隧道施工监控量测内容与方法

隧道施工监控量测内容与方法

随着中国经济的快速发展，越来越多的项目在当地商品领域开展。大量溶解层意味着隧道工程将继续有效地影响隧道工程。这不仅极大地阻碍了施工进展，导致隧道施工困难，以及施工时间和成本的增加，而且给隧道的挖掘和运营安全带来了严重威胁。因此,加强岩溶隧道现场监控量测及信息反馈在修正设计、指导施工和确保施工安全等方面发挥着重要的作用。1隧道开挖和复合式衬砌白须公1号隧道位于广东省北部山岭重丘区腹地,隧道施工开挖到K2178+074处左侧发现一大型岩溶空洞,该溶洞长约70m,宽约50m,最高处46m。设计溶洞段隧道左侧采用桩、台、墙组合结构,承力墙修筑到与溶洞顶相接,隧道路面基础设置6片横向联系梁与承台连接。隧道采用动态设计、信息化施工、钻爆法上下台阶分部开挖、复合式衬砌。隧道支护参数:ue78822药卷锚杆,长3.5m,间距100cm×75cm(纵向75cm);ue7886双层钢筋网,15cm×15cm(拱部);I20a型钢拱架,纵向间距75cm;喷C25早强混凝土25cm(左侧与支撑墙同时现浇C25混凝土);C25钢筋混凝土二次衬砌50cm,如图1所示。隧道开挖过程中,对溶洞处治结构和隧道变形围岩监测,是保证溶洞的稳定性和隧道施工顺利的关键。所以施工监测研究可为隧道穿越大型溶洞积累设计、监测和施工方面的经验。2工程施工过程的监测与反思隧道在大溶洞中穿过的工程安全监测具有连续性,分为前期、施工期和运行期监测。施工期监测是最为关键的,施工期间的反馈分析,对监控构造物安全以及降低工程造价等方面有显著作用。施工监测是随着施工进展,对溶洞围岩、支护和处治结构进行的位移、应力、应变、裂缝等监测,并及时反馈,以保证施工安全和修改设计、指导施工并为运行期监测积累前期资料;保证结构物的长期稳定及检验设计。不同类型的土建工程,其施工方式和荷载影响均不相同,监测的重点应视具体情况区别对待。隧道等岩土工程施工,是采取挖除的办法,是一个人工卸载、加载的扰动过程。这将打破原来处于天然平衡下的应力状态,引起原岩应力重分布,直至达到新的平衡。在应力调整过程中,溶洞围岩可能会有变形、破坏、岩爆、甚至失稳等工程现象发生。若有有效的监控措施对其进行预测预报,实现信息化施工,针对具体情况,及时采取工程措施,是完全可以避免工程事故的发生和扩大的。3围岩支护变形监测针对白须公l号隧道该处地质、岩性特征,为实现信息化施工,提供全面、有效、经济的监控手段,以隧道施工期监测为重点。监测项目的设置情况:隧道以围岩变形和锚杆拉力、初期支护钢支撑变形、二次衬砌变形为主;溶洞处治结构物监测,重点在隧道围岩应力释放对承力墙压力、承台基础沉降、桩基础变形、横向联系梁的影响。并以捕捉、预测围岩有害变形的发生、发展,实现动态支护设计与信息化施工为目的,以全面安全监控和工程经济建设为最终目标。3.1全站仪观测法隧道左侧的组合结构是整个溶洞处治中重要的一环,为保证隧道能安全顺利地通过该段地质,进行了以下几项监测:1)支撑墙与围岩的压力。在支撑墙与溶洞顶交界处埋设JMZX-2050A型智能弦式压力盒,量测围岩与承力墙之间压力,埋设使压力盒承压面(压力盒比较光的一面)向上,将测线从墙体一侧引出,测读初始压力值并进行调零,然后按一定的频率进行量测读数。2)溶洞顶板位移观测。在承台顶部与溶洞交界处的溶洞顶板上和承台基础安装观测点,通过钻孔安装一个固定的铁片,反光膜片贴在铁片上,在溶洞另一壁同样安装几个带反光膜片的铁片作为后视点,用免棱镜的全站仪观测,再算出该点的高程和偏离隧道中线的距离。可以得出溶洞顶板竖向和侧向位移,隧道开挖前测读初始值,然后按一定的频率进行量测读数。3)横向联系梁观测。桩基础承台浇注时右侧预留6组钢筋,待隧道开挖后,再在路面基础下浇注6片横向联系梁与预留六组钢筋相接,所以在联系梁的上下横向钢筋区埋设JMZX-422A型智能弦式钢筋计和JMZX-215A型智能弦式埋入混凝土应变计,将测线从隧道的排水沟一侧引出,观测横向联系梁的内力情况。