第三监控量测与检测技术标（竹盖山隧道监控量测质量检测及地质超前预报实施方案）上报

1 竹竹盖盖山山 隧隧道道监监控控量量测测 质质量量检检测测 及及地地质质超超前前预预报报 实实施施方方案案 1 工程概况工程概况 竹盖山隧道位于连怀公路中段 设计行车速度为 100km h 按高速公路双向四车 道布置 左 右线分离布设 隧道开挖最大宽度 11 4m 最大高度 8 91m 隧道穿过 中低山地貌区 地面标高 420 640m 隧道左线起止里程为 ZK68 270 Zk70 922 长 2652m 隧道最大埋深约 185m 隧道右线起止里程 YK68 269 YK70 930 长 2661m 隧道最大埋深约 194m 最小埋深 洞口段除外 18m 左线连州端采用削竹 式洞门 怀集 连山 端采用端墙式洞门 右线两端洞门形式与左线相同 左右两线 连州端洞口段线间距约为 28m 洞身段间距约 40m 怀集端线间距约为 24m 勘察过程中 本段共布置钻孔 21 个 并在其中 4 个钻孔内开展了钻孔声波测井 实验 布置了 3630m 长度的浅层地震折射波法勘探工作 调查结果显示 该区地层主 要为加里东期花岗闪长岩 及其风化层 隧址区未见大的断裂构造 隧址区地 3 质构造以节理裂隙为主 其中 隧道进 出洞口位置结构面较为发育 进洞口段主要 结构面倾向 W 或 SW 倾角较陡 65 85 与洞轴线大角度相交 对洞口的稳定 性影响较小 出洞口节理裂隙较为发育的有三组 分别倾向 NE SE NW 倾角也 普遍较陡 52 79 主要结构面走向与洞轴线斜交 对隧道围岩稳定性和出口边 坡稳定性存在一定的不利影响 结构面普遍较为平直 延伸长度最大未见超过 6m 进洞口节理裂隙线密度最大 10 条 m 出口最大 4 条 m 隧址区内加里东期花岗闪长 岩微风化岩体属坚硬岩 其工程性质较好 饱和单轴抗压强度大于 80MPa 是理想的 建筑材料 覆盖层较厚 厚度 3 2 69 7m 主要由残破积土构成 残破积土以粉质粘 土为主 普遍表现出遇水软化的特征 隧址区不良地质作用规模较小 以地表局部崩 塌和滑塌为主 特殊性岩土规模较小 局部花岗闪长岩经绿泥石饰变 风化等改造后 形成膨胀岩 高液限软土 项目区地震基本烈度 VI 度 地震活动较弱 隧址区地表 水系不发育 主要为季节性降雨及沟谷水 地下水以基岩裂隙水 覆盖层和全 强风 化层中孔隙水为主 地下和地表水的水量均较贫乏 地下水对混凝土结构无腐蚀性 总得说来 隧道洞身部分地质条件较好 洞口地质条件较差 竹盖山隧道由广东冠粤路桥有限公司承建 计划 2013 年 4 月完工 2 2 隧道监控量测隧道监控量测 2 1 监控量测项目监控量测项目 根据隧道的地质特点和设计资料 综合考虑 公路隧道施工技术规范 JTJ F60 2009 并参考 铁路隧道监控量测技术规程 TB10121 2007 主要针对以下项目 开展监控量测 拱顶下沉量测 周边收敛量测 浅埋段地表下沉量测 锚杆内力量测 初期支护喷混凝土应力量测 二次衬砌压应力量测 钢支撑内力量测 各项目的主要测试目的及设备见表 2 1 表 2 1 监控量测项目及仪器汇总表 序号量测项目仪器设备测试目的 1拱顶下沉量测 收敛钢尺 水准 仪 全站仪 及时掌握隧道整体的稳定情况 2周边收敛量测收敛计 全站仪 判断围岩的稳定性 确定二次衬砌的施做时间 3 浅埋段地表沉 降量测 精密水准仪 水 准尺 全站仪 与拱顶下沉对比 间接反映隧道的稳定及隧道 拱部以上围岩的运动状况 4锚杆内力量测锚杆计 频率计 判断复合式衬砌中锚杆的工作状态及作用范围 5 喷混凝土应力 量测 压力盒 频率计 判断复合式衬砌中围岩载荷大小 判断初期支 护与二次衬砌各自分担围岩压力的情况 6 二次衬砌压应 力量测 压力盒 频率计 判断复合式衬砌中围岩载荷大小 判断初期支 护与二次衬砌各自分担围岩压力的情况 7 钢支撑内力量 测 钢筋计 表面应 变计 频率计 判初期支护中钢支撑载荷大小 判断初期支护 承受围岩压力的情况 2 2 监控监控实施细则实施细则 3 2 2 1 拱顶下沉与洞周收敛量测拱顶下沉与洞周收敛量测 拱顶下沉与周边收敛观测在同一个断面内进行 为了叙述方便 将洞周围岩收敛 量测与拱顶下沉合并进行说明 拱顶下沉与周边收敛观测采用在每个量测断面的拱顶 中心及两侧埋设收敛预埋钩 采用精密水准仪配合钢尺收敛计采集数据的方式观测 2 2 1 1 观测目的与依据观测目的与依据 开展隧道拱顶下沉与周边收敛的主要目的在于 1 掌握岩体变形变化规律及发展趋势 2 预测预报围岩稳定性 为施工安全服务 3 选择合理的支护时机和判断支护效果 4 优化设计 及时修改喷锚支护参数 5 监视工程的实际运行情况 积累运行资料 为改进设计提高设计水平提供科 学依据 观测方法 标准等参照 工程岩体试验方法标准 GB T 50266 99 及 铁路隧 道监控量测技术规程 TB10121 2007 制定 2 2 1 2 观测布置观测布置 1 断面布置 结合工程特点 并遵循在避免爆破作业破坏的前提下在质量较差的岩体段落多布 的原则 选取了如表 2 2 所示的监测断面间距及表 2 3 所示的监测频率 以确保为动 态反馈设计及信息化施工提供及时的监测信息 实际工作过程中 可根据现场情况灵 活增减断面 另外 一般情况下同时参考位移变化速度 量测断面距开挖面距离确定 量测频率 