巖性為灰色、褐黃色薄~中層狀含砂泥質板巖,巖石板理發育,巖石質軟,破碎,局部為褐灰色粘土層,粘土固結差、松散,斷面巖石自穩能力極差,易掉塊或坍塌。 

  施工采用上下導坑法開挖,其中上導坑預留核心土開挖。主要支護參數如為:1、初期支護:(1)C20噴射混凝土厚26cm。(2)20b工字鋼鋼拱架,間距60cm。(3)D25中空注漿錨桿,L=300cm,間距60cm(縱)x100cm(環),按梅花形布置。(4)φ8雙層鋼筋網,間距20cmx20cm。2、二次襯砌:C25鋼筋混凝土砼厚團50cm。地表采用水泥?-水玻璃注漿加固,洞內輔助施工措施采用超前小導管。 

  地表下沉:其變化曲線呈現出一定的規律性,從時間空間變化曲線進行分析,總體上分三個階段(1)緩慢增長階段,從洞內開挖逐步靠近本量測斷面開始,直到開挖面距離本量測斷面為5m,平均變形速率在0.061~0.194mm/d之間;(2)快速增長階段,從開挖面距離本量測斷面5m開始,直到開挖面離開本量測斷面10m,平均變形速率在0.925~4.93mm/d之間,該階段下沉完成總下沉量的85%以上;(3)緩慢增長---逐漸趨穩階段,為開挖面離開本量測斷面10m以后,平均變形速率在0.15~0.35mm/d之間之間。5個測點的地表下沉穩定值分別為:44mm、60mm、64mm、37mm、16mm,呈現出明顯的左側下沉大、右側下沉小的狀態,與本地段偏壓的狀態吻合。 

  拱頂下沉:本斷面的拱頂下沉波動較大,三個測點的變化趨勢基本一致,測點埋設初期,在左側偏壓的作用下,拱頂下沉測點先向上移動,三個測點的最大量測值分別為-2mm、-7mm、-9mm,上臺階開挖面逐漸遠離本斷面后,測點逐漸向下移動,穩定下沉值分別為6mm、2mm、-2mm,圍巖變形較小,處于比較穩定的狀態。 

  周邊收斂:拱腰的周邊收斂逐漸增大,總體上分兩個階段,上臺階開挖初期,拱腰的周邊收斂增加速度較快,后逐漸減緩,下臺階開挖時,拱腰的周邊收斂又短暫地有所增加,其穩定收斂值為12.4mm,邊墻的的周邊收斂量測值很小。 

  接觸壓力:圍巖與噴射混凝土接觸壓力呈中間大兩側小地狀態,拱頂測點的接觸壓力最大,接觸壓力達到0.433Mpa,30天后則趨于穩定,噴砼與二次襯砌接觸壓力很小,處于穩定狀態。 

  內部應力:噴射混凝土內部應力呈現出左側受拉右側受壓的狀態,與本斷面左側埋深大右側埋深小,呈偏壓狀態吻合,真實地反映了的結構的真實受力狀態。其中右側拱腰的噴射混凝土內部應力較大,測點埋設初期增加較快,量測20天后受力趨于穩定,其穩定量測值為1.9Mpa,二次襯砌內部應力較小,量測值小于0.4Mpa。 

  鋼支撐內力:拱頂測點的鋼支撐內力最大,測點埋設后的變化很快,30天后拱頂測點的鋼支撐內力已逐漸趨于穩定,穩定量測值為21KN,其余測點的量測值很小。 

  圍巖內部位移:本斷面的圍巖內部位移較大,表明隧道施工開挖對圍巖有所擾動,其中左側拱腰圍巖壁面和圍巖內部0.7m處的位移最大,量測值分別為10mm、8.5mm,均為向隧道內空移動,右側拱腰圍巖內部2.1m處的位移最大,量測值為6mm,為向隧道外移動,分析表明在偏壓的作用下,圍巖和隧道結構有向右移動的現象。 

  錨桿軸力:本斷面的錨桿軸力以受壓為主,基本上都呈現出往圍巖內部軸力逐漸減小的狀態,穩定量測值均小于8KN,分析表明錨桿的作用尚未充分發揮出來,因此,可適當增加錨桿的長度。 

  五、結論 

  通過對半坡隧道圍巖類型典型斷面的穩定性分析,得出以下結論: 

 ?。?)半坡隧道出口淺埋偏壓段的支護措施和施工方法是恰當的,支護結構形成了比較穩定的承載拱,洞內變形較小,圍巖處于穩定狀態。 

 ?。?)通過對現場監控量測數據的分析,得到圍巖變形的初步發展規律和分布特征。 

 ?。?)通過現場監控量測可以準確地判斷施工中圍巖和支護結構的穩定性,避免塌方事故的發生,實現了隧道信息化動態施工控制,達到了安全快速施工、節省工程造價的目的。 


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