简述监控量测在偏压浅埋隧道施工中的应用

2010-08-20万国强

山西建筑 2010年4期

万国强

1 工程概况

玉蒙铁路在施工中主要有两座铁路单线隧道为浅埋偏压隧道,分别为钱家湾隧道、哨脚一号隧道,共计345 m为浅埋偏压段,约占上述两座隧道全长的50%,最小埋深为1.5 m,偏压段地面最大倾角45°。隧道设计全部为Ⅴ级围岩,围岩破碎,多为灰质页岩及强风化板岩。为保证隧道浅埋偏压段的正常施工,指派专人严格按照有关规范,负责上述两座隧道的监控量测。按照设计文件,Ⅴ级围岩变形预留值为10 cm,但在施工过程中根据监控量测的数据及变形量,开挖调整预留变形值为20 cm～30 cm,确保了隧道的正常施工。

2 监控量测的项目及技术要求

2.1 隧道监控量测的项目

监控量测必测项目(TB 10204-2002/J 163-2002铁路隧道施工规范):洞内、外观察;净空变化;拱顶下沉;地表下沉。

监控量测选测项目(TB 10204-2002/J 163-2002铁路隧道施工规范):地表下沉;隧底隆起;围岩内部位移;围岩压力;二次衬砌接触压力;钢架受力;喷混凝土受力;锚杆杆体受力;二次衬砌内应力;爆破振动观测;围岩弹性波速度。

2.2 监控量测的技术要求

1)量测仪器、测试精度、断面间距、测点数量。净空变化测点和拱顶下沉点量测仪器、测试精度、量测断面、间距测点数量见表1。

表1 量测仪器、测试精度、断面间距、测点数量

2)净空变化测点和拱顶下沉测点的布置要求。净空变化测点和拱顶下沉测点应布置在同一断面上,测点布置时应避开钢架和脱空回填处,将测点布置在两榀钢架之间。净空变化、拱顶下沉和地表下沉等必测项目必须布置在同一断面上。

3)地表沉降点布置要求。地表沉降点横向间距为2 m～5 m。在隧道中线附近测点应适当加密,隧道中线两侧量测范围不应小于H0+b,地表有控制性建筑物时,量测范围应适当加密。测点布置图如图1所示。

4)监控量测的频率要求。应根据测点距开挖面的距离及位移速度按表2确定。

表2 量测频率表

5)隧道位移基准要求见表3。

表3 位移控制基准

3 监控量测方法与作用

3.1 洞内、外观察

洞内、外观察可分为开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。其中,开挖工作面观察应在每次开挖后进行,及时绘制开挖工作面地质素描图、数码成像、填写工作面地质状况记录表,并与勘察资料进行对比;已施工地段,应记录喷射混凝土、锚杆、钢筋变形和二次衬砌等工作状态。洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段,记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等,同时还应对地面建筑物进行观察。

3.2 净空变化量测

根据围岩条件确定量测间距埋设测点,并按规定量测频率进行量测。主要原理:每次测出两点间净长,求出每次量测的增减量,即为此处净空变化值。读数读三次,然后取其平均值,并记录在规定的净空记录表。预埋测点由钢筋加工而成,采用冲击电锤或风钻钻孔,埋入钢筋采用直径不小于20 mm的螺纹钢,前端外露钢筋与埋入钢筋焊接,直径不小于6 mm,加工成180°弯钩或三角形钩。测点用锚固剂稳定,埋入围岩深度不小于20 cm。

3.3 量测方法

1)收敛测点要求。检查预埋测点有无损坏、松动,并将测点灰尘擦净。

2)收敛测量方法。每次量测前检查收敛仪读数是否归零,尺架两端挂钩是否紧密不松动。检查完毕后把收敛仪的尺头及尺架挂钩分别固定在预埋点后将尺孔销插入,用尺卡将尺与联尺架固定后,调节螺母,记下钢尺的基线长度和数显读数,再重复测读两次,每次读数误差不得大于0.05 mm,然后取三次读数的平均值(注意每次开挖后12 h内取得初读数)。

3)拱顶下沉量测。在隧道拱顶轴线附近通过焊接或钻孔预埋测点。测点应与隧道外监控量测基准点进行联测。拱顶下沉量测测点布置在拱顶,每断面布置一点;量测时采用水准仪、塔尺或是钢尺进行测量。每次开挖后12 h内取得初读数。同一断面每次测量必须采用同一基点。

4)地表下沉。地表下沉测量方法同拱顶下沉测量,在工程开挖前(隧道未进洞前)对每一个测点读取初始值。首次观测时,对测点进行三次观测(三次读数的差值要小于±1 mm),取平均读数作为初始值。每个测点读数误差应不大于0.3 mm。

3.4 监控量测的作用

1)提供监控设计的依据和信息:掌握围岩力学状态的变化和规律;掌握支护的工作状态信息并及时反馈,指导施工作业。2)预报及监视险情:做出工程预报,确定施工对策和措施;监视险情,以确保安全施工。3)校核地下工程理论计算结果、完善工程类比法;为理论解析、数值分析提供计算数据与对比指标;为工程类比提供参考指标;为地下工程设计与施工积累经验资料。

4 监控量测在偏压、浅埋隧道施工中的重要性

4.1 偏压、浅埋隧道中的地质环境

隧道岩体或地层被开挖以前,一般来说总是稳定的,但在开挖过程中及开挖以后,由于原有平衡被打破,岩体性状发生变化,人们直接观察到的即是大部分岩体或迟或早将出现或大或小的坍落,有的洞壁还会发生明显的内挤位移,这是修筑隧道经常会遇到的问题。

4.2 岩体的特性

岩体是在一定工程规模范围内现实存在的自然地质体。由于长期经受各种地质作用,通常不是单一的岩石,而是呈现出各种各样的地质构造形迹,即或多或少地存在性状各异的层理面、节理面和裂缝面,我们把这些地质界面统称为节理、结构面或不连续面。由于它的力学性质软弱,又称弱面。因此常说岩体是由被分割的结构体和众多结构面组成的统一体。结构面的存在,使得岩体的破坏往往出现在这些软弱面处,整体的力学性能远差于其组成物——岩石,同时还会出现不均匀性及各向异性。

4.3 隧道新奥法施工程序

目前隧道施工大多采用新奥法施工,采用新奥法施工的隧道应视其规模、地质条件以及安全要求、施工方法,并充分利用现场监控、量测信息指导施工,严格施工程序,不得省略。新奥法的特征之一是采用现场监控,量测信息指导施工,即通过对隧道施工中量测数据和开挖面的地质观察等进行预测、预报和反馈,并根据已建立的量测为基准,对隧道施工方法(包括特殊的、辅助的施工方法)、断面开挖步骤及顺序、初期支护的参数等进行合理调整,以保证施工安全、隧道围岩稳定、工程质量和支护结构的经济性等。

4.4 监控量测在隧道中的重要性

偏压、浅埋隧道中岩体由于自重应力和侧压力的存在,且岩体存在不均匀性,或节理呈现不发育,遇水极易软化等症状,造成隧道开挖初支后受岩体的初始应力(又称地应力,是地层未受工程扰动时存在的天然应力)的影响,自稳性差,导致岩面位移,洞身侧壁逐渐内移,造成洞身变形乃至坍塌。而监控量测是新奥法施工的核心,是监视围岩稳定性,检验设计和施工是否正确合理及安全的重要手段。因此,保证隧道施工时为了及时掌握施工中围岩稳定程度与支护受力、变形的力学动态或信息,以判断设计与施工的安全与经济,必须将现场监控量测项目列入施工组织计划,并在施工中认真实施。