并以位移变化速度为主要指标以便及时指导施工 表 2 2 拱顶下沉与周边收敛监测断面间距及测点数量 每个断面测点数量 围岩级别断面间距 m 拱顶下沉测点 个 洞周收敛测线 条 V10 151 33 6 IV20 301 33 4 III30 5011 80 10011 2 测点 线 布置原则及形式 不同开挖工法下的测线测点布置图见图 2 1 现场实际测点 线 布置时 要根据洞 4 室断面的形状和大小决定 其原则是能量测到岩体的最大变形 同时还需考虑观测工 作对工程施工的影响 底部隆起测点的布置重点结合开挖后岩体质量 水文地质条件 等情况选择性进行布置 表 2 3 拱顶下沉与周边收敛监测频率 位移速度 mm d 量测断面距开挖面距离 m 量测频率 5 22 次 d 1 52 101 次 d 0 2 110 301 次 2d 301 次 7d a 短台阶法 b 单侧壁导坑法 c 全断面法 图 2 1 拱顶下沉及洞周收敛测点布置示意图 2 2 1 3 测点安装测点安装 首先 确定观测断面 临近工作面的断面 测点尽可能靠近工作面埋设 以不超 过 2m 作为控制 测断面确定以后 首先清理岩石表面 根据测点 线 布置形式选 5 用小型钻机进行钻孔施工 钻孔孔径与孔深视测桩直径 长短和形式而定 顶拱钻孔 垂直洞壁 其余位置钻孔水平布置 各测点尽可能在一个平面内 并垂直于洞轴线 钻孔完成后 将带膨胀管的收敛预埋件敲入孔中 旋上收敛钩后即可量测 测点 要安装牢固 端头尽量卧于孔内 外露棱片尽量靠近岩面 以防施工爆破损坏 必要 时要对各个测点进行保护 由于爆破或塌方造成测点损坏 应及时在相同位置重新布 点 布点后观测应按初始读数观测进行 2 2 1 4 现场观测与数据整理分析现场观测与数据整理分析 1 初始读数观测 测点埋设牢固后 即可进行初始读数测读 各断面测点初读数应在下一循环开挖 施工前完成 并在较短时间内完成测读 以不超过 24h 为控制 初始读数观测应反复 多次 以连续三次观测读数差值在 0 05mm 以内为稳定标准 并同时记录现场温度值 采用钢尺收敛计进行数据采集 每次读数 2 次 以两次之间差值不大于 0 02mm 为控 制标准 使用钢尺收敛计进行量测的关键是保证钢尺拉伸要连贯且用力均衡 并在量 测时使用掌托的方式避免仪器本身的重力对钢尺造成影响 实测得到的位移变化量是 钢尺收敛计读数 百分表读数以及温度变化引起的长度变化的总和 测量时 在距离实测点较远的地方设置基准点 然后用水准仪自基准点向实测点 进行测量 即可在得到拱顶沉降量 底板隆起量等数据的同时 获得该点高程信息 2 观测时间和次数安排 观测时间和次数应考虑工程或试验研究的需要 参照表 2 2 和表 2 3 制定观测方 案 观测期间根据现场具体情况进行适当调整 并注明调整原因 3 测点考证与观测数据整理 现场测点埋设完成后 应及时将测点的编号 初始读数 埋设位置等信息记入考 证表中 观测过程中 应及时对数据加以整理 绘制有关的曲线及图件 进行数据分 析 需要绘制的图件和曲线主要包括如下几种 1 拱顶沉降 洞周收敛变形观测断面测点分布示意图 2 拱顶沉降量 洞周收敛值与时间关系曲线 3 拱顶沉降 洞周收敛变形速率与时间关系曲线 4 数据分析 研究地下洞室稳定 可以对现场观测得到的拱顶沉降与围岩收敛变形数据加以分 析 并考虑以下因素对变形 沉降的影响后获得指导性的信息 1 地质条件的影响 6 2 上覆岩体厚度 地应力 条件的影响 3 地形条件的影响 4 洞室尺寸及形状的影 响 5 开挖进尺的影响 6 时间对位移的影响及曲线特征 即所谓 时间效应 根据对上述观测曲线 图件的分析 揭示拱顶下沉 围岩收敛变形的特征及规律 结合围岩稳定标准 评价 判断围岩的稳定状况 并藉此确定支护时机 2 2 1 5 地质描述和施工记录地质描述和施工记录 需要注意的是 为了更好地开展前文的分析和评价 现场观测工作开展时的地质 描述和施工记录是观测工作的重要组成部分 它是资料整理 分析的前提和主要依据 地质描述和施工记录以施工单位的现场记录为主 监控和检测方进行必要的补充 其 主要内容分列如下 1 地质描述的主要内容 1 施工地段的洞号 桩号 2 施工区主要地质构造 节理 裂隙 断层 产状及其它地质现象 3 所属岩层类别 岩性 节理间距 4 水文地质条件 5 观测地段的塌方 掉块 裂缝等 2 施工记录的主要内容 1 施工时间 爆破 支护 出渣等时间 遇到的主要问题 处理措施等 2 掌子面钻孔数量 装药量 开挖进尺 一个循环各工序所选用时间 3 支护型式与具体指标 包括喷混凝土厚度 总喷射方量 锚杆数量 深度 间距和布置 钢筋网的规格 挂放位置和分布等 此部分信息以施工单位搜集的信息为主 并及时根据现场观测和记录进行修正 2 2 2 洞口浅埋段地表沉降量测洞口浅埋段地表沉降量测 2 2 2 1 量测目的量测目的 地表沉降量测的目的主要在于掌握以下内容 1 地表下沉的范围以及下沉量的大小 监测地表下沉稳定的时间 2 掌握随工作面推进地表沉降量的发展规律 与其他监测资料一起分析围岩 稳定性 判断隧道掘进是否对地表建筑物有不利影响 3 根据地表沉降量及时调整施工掘进进度 2 2 2 2 测点布置测点布置 隧道浅埋段一般处于过沟 洞口位置 地势较低 岩石风化程度高 表层大部分 7 为土层所覆盖 工程地质条件差 因此 