3.2锚杆受力分析1)地质和支护状态观察。爆破后立即进行工程地质、水文地质及支护状况的观察和记录,并进行地质素描,地质变化处和重要地段要有照片记录。2)锚杆轴力量测。根据锚杆的设计长度,断面埋设的锚杆轴力计采用3.5mJMZX-422A型智能弦式钢筋计。由于隧道左侧采用钢筋混凝土承力墙支撑,只能在隧道右侧围岩埋设,钻孔垂直围岩壁面。将锚杆轴力计组装好后放入钻孔内,并注入纯水泥浆,24h后读取基准值。锚杆应力正值为锚杆受拉,负值为受压。3)初期支护与二次衬砌之间压力。在隧道防水板挂设前沿隧道周边拱顶、拱腰、拱脚位置埋设JMZX-2050A型智能弦式压力盒,压力盒布设时先用砂浆将喷射混凝土面找平,然后使压力盒承压面(压力盒比较光的一面)紧贴喷射混凝土面并进行固定,压力盒测线从防水板底部引出,测读初始压力值并进行调零,然后按一定的频率量测读数并整理数据,共布置5个测点。4)二次衬砌内力。二衬台车驻位前,在二次衬砌内层环向主筋上沿拱顶、拱腰、拱脚位置布置JMZX-215型智能弦式埋入混凝土应变计量测二次衬砌应变,二次衬砌浇筑并达到初凝强度后测读初值,然后按一定频率进行量测读数,共布置5个测点。4现场测试结果4.1独立处理的结构分析4.1.1压力值承台支撑墙上部共埋设了7个压力盒,监测结果如图2所示。从承力墙上压力变化速率看出,3号和9号两个车型横洞边的压力值变化最大,压力变化值为0.08MPa,其他压力盒变化值都在0.05MPa,但均不会影响承台稳定性。说明围岩在开挖工程中释放的压力值很小,并且压力也随后趋于稳定,承力墙结构也是稳定的。4.1.2观测点位移对比在1号、2号和3号承台顶部与溶洞交界处的溶洞顶板上共安装了4处观测点,如图3所示。从观测点看出,在竖向位移最大为0.016mm和侧向位移最大为0.025mm处,基本没有发生明显位移,并且在施工支护后1个月后都趋于稳定。说明隧道开挖释放的围岩压力很小,隧道支护参数合理,溶洞结构稳定。4.1.3混凝土变形力1号—5号联系梁监测结果如图4所示。由图4可以看出,钢筋应力值和混凝土变化最大是2号横向联系梁,其中应力值为28MPa,混凝土应变为160×10-6;所有联系梁受力都很小,10d后趋于稳定,给桩、台、墙结构的侧向稳定性提供了安全保障。4.2隧道监测分析4.2.1初期支护处理白须公1号隧道溶洞段围岩走向S235°W,倾角34°的厚层-巨厚层状强-弱风化岩层,层面间夹有黏土层,并有宽1～3cm裂缝,岩石表面比较湿润,裂隙水主要受降雨影响,所以要及时进行初期支护,保证施工顺利进行。4.2.2主洞锚杆轴力分析由于溶洞老虎嘴段右侧围岩比较破碎,围岩裂隙也比较发育,开挖中有掉块现象。且隧道受到偏压,支护中需要锚杆把松散岩体稳定好,形成一个锚杆承载力圈。在主洞K2178+110、K2178+115,两个断面埋设了锚杆轴力计。两个断面锚杆轴力变化如图5所示。从锚杆受力情况可以看出,K2178+110、K2178+115两个断面均是右拱腰受到的拉力最大,且K2178+110断面锚杆受力最大值为25MPa,在20d后趋于稳定,K2178+115断面右拱腰在40d后也趋于稳定,其他测点锚杆拉力变化都很小,均在10d后趋于稳定,说明锚杆起到了联结周边的松动围岩的作用。4.2.3结果图1在初期衬砌与二次衬砌之间埋设压力盒,K2178+135断面监测数据结果如图6所示。从量测结果可看出:初期支护与二次衬砌之间最大压力为0.08MPa,最大压力出现在左拱腰位置,该处是初期支护与支撑墙连接部分,在隧道施工中应加强该位置的施工质量,保证拱架连接处的质量。4.2.4衬砌层间压力和混凝土应变的对比在二次衬砌中埋设混凝土应变计,K2178+135断面监测数据结果如图7所示。从层间压力和混凝土应变可以看出,K2178+135断面在初期衬砌与二次衬砌之间埋设压力盒最大值为左拱腰0.07MPa,而混凝土应变都很小,说明初期支护效果很理想,支护参数很合理。二衬只是起到了安全储备作用。5桩、