地铁勘察中针对影响地铁围岩稳定性的勘察方法

2016-08-22常明月汪敏

地球 2016年4期

关键词：拱顶测点围岩

■常明月汪敏

（广东核力工程勘察院广东广州510800）

地铁勘察中针对影响地铁围岩稳定性的勘察方法

■常明月汪敏

（广东核力工程勘察院广东广州510800）

城市化建设规模的不断扩大，城市人口的急剧增长，使得我国城市交通建设发展越来越快,地铁方案在城市交通建设中日益引起重视,不同长度、不同类型的地铁大量涌现,传统设计施工方法已经不能满足现实的施工要求,因此,利用数值计算来进行地铁设计施工并及时总结和研究地铁施工和监控技术,对经济地、高质量地建设城市地铁是十分必要。本文对此进行了简单的分析。

地铁勘察围岩稳定性

地铁隧道围岩体变形是与多种因素有关的变形，它既有时间效应，又有空间效应，既与隧道所处的位置有关，更与地质、施工方法、量测技术等条件密切相关。对于其稳定性的勘察决定着地铁的安全有序的运行，对我国交通运输业的发展具有十分积极的意义。

1　地铁隧道围岩稳定性的影响因素

1.1地质因素的影响

隧道围岩的分级是对隧道开挖后围岩稳定程度的分级和评价。构成围岩分级的前提是大量的隧道工程实践，在归纳、统计分析类似地质条件的基础上，通过定量和定性确定影响隧道围岩稳定性的因素，就得到隧道围岩的分级。因此，围岩分级的因素，也就是影响隧道围岩稳性的因素影响坑道围岩稳定性的因素一般认为有两类，一类是客观存在的地质因素，另一类是设计和施工因素(或称为人为因素)。结构状态的完整程度或破碎状态，在一定程度上是表征岩土体受地质构造运动作用的严重程度。因此，在各种分级方法中，都把岩体的破碎程度作为分类的基础指标。

1.2隧道工程性质的影响

隧道工程性质的影响，根据以往的研究，可总结为如下几点：

（1）隧洞断面的几何尺寸。洞室跨度、矢跨比、覆跨比、断面面积及洞室高度等都有影响，其中洞室跨度的影响最大。

（2）支护结构类型。不同支护结构类型的支护承载能力不同，其影响也同。

（3）隧洞施工方法。开挖方式不同，如机械式开挖(盾构法施工)或钻爆法施工对围岩的扰动程度不同，全断面开挖与分部开挖对围岩的影响也不同，因此施工方法对洞室的稳定性影响也较大。

1.3隧道围岩性质的影响

（1）岩体的结构类型。岩体工程性质的好坏，在很大程度上取决于受到各种地质因素和地质条件影响而形成的各种软弱结构面(即节理)和结构面间的填充物以及它们本身的空间分布状态，包括结构面的组数、间距及岩体单位体积中的节理数。

（2）地下水。地下水的影响主要是弱化围岩的工程性质，通过水力的、物理的及化学的作用形式实现，将增加支护结构上的支承压力，降低围岩强度，造成围岩变形及失稳破坏。

（3）围岩岩石的力学强度。强度较高的硬岩其稳定性明显好于软质岩石。

（4）地应力。原始地应力越大，结构越不稳定。

2　地铁隧道围岩稳定性监控量测技术

监控量测技术是新奥法施工的核心，也是监视围岩稳定性，检验设计与施工是否正确合理及安全的重要手段。监控设计通常包括两个阶段：初始设计阶段和修正设计阶段。初始设计阶段一般应用工程类比的方法或理论计算方法进行。修正设计则应根据现场量测所得到的数据，进行分析或力学运算而得到最终设计参数与施工对策。监控设计的流程如图1所示。

图1　监控量测设计流程图Fig.1MonitoringandMeasurementflowchart

我国隧道的设计，越来越多的采用了复合式衬砌型式。复合式衬砌一般由锚喷支护和模注混凝土衬砌两部分组成。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，并且在施工中认真实施。为使监控量测充分发挥技术经济效益，要求设计、施工单位编制切实可行的监控量测计划。测点间距和施测频率按有关规定和施工条件确定，并应及时反馈到设计、施工中去，以对初期支护，二次衬砌以及施工方法做出修正。

2.1监测的项目和测点的布置

2.1.1监测的项目

现场监控量测技术是一项包括隧道洞内目测观察、净空收敛量测、拱顶下沉量测、锚杆拉拔力、锚杆轴向力、喷层应力、钢拱架应力、围岩内变位、岩体的物理力学性质测定等测试项目的综合程序。量测项目根据其重要程度可分为必测项目(A类量测)、选测项目(B类量测)：

A类量测：A类量测是必须进行的常规测量，是判断围岩稳定状态、判断支护结构工作状态，指导设计施工的经常性量测，是新奥法监测的重点项目。A类量测主要包括隧道洞内目测观察、洞壁收敛量测、拱顶下沉量测、锚杆抗拉拔力量测等项目。这类量测方法简单、费用少，但对修改设计、指导施工所起的作用却非常大。

B类量测：B类量测是对一些具有特殊意义和具有代表性意义的区段进行的补充量测，是以判断隧道围岩松动状态、喷锚支护效果和为以后设计积累资料为目的的量测。这类量测主要包括锚杆轴向力、喷层应力、钢拱架应力、围岩内部位移、地表下沉、隧道内弹性波速测定、岩体物理力学性质测定等项目。在本论文的隧道施工过程中，根据隧道工程的地质条件、围岩类别、跨度、埋深、开挖方法、支护类型等因素，做了如下监控量测项目：隧道内目测观察、洞壁收敛量测、拱顶下沉量测、锚杆抗拉拔力量测、锚杆轴向力、喷层应力、钢拱架应力、围岩内部位移、地表下沉等。

2.1.2监测点的布置

监测点的布置以及监控量测的方法如下：拱顶沉降（位移）和周边位移收敛量测拱顶沉降监测点设置：拱顶沉降与周边位移监测点设在同一断面。拱顶下沉主要用于确认围岩的稳定性。在每个量测断面的拱顶埋设一自制的倒三角形测桩。埋设前，先用小型钻机在待测部位成孔，然后将预埋件放入，并用混凝土填塞，待混凝土凝固后即可量测。通过对监测点相对于基点位移变化的监测，测定施工引起拱顶位移变化。周边位移测点布置：隧道周边位移量测是最基本的主要量测项目之一。与拱顶下沉点布置在同一断面。埋设测点时，先在测点处用人工挖孔或用凿岩机开挖孔，在孔中填满水泥砂浆后插入收敛预埋件，尽量使两预埋件轴线在基线方向上，上好保护帽，待砂浆凝固后即可量测。测点布置如图2所示。

2.1.3监控量测的仪器：精密水准仪，收敛计。

2.1.4监控量测的注意事项：

（1）观测应在仪器检验合格后方可进行，且避免在测站和标尺有振动时进行；

（2）尽量选择在每一天同一时间内进行观测；

（3）观测坚持四固定原则，即：施测人员固定，测站位置固定，测量延续时间固定，施测顺序固定。

2.2监测数据的采集

当测点布置好后即可通过各种量测仪表进行数据的采集工作。现场数据采集工作应有两名专职人员负责，测取的读数记录在预先设计好的原始记录表中，每个数据至少测读两次，同时记录下当时的施工情况，还要量测监测断面距掌子面的距离，及本次量测的具体日期和时间，最后原始记录表中要有两名测试人员的签名。为了满足分析数据的需要，参考规范中的要求，采集数据的频率如表1所示。