隧道浅埋段往往是地表下沉量相对较大的部 位 并易发工程事故 故而 地表下沉量测主要在隧道浅埋处进行 测量基点埋设在 隧道开挖横向 3 4 倍洞径的区域内布置 并在此区域之外埋设 2 个基点以便相互校核 基点埋设参照标准水准点埋设 可在测点位置挖长 宽 深均为 10cm 的坑 然后放 入测点预埋件 预埋件四周用混凝土填实 待混凝土硬化后即可开展量测 预埋件中 的测点采用 20 的圆或螺纹钢筋制成 露出混凝土表面的长度不宜超过 2cm 所有基 点通过与附近水准点联测取得原始高程 为了更好地进行分析 地表下沉测点的布置与拱顶下沉及洞周收敛的观测点应尽 量布置在同一断面上 沿洞轴线布置的地表下沉测线 其起点应在开挖面前方 h B 2 h 为隧道开挖面的埋深 B 为隧道开挖宽度 处开始布置 直至开挖面后方 40m 终止 监测断面间距见表 2 4 测点 不含基点 布置示意图见图 2 2 图 2 2 中 垂直洞轴线方向布置的测点数量根据现场情况进行调整 并以不小于 5 个为控制 表 2 4 地表下沉监测断面间距 埋深 m 量测断面间距 50根据实际情况确定 30 5010 15 3010 155 图 2 2 地表下沉测点布置示意图 2 2 2 3 现场观测频率与要求现场观测频率与要求 地表下沉量测频率参照表 2 3 施行 以便联合进行分析 沉降观测采用精密水准仪配合铟钢尺进行 观测时应满足以下要求 8 1 观测应在仪器检验合格后进行 且避免在测站和标尺有振动时进行 2 尽量选择在每天的相同时间进行观测 避免温度变化的影响 并记录温度值 3 坚持 四固定 原则 即 施测人员固定 测站位置固定 施测仪器特别是 钢尺固定 施测顺序固定 且应保证基点的准确 4 观测误差不超过 0 5mm n 为测站数 n 2 2 3 锚杆内力量测锚杆内力量测 锚杆内力量测通过在锚杆上安装锚杆应力计的方式进行量测 2 2 3 1 监测目的监测目的 1 研究锚杆应力分布及变化规律 2 研究围岩的稳定性和及时进行施工安全预报 3 检验喷锚支护设计的合理性 4 为修改支护参数 优化设计提供判据 2 2 3 2 安装埋设 观测流程安装埋设 观测流程 锚杆内力量测测点仪器安装 埋设和观测的程序如下 测量放点 钻孔 仪器 组装 仪器安装 灌浆 孔口保护设施施工 待砂浆固化后测读初值 进行下 一步开挖施工 按要求进行观测 作业时间大致如下表所示 表 2 5 锚杆内力量测埋设 观测作业时间表 1212131415162024283031394755 1 测量放点 2 钻孔 3 仪器组装2 4 仪器安装0 5 5 封孔 6 砂浆固化12 7 灌浆 8 孔口保护 9 砂浆固化24 10 开挖 11 观测1 锚杆应力计作业时间表 序号项目 工作时 间 h 作业时间横道图 小时 各个主要环节的要求分述如下 1 钻孔施工 1 根据设计要求造孔 钻孔直径大于锚杆应力计最大直径 钻孔方位符合设计 要求 孔弯 孔斜小于钻孔半径 钻孔要冲洗干净 并严防孔壁沾油污 泥皮 9 2 按锚杆直径选配相应规格的锚杆应力计 按照观测设计要求裁截锚杆 锚杆 内力量测沿隧道周边的拱顶 拱腰和边墙埋设锚杆轴力计 每个断面布置 5 个测点 如图 2 3 所示 3 监测锚杆与支护锚杆同步埋设 直径与设计锚杆相同 孔深为 3 3 5m 孔径 均为 50 2 仪器安装 1 锚杆应力计安装时 确保锚杆应力计不产生弯曲 电缆和排气管不受损坏 锚杆根部与孔口平齐 仪器采用机械连接式锚杆应力计 在现场将连接杆与钢筋计端 头车丝螺口对接并旋紧 然后 将连接杆与受力钢筋焊接 钢筋计焊接强度不低于原 钢筋强度 仪器与受力保持在同一轴线 不能偏心 2 在己焊接锚杆应力计的观测锚杆上安装排气管 将锚杆缓慢地送入钻孔内 锚杆应力计进入孔后 将引出的电缆和排气管固定后 装好灌浆管 用水泥砂浆封闭 孔口 3 灌浆锚固 水泥砂浆按设计灰砂比 1 1 1 2 水灰比 0 38 0 5 1 调制 灌浆时 在设计规定的压力下进行 灌至孔内停止吸浆时 持续 10 分钟 即可结束 砂浆固化后 测其初始值 4 安装孔口保护装置 对电缆引出线及集线箱加以保护 按预埋位置进行电缆 的必要接长 连接 作好编号标记 图 2 3 锚杆应力量测监测锚杆示意图 2 2 3 3 观测频率观测频率 10 锚杆应力的观测采用振弦式读数仪配合锚杆应力计进行 仪器安装到位后 即需 进行基准值的确定 即读取初始值 在埋设初期 每天观测 2 次 取水泥砂浆终凝后 且水化热基本稳定时的测值作为基准值 量测的监测频率见表 2 6 水泥砂浆终凝后或水化热基本稳定后 每天观测 1 次 观测 1 周 以后每周观测 3 次 连续观测 1 个月 此后每周观测 1 次并逐步放松为每 个月 3 次 在有异常情况时加密观测 观测时间和次数可根据工程 试验研究的需要 进行适当调整 考虑地质条件及隧道间距等因素 监测断面主要布置在进 出洞洞口浅埋偏压段 和洞身特殊地质段中具有代表性的位置 重点是监测破碎带内布置的锚杆 表 2 6 锚杆应力监测频率 监测频率 量测项目 1 7 天7 天 1 个月1 3 个月 锚杆轴力1 次 天3 次 周3 次 月 2 2 3 4 成果整理和计算成果整理和计算 应力计安装完成后 及时绘制应力计安装竣工示意图 并将应力计初始值及时计 入考证资料库中 后续观测得到的量测数据 于 24 小时内进行校对 整理 计算 并简单绘出时间与应力的观测曲线 遇有异常读数时 及时核实 确保测读准确无误 若分析为工程响应异常 需及时加密观测避免发生事故 目前 在我国 应力监测仪器主要分为振弦式和差阻式两大类 振弦埋入式应力 计在仪器内封装钢弦 仪器被固定在钢筋 混凝土结构物中后 其通过两端的端头与 钢筋或混凝土紧密嵌固 当钢筋或混凝土产生应变时 则由端头带动封装在仪器内部 的钢弦产生变形 钢弦在受拉 压后长度发生变化 进而导致其振动频率发生改变 振动频率与应力应变之间呈平方关系 借助读数仪器可以量测得到其频率值进而反算 得到仪器的应变 应力变化量 差阻式应变计的工作原理与振弦式不同 其通过在仪 器内部封装 2 个高精密电阻的方式进行 当仪器受到变形或温度的作用时 单个电阻 及 2 个电阻的电阻比发生变化 而电阻比的变化同应变和温度的变化存在一定的线性 关系 从而计算出应变计的变形值 值得注意的是 国内的差阻式仪器往往不耐磕碰 在安装过程中较易损坏 故此 本项目开展工作时 拟主要选用振弦式仪器 振弦式锚杆应力计按下式计算应力值 00 TTKRRG ii 11 式中 应力值 MPa 传感器系数 由厂家给出 GK 仪器读数 Digit i R 0 R 温度读数 i T 0 T 计算完成后 绘制曲线及图件 包括如下内容 1 应力值与时间关系曲线 2 应力值与开挖进尺关系曲线 3 应力随埋深变化曲线 4 断面应力分布与变化图 2 2 4 初期支护喷射混凝土初期支护喷射混凝土应力量测应力量测 2 2 4 1 监测目的监测目的 通过对初期支护喷射混凝土应力的量测 可以获悉其受力状态以及受力的大小 并据此判断是否有必要进一步进行支护 同时为二次衬砌的施工时机选择提供依据 2 2 4 2 监测方法监测方法 混凝土内观测应力较为困难 因此 通常采用观测应变然后换算的方式进行 应 变的观测借助在混凝土中埋设应变计进行 振弦式混凝土应变计按下式计算应变值 00 TTKRRG ii 式中 应变值 传感器系数 由厂家给出 GK 仪器读数 Digit i R 0 R 温度读数 i T 0 T 支护及衬砌内力可通过计算得到的混凝土应变乘以混凝土材料弹性模量后换算得 到 2 2 4 3 安装埋设安装埋设 混凝土应变测点沿隧道的拱顶 拱腰和边墙布置 并在喷射混凝土 施工二次衬 砌混凝土的间歇埋设混凝土应变计 围岩初喷混凝土以后 在初喷面上将应变计固定 再复喷 将应变计全部覆盖并使应变计居于喷层的中央 喷射混凝土达到初凝且不再 明显受水化热影响时开始测取初读数 量测喷射体内混凝土的应变变化 应变计埋设 12 后 要做好标记和必要的保护 以防人为或机械损坏仪器 仪器顶部已终凝的混凝土 厚达 2cm 以上时 守护人员方可离开 现场据实际情况选择 2 个断面布置 每个断面 5 个测点 布置形式如图 2 4 所示 图 2 4 中为了便于对比 将二衬布置的测点一并绘 制于其中 2 2 4 4 观测观测频率频率 锚杆内力量测和混凝土应力量测均采用振弦式仪器 测读时 采用振弦式测读仪 进行 观测频次见表 2 7 表 2 7 初期支护喷射混凝土应力监测频率 监测频率 量测项目 1 7 天7 天 1 个月1 个月以后 混凝土应力1 2 次 天2 次 周1 次 周 图 2 4 初期支护与二衬应力监测点布置示意图 2 2 4 5 成果整理成果整理 应变计安装完成后 及时绘制应变计观测断面示意图 将应力计安装位置 测点 编号 初始值等及时计入考证资料库中 后续观测得到的量测数据 于 24 小时内进 行校对 整理 计算 并绘各类曲线 遇有异常读数时 及时核实 确保测读准确无 误 若分析为工程响应异常 需及时加密观测避免发生事故 需绘制的曲线包括 1 绘制应变随时间变化过程线 2 绘制隧道横断面衬砌体内应变分布图 13 2 2 5 二次衬砌压应力量测二次衬砌压应力量测 2 2 5 1 监测目的监测目的 二次衬砌混凝土内应力的量测 其目的是了解混凝土受力情况 避免在二次衬砌 施工后仍在混凝土内产生过大的受拉趋势甚至局部出现拉应力 进而影响衬砌结构的 稳定性 并对围岩稳定产生不利影响 2 2 5 2 监测方法监测方法 二次衬砌压应力监测方法与初期支护喷射混凝土应力量测采用的方法相同 测点 埋设方面 在二次衬砌浇注前 将应变计埋在二次衬砌中央 量测二次衬砌应变 应 变计埋设同上文初期支护喷射混凝土应力量测 现场据实际情况选择 2 个断面布置 每个断面 5 个测点 见图 2 4 所示 2 2 5 3 观测频次观测频次 混凝土应变计均采用振弦式测读仪表来观测 安装完成后即读数 在混凝土浇筑 初期 一般 3 小时观测 1 次 直至混凝土到达最高水化热并逐步消散 待混凝土终凝 后或水化热基本稳定时的测值作为基准值 观测频次参见表 2 8 表 2 8 二次衬砌混凝土应变监测频率 监测频率 量测项目 1 7 天7 天 1 个月1 个月以后 混凝土 钢筋 应 力 1 2 次 天2 次 周1 次 周 2 2 5 4 成果整理和计算成果整理和计算 同初期支护 2 2 6 钢支撑内力量测钢支撑内力量测 钢支撑内力量测一般用于 级 级围岩有钢支撑的地段 采用钢筋计进行量测 量测断面的测点布置位置与喷射混凝土应力测点布置位置相同 现场据实际情况选择 2 个断面布置 每个断面 5 个测点 2 2 6 1 钢筋应力计安装埋设钢筋应力计安装埋设 钢筋应力计的安装流程如下 1 准备 根据图纸位置 选择观测钢支撑 14 2 钢筋计与连接杆连接 3 钢筋计连接杆采用搭接焊的方式与钢支撑焊接牢固 焊接时 仪器包上湿棉 丝并不断浇冷水 直至焊接完毕 4 测试电缆绑在钢筋下部松散绑扎 以防混凝土浇筑时损伤电缆 电缆引长至 临时接线箱并检查仪器标识 5 经现场检测 确定仪器工作正常后 方可喷射混凝土 并安排专人保护仪器 混凝土初凝后测得初始值 填写考证表 钢支撑内力变化量测频次见表 2 9 表 2 9 钢支撑应力监测频率 监测频率 量测项目 1 7 天7 天 1 个月1 个月以后 钢筋应力1 2 次 天2 次 周1 次 周 2 3 监控监控进度和量测信息的处理与反馈进度和量测信息的处理与反馈 隧道施工监控的进度控制主要按施工进展来进行 并可根据隧道开挖所揭露出的 新的地质条件或其它意外情况在征得业主 设计和监理等部门同意的情况下适时 灵 活地调整 完善监控计划 在监测过程中 积极配合施工过程中由监理部门或设计方 提出的新的监控建议或要求 严格按照合同要求和监测实施计划进行施工监控 并及 时将监测数据和分析资料 结论反馈各相关部门 以全面配合并有效指导隧道安全 快速的施工 监测 反馈的过程中 确定观测数据异常是基础 建立反馈机制是将监控落于实 处的保障 2 3 1 报警指标报警指标 在复杂多变的隧道施工条件下 如何进行准确的信息反馈与可靠的预测预报是本 项目监测的主要内容之一 变形和应力的监测数据中 部分数据可能会由于观测误差 而产生假异常 在将其剔除后 可以根据数据绝对值及其增长规律判定是否需要警戒 根据规范以及类似工程的经验 隧道周边实测位移相对值或用回归分析推算的最终位 移值均应小于下表 2 10 所列数值 表 2 10 隧道周边允许位移相对值 埋深 m 300 15 围岩级别 0 10 0 300 20 0 500 40 1 20 0 15 0 500 40 1 200 80 2 00 0 20 0 800 60 1 601 00 3 00 当位移速度无明显下降 而此时实测位移相对值已接近表中的规定值 同时支护 混凝土表面已出现明显裂缝 或者实测位移速度出现急剧增长时 必须立即采取补强 措施 并改变施工程序或设计参数 必要时应立即停止开挖 进行施工处理 具体报 警指标可与设计 监理等部门协商确定 为此 制定了监控警戒等级 如下表 2 11 所 示 并重点针对围岩稳定 制定稳定判据如表 2 12 所示 表 2 11 监控警戒等级 监控警戒等级监控位移 压力 施工状态 U0 Un 3可正常施工 Un 3 U0 2Un 3应加强支护 U0 2Un 3应采取特殊措施 表中 U0 实测变形值 Un 允许变形值 表 2 12 围岩稳定性判据 急剧变位缓慢变位基本稳定 收敛位移 1 0mm d1 0 0 2mm d 0 2mm d 单点位移 0 5mm d0 5 0 1mm d 0 2mm d 拱顶位移 1 0mm d1 0 0 2mm d 0 2mm d 采用两次支护的隧道断面 后期支护的施作 需同时达到下列三个标准时进行 1 隧道周边水平收敛速度小于 0 2mm d 拱顶或底板垂直位移速度小于 0 1mm d 2 隧道周边水平收敛速度 以及拱顶或底板垂直位移速度明显下降 3 隧道位移相对值已达到总相对位移量的 90 以上 经现场地质观察评定 认为在较大范围内围岩稳定性较好 同时实测位移值远小 于预计值且稳定速度快 此时可适当减小支护参数 隧道稳定的判据是 后期支护施作后总位移速度趋近于零 支护结构的外力和 内力的变化速度也应趋近于零 2 3 2 信息反馈信息反馈 16 隧道监测反馈程序如图 2 5 所示 监测报表一式八份提交给业主项目部 由业主项目部及时送达监理方 施工方和 设计方 每旬 每月 每季度出报告 必要时出专门分析简报 监测人员除做好每天 的监测工作外 需认真写好监测日记 内容包括天气 观察情况 监测情况 施工进 展情况 仪表工作情况等 监测技术负责人参加工程现场例会 汇报最近一段时期的 监测情况 分析数据变化的趋势 按有关各方讨论的具体报警值分两个阶段报警 监理 设计单位 现场施工单位 监测方案 资料分析 现场调查 量测数据的计算机计算处理 量测分析 综合处理 反分析 监测结果和综合评价 量测结果的形象化 具体化 隧道结构的安全性 经济性 分析与判断 依据 围岩理论分析 有关技术规范 标准 工程经济性比较 隧道围岩与结构现状与动态分析 是否改变设计 施工方法 调整设计施工方案 现场监测 继续下阶段监测 否 是 反馈 否 施工监测施工监测 图 2 5 现场监测信息反馈流程图 当监测值超过预警值的 80 时 在日常报表中注明 以引起有关各方注意 当监 测值达到预警值 除在日常报表中注明外 专门出文通知有关各方 监测技术负责人 参加出现险情时的排险应急会议 积极协同有关各方出谋划策 提出有益的建议 以 17 采取有效措施确保基坑及周围环境的安全 在隧道施工监测过程中提交如下资料 1 公文 根据监测资料 对下一阶段的变形情况进行预测 当有危险时 及时向业主及施 工方提交监控联系单或专门的计算分析报告 并提出合理化建议 2 日常报表 将每旬 每月 每季度监测工作的进展 仪器埋设 监测成果图表汇总及阶段性 的结论 建议汇总 并按报告格式提交 3 总报告 在隧道的主体工程完成以及隧道跟踪监测工作结束后两个月内提交监测分析总报 告 书面及电子文件 18 3 质量检测质量检测 3 1 质量检测主要项目质量检测主要项目 根据竹盖山隧道的地质特点和设计资料 综合考虑 公路隧道施工技术规范 JTJ F60 2009 公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程 JTG F80 1 2004 和设计提出的具体指标和要求 主要针对以下项目开展检测 初支厚度 强度 初支背后空洞及钢支撑设置情况 二次衬砌厚度及背后空洞 锚杆无损检测 二衬净空断面 各项目的主要测试目的及设备见表 3 1 表 3 1 监控量测项目及仪器汇总表 序号检测项目仪器设备测试目的 1 初支厚度 强度 初支背 后空洞及钢支撑设置情况 超声检测仪 回弹仪 地质雷达 及时掌握初期支护施工质 量与支护结构变形 应力 情况 查钢拱架数量 2二次衬砌厚度及背后空洞超声检测仪 地质雷达 判断衬砌施工质量与偏差 及时进行补强 3锚杆无损检测超声检测仪锚杆施做质量检测 4二衬净空断面断面仪 全站仪 检测隧道净空 评估二次 衬砌厚度 超欠挖 3 2 检测实施细则检测实施细则 3 2 1 初支厚度 强度 初支背后空洞及钢支撑设置情况初支厚度 强度 初支背后空洞及钢支撑设置情况 检测主要目的见表 3 1 中测试目的一栏 初期支护无损检测的对象是 级 级围岩段 3 2 1 1 检测方法检测方法 隧道混凝土衬砌质量检测包括 隧道衬砌厚度 隧道衬砌背后未回填的空 区 复合式衬砌中两层衬砌间较大的空段 施工时坍方位置及坍方的处理情况 衬砌混凝土强度 衬砌混凝土质量的现场检测 可以采用地质雷达或超声检测仪进行 混凝土强 19 度则主要借助回弹法进行检测 也可借助超声与回弹综合的方法测定 3 2 1 2 检测断面布置检测断面布置 沿隧道拱部轴向平行布置3条测线 分别位于拱顶 左和右拱腰 如下图所示 图3 1 初期支护检测线布置示意图 3 2 1 3 检测仪器标定检测仪器标定 检测前对衬砌混凝土的介电常数或电磁波速做现场标定 对竹盖山隧道 取 1 处进行实测 并实测不少于 3 次 取平均值为该隧道衬砌等材料的介电常数或电磁 波速 标定采用以下方法的其中一种 在已知厚度部位或材料与隧道衬砌相同的 其他预制件上测量 在洞口或洞内避车洞处使用双天线直达波法测量 钻孔实 测 求取参数应具备两点 标定目标体的厚度一般不小于 15cm 且厚度已知 标定记录中界面反射信号应清晰 准确 标定结果按下式计算 3 1 2 2 3 0 d t r 3 2 9 10 2 t d v 式中 相对介电常数 r v 电磁波速 m s t 双程旅行时间 ns d 标定目标体厚度或距离 m 3 2 1 4 现场检测工作步骤现场检测工作步骤 20 采用地质雷达观测时 其观测步骤如下 1 检查主机 天线以及运行设备 使之均处于正常状态 检测要选择合适的 雷达天线 2 在卡车车厢或装载机上用钢管搭架并铺木板制成工作平台 检测台架应采 用圆形脚手架钢管并用扣件搭接 与车辆的连接应采用焊接 平台四周应安装可拆 装的防护栏杆 护栏高出平台 1 2 米 3 检测时 将发射和接收天线与隧道衬砌表面密贴 沿测线以 5km h 左右的 速度滑动 由雷达仪主机高速发射雷达脉冲 进行快速连续采集 为保证点位的准 确 在隧道壁上每 10m 作一标志 标上里程 当天线对齐某一标记时 由仪器操作 员向仪器输入信号 在雷达记录中每 5m 或 10m 作 1 里程标记 内业整理资料时 根据标记和记录的首 末标及工作中间核查的里程 在雷达的时间剖面图上标明里 程 衬砌混凝土强度检测时 通过以下两种方式进行 1 在隧道衬砌表面划分检测区 20 20cm 磨掉表面附着物后 用回弹仪 水平正对衬砌表面回弹 16 次 读数记录 根据标准曲线得出回弹强度推测值 2 在同一测区用声波仪在混凝土表面布置超声波探头 测量探头间距 记录 声时值 同一测区不少于三次测量 检测每断面设 5 个测区 根据声时值算出声波 在混凝土内部速度 最后计算出本测区混凝土强度值 为及时检查施工质量 尽早进行缺陷修补 初支检测要在初支喷好后及时检测 衬砌混凝土强度 初期支护在 IV 级围岩段距掌子面不大于 50m 开展一次无损检测 初期支护在 V 级围岩段距掌子面不大于 30m 开展一次无损检测 给初支后可能存 在的问题留下处理时间 3 2 1 5 声波检测数据辨识声波检测数据辨识 1 衬砌界面的判识 在地质雷达或超声图像中 特别是地质雷达图像的上部 一般振幅较强 同轴 同相比较连续的第一组波形为衬砌界面反射信号 混凝土衬砌 喷射混凝土与围岩 或其间空区中的空气 有明显的介电常数差 因此在时间剖面图上 衬砌底面和 岩石之间有明显的界线 衬砌的直达波呈现几条平直的水平同相轴的图像 而围岩 开挖总有或大或小的不平 故衬砌底界 即它与围岩的分界面的反射波同相轴一般 为有起伏的非直线图像 这是很易辨认的 喷射混凝土与模筑衬砌介电常数有差别 21 但不是很大 它们之间若接触很好或粘结 则可能没有明显的反射波或仅有微弱的 反射波 如果喷射混凝土中有钢质拱架和钢筋网 则由于它们可强烈地反射雷达波 故可看到连续的绵延的反射图像 界面判识后输入正常的介电常数值 即可由计算机自动计算出衬砌厚度值 厚 度的计算公式为 3 3 2 1 5 0 r tC D 2 衬砌混凝土缺陷及位置判识 由于衬砌混凝土与空气的相对介电常数的差异较大 所以空洞在地质雷达或超 声的图像中表现为振幅较强的界面反射信号 多次波 空洞的明显特征就是有强 烈的多次反射 波从相对介电常数大的物质 C25 混凝土为 9 左右 进入相对介 r 电常数小的物质 空气为 1 中时 根据波动原理 在上界面处会先叠加为负波 r 可在雷达图像中准确拾取界面反射的双程旅时 根据公式求得缺陷的位置 为便于分类 将脱空或空洞的描述分为离缝 较小脱空 较大脱空三类 离缝 是指因混凝土收缩或其它原因引起的衬砌与初期支护之间产生的缝隙 一般高度不 大于 5cm 较小脱空是指衬砌与初期支护间脱空高度介于 5cm 15cm 较大脱空是 指衬砌与初期支护间脱空高度超过 15cm 对于脱空的高度因脱空区域中空气的含 水情况不同导致介质介电常数差别较大 因此电磁波在介质中的传播速度差别也很 大 所判断的脱空大小仅能作为估计值供参考 此外 局部衬砌不密实可能是由于混凝土离析振捣造成的 从波形特征与空洞 的反射相似 但反射很弱 表现为波形杂乱且不连续的反射波形 混凝土中有钢筋 时也会产生反射 波从相对介电常数小的物质进入相对介电常数大的物质 钢筋 为 中时 根据波动原理 在上界面处会先叠加为正波 r 3 钢拱架位置及判识 如前文所述 在地质雷达图像中 电磁波遇到钢筋时产生极强的反射 反射波 的数量即为钢拱架的数量 通过滤波处理 能够确定各里程段钢筋拱架分布情况 3 1 1 6 提高检测精度的措施提高检测精度的措施 1 详细了解检测区间物理状态 衬砌层物理状态的变化直接影响到雷达波的变化 影响因素主要是含水量的变 化 检测面平整度 衬砌层砼材料配比变化 衬砌层结构变化 隧道检测有许多条 22 测线 分若干次检测 每条检测的衬砌层物理状态变化情况并不完全一致 这就需 要较为详细地了解设计资料 隧道的施工记录 同时在检测过程中还要做好外业记 录 如渗水 平整度等 只有这样才能根据客观情况 有针对性地对地质雷达资 料进行合理的分析 2 合理布置取芯点位 影响检测精度的主要问题是标定的地质雷达的电磁波速度 根本问题是不同区 间介质物理状态的变化 实质问题是介电常数的变化 当使用地质雷达进行隧道检 测时 必须合理布置用于标定雷达波速的取芯点位 对衬砌层在不同物理状态下的 雷达波速进行分别统计 并分析雷达波速的变化规律 有效控制因雷达波速的误差 带来的探测偏差甚至较大误差 3 注意区分多次反射信号 衬砌层厚度相对较薄 且内部结构比较复杂 衬砌层的面层和内部结构层会形 成多次反射信号 多次反射信号可能与内部结构界面形成的反射信号重叠或偏离 当多次反射信号与雷达波同相轴存在连续性偏离的情况下 容易对结构界面的厚度 误判 不平整的表面由于与天线不能紧密结合时 也会形成反射界面 同时会有若 干个多次反射信号 注意区分多次反射信号 是避免资料判读偏差的重要环节 3 2 2 二次衬砌厚度及背后空洞二次衬砌厚度及背后空洞 检测主要内容见表 3 1 中测试目的一栏 二次衬砌背后空洞在地质雷达上的特 征与初衬背后空洞类似 相应的检测方法 断面布置均与 3 2 1 中所述相同 此处 不再赘述 二次衬砌结构无损检测 考虑到竹盖山为分离式隧道 布置 5 条测线 如下图 3 2 所示 图3 2 二衬检测线布置示意图 23 对于复合衬砌隧道 当第一次衬砌与第二次衬砌之间存在空隙时 界面上读取 的厚度值为隧道的二次衬砌厚度 若二者密贴良好 则为一 二次衬砌合值 对于 非复合衬砌隧道 该界面上读取的厚度值即为隧道的衬砌厚度值 二次衬砌按每100m 开展一次无损检测 具体间隔需视现场施工情况进行调整 3 2 3 锚杆无损检测锚杆无损检测 检测主要内容见表 3 1 中测试目的一栏 通常 锚杆检测主要检测锚杆的拉拔力 封浆密实度 锚杆长度等信息 锚杆 抗拉拔用锚固力拉拔检测仪来测量 锚固力拉拔检测仪由专用拉拔千斤顶 含超高 压油缸 穿心式活塞顶杆 杆件锚具夹头 底座以及快装接头等 高压胶管总成 以及高压油泵组成 属于有损检测 无损检测则重点是观测得到锚杆的长度 封浆 密实度等信息 借助声波检测的方式进行 属于无损检测 3 2 3 1 检测内容 方法的选定检测内容 方法的选定 对于锚杆长度和饱满度的检测 检测方法有拉拔法 钻孔法和应力波反射法 前两种方法是传统的检测方法 只能限于抽检 而且都是破坏性的 操作麻烦 1978 年 瑞典人 H Thurner 提出测超声能量损耗来判定砂浆 灌注质量好坏 通过 在锚杆体外端发射一个超声波脉冲使其沿杆体钢筋以管道波形式传播 到达钢筋底 端反射 在杆体外端可接收此反射波 如果钢筋外密实 饱满地由水泥砂浆握裹 砂浆又与周围岩体粘结 则超声波在传播过程中 不断从钢筋通过水泥砂浆向岩体 扩散 能量损失很大 在杆体外端测得的反射波振幅很小 甚至测不到 如果无砂 浆握裹 仅是一根空杆 则超声波仅在钢筋中传播 能量损失不大 接收到的反射 波振幅较大 如果握裹砂浆不密实 中间有空洞或缺失 则得到的反射波振幅的大 小介于前二者之间 由此 可以根据反射波振幅大小判定水泥砂浆的饱满程度 获 得锚杆长度等信息 3 2 3 2 检测步骤检测步骤 检测数量按锚杆数 3 做锚杆长度和饱满度试验 测点选择在沿隧道的轴线方 向有锚杆的地段均匀分布进行抽检 检测按如下流程开展工作 1 准备工作 24 工作环境安全检查 认真检查试验地点的顶板支护 通风 设备等安全状况 排除安全隐患 停止影响测试的一切工作 2 设备检查 检查信号电缆线 数据传输线等是否连接好 检查主机 加速度检波器以及运 行设备 使之均处于正常状态 3 联机进行检测 包括设置仪器的参数 包括对波速 采集方式 增益 工作模式等项进行相关 设置 由一人操作主机 一人负责传感器的布局 当检测到触发器产生的信号 便 在数字示波器上显示相应的波形 能过数字示波器上的不同按键对波形进行详细分 析与保存 测量完成后将仪器等工具收好 放回专用工具箱内 4 资料整理 把现场保存的波形传输到电脑上 对波形进行分析 分析出锚杆的质量好坏 并上报相关单位 表 3 2 3 3 与图 3 3 3 6 对检定质量划分进行了说明 表 3 2 锚杆锚固质量弹性波检测分类评价表 表 3 3 灌浆锚杆质量的试用指标 25 图 3 3 锚固质量为优质的锚杆检测数据曲线 图 3 4 锚固质量为良好的锚杆检测数据曲线 图 3 5 锚固质量为一般的锚杆检测数据曲线 图 3 6 锚固质量为差的锚杆检测数据曲线 锚杆长度根据波形特征可以判断得到 或者借助软件给出的数据直接从仪器上 读出 3 2 4 二衬净空断面检测二衬净空断面检测 在隧道施工中 隧道净空是非常关键的控制因素 在开挖控制中 隧道净空的 大小影响到超欠挖方量的多少同时也对以后的二衬厚度产生非常大的影响 在二衬 施工后 直接关系到成型后的隧道断面净空是否被侵限 目前 国际国内市场上有 专门用于净空测量的仪器 即隧道断面仪 它主要用于对断面的快速精确检测 特 别是在施工监测 竣工验收 质量控制等工作中能快速获得隧道断面数据 隧道断 面仪采用无合作目标激光测距技术和精密测角技术 将极坐标测量方法与计算机技 术紧密结合 高速精确检测 也可用于桥梁静态挠度检测 具有高精度角度控制 保证测量结果精确无误 使用专用控制器 显示结果形象直观 配备激光测距传感 器 无需反射棱镜 但是 由于它是专用设备且价格昂贵 故而 也有利用无棱镜 26 反射型全站仪进行于隧道净空量测的技术 无棱镜反射型全站仪隧道净空测量技术的基本原理是 操作者把全站仪置镜在 所要测量断面的线路中线或隧道中线等特殊点上 也可以置镜在所要测量断面的 任意一点上 甚至把全站仪置镜在任意点上测量任意断面 对直线隧道而言 且所 测断面距置镜点的距离不得超过无棱镜反射型全站仪的有效测程 测出某一断面 上轮廓点相对置镜点的相对坐标或在施工坐标系中的坐标 仪器自动记录所测数据 回到室内后 把全站仪与计算机联机 利用测量办公室软件把仪器内存的断面净空 数据下载到计算机里面 进行简单的数据处理后 再绘制断面净空实测图 最后与 断面设计图比较获得观测需要的结论 本次隧道断面检测的过程中 拟按 50m 间距设置 1 个观测断面 并根据衬砌施 工和围岩质量情况适度进行调整 3 3 检测作业安全保障检测作业安全保障 隧道衬砌检测需借助车辆并搭设平台开展 属于危险的高空作业 必须注意以 下事项 1 操作测试天线的工人必须佩戴安全帽 腰系安全带 手带手套 操作平台 的防护围栏必须高过工人的腰部 2 在测试隧道拱腰时 操作天线的工人手举天线的手必须高过平台防护围栏 的高度 手扶围栏时绝对禁止手扶靠近衬砌且与衬砌平行的围栏 以免夹上工人的 手臂或手掌 3 在测试拱顶和拱腰时 操作测试天线工人旁的观测工人应该随时注意围栏 与拱顶 拱腰的距离 指挥装载机司机操作平台的空间位置 防止撞上衬砌导致平 台垮塌 酿成事故 4 在装载机驾驶室旁安排 1 名传令人接受平台上观测人员的距离指挥指令 来指挥装载机司机操作 在测试平台上至少有三名测试人员 两名操作测试天线 一名负责记录并随时观测围栏与拱顶 拱腰的距离并指挥驾驶室旁的传令人 在装 载机前方也应安排 1 人指挥装载机前进 5 在测试前 请施工单位将测试段落上的车辆 杂物等清理干净 方便测试 装载机或测试人员通过 检测成果按批次提交给业主代表 并及时反馈给施工和监理单位 27 4 地质超前预报地质超前预报 4 1 超前地质预报的意义 主要任务和主要内容超前地质预报的意义 主要任务和主要内容 隧道工程设计的基本依据是地质勘察资料 而隧道施工的依据主要是设计文件 大量的隧道工程建设实践表明 由于受地质勘察深度 精度及经费等诸多条件的限 制 根据地质勘察资料做出的设计与实际不符的情况屡有发生 由此而来的隧道洞 内塌方 涌水 涌泥 涌砂 岩爆 岩溶 瓦斯爆炸等灾害时有发生 给隧道施工 造成极大的危害 随着人们环境保护意识的进一步提高和国家对安全生产的日益重 视 对隧道施工期地质超前预报提出了更高的要求 因此 在隧道施工期间 采用 各种技术 手段和方法对隧道开挖工作面前方地质条件 情况 进行及时准确的预 测 是提前采取预防措施 避免灾害的发生或在一定程度上减少因灾害造成的损失 保证隧道施工安全的需要 是满足环境生态保护和安全生产的要求 也是质量控制 管理中不可缺少的一环 开展地质超前预报的主要任务和目的包括 1 进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件 指导工程施 工的顺利进行 2 降低地质灾害发生的机率和危害程度 3 为优化工程设计提供地质依据 4 为编制竣工文件提供地质资料 5 保障隧道施工安全 超前地质预报的主要内容包括 1 预报可能出现突水的溶洞 暗河的位置和规模 2 预报断层 破碎带的位置 包括裂隙发育