大型地下洞庫(kù)監(jiān)控量測(cè)施工技術(shù)

崔 民

1 概述

大型地下洞庫(kù)開挖所形成的大跨度、高邊墻斷面與巖體結(jié)構(gòu)面的組合非常復(fù)雜,因此洞庫(kù)圍巖穩(wěn)定性也成為業(yè)主和承包商共同關(guān)注的焦點(diǎn)。其安全問(wèn)題的解決是依靠監(jiān)控量測(cè)和信息反饋。工程安全情況的判斷主要通過(guò)工程建設(shè)過(guò)程中和竣工后的監(jiān)控量測(cè)來(lái)保證;并通過(guò)監(jiān)測(cè)驗(yàn)證設(shè)計(jì),優(yōu)化設(shè)計(jì)和提高設(shè)計(jì)水平。本文以海南某地下洞庫(kù)工程施工監(jiān)控量測(cè)為背景,采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析為大型洞庫(kù)設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)。

2 工程概況

2.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

該洞庫(kù)群所在區(qū)域?yàn)閯兾g性丘陵地貌,丘陵形態(tài)渾圓,巖體相對(duì)完整,整體狀結(jié)構(gòu)。巖性以中粗粒結(jié)構(gòu)花崗巖為主,局部可見流動(dòng)構(gòu)造,山體穩(wěn)定性較好。

2.2 設(shè)計(jì)支護(hù)

主洞最大開挖高度38 m,最大開挖寬度35 m,洞內(nèi)一支洞橫跨主洞,開挖高度60 m,開挖寬度 20 m。采用錨、網(wǎng)、噴支護(hù),其中主洞邊墻支護(hù)參數(shù)如下:

系統(tǒng)砂漿錨桿φ 25@1.5 m×1.5 m,L=6 m,8 m,梅花狀布置;錨索支護(hù)采用1 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索,長(zhǎng)度25 m,間距4.5m×6 m;噴射混凝土 t=0.2 m,C20;鋼筋網(wǎng)φ 12@0.2 m×0.2 m。主洞拱部支護(hù)參數(shù)如下:系統(tǒng)砂漿錨桿φ 25@1.5 m×1.5 m,L=6 m,8 m,梅花狀布置;錨索支護(hù)采用 1 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索,長(zhǎng)度25 m,間距3 m×6 m;噴射混凝土 t=0.2 m,C20;鋼筋網(wǎng)φ 12@0.2 m×0.2 m。

2.3 主洞庫(kù)開挖方法

主洞開挖分部見圖1,圖中序號(hào)為開挖順序。

3 監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目

為保證施工安全,指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工,選定6個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,見表 1。

4 傳感器

本工程所用的傳感器為丹東前陽(yáng)工程測(cè)試儀器廠生產(chǎn)的鋼弦式傳感器。

表1 監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目一覽表

5 監(jiān)控量測(cè)實(shí)施

1)圍巖內(nèi)部位移量測(cè)。斷面里程為K46+470。2)圍巖壓力量測(cè)。斷面里程為K46+130。3)錨桿軸力量測(cè)。斷面里程為K46+470。4)錨索張拉力、位移量測(cè)。斷面在支洞口。5)滲透壓力量測(cè)。斷面里程樁號(hào)為K46+452。6)圍巖松動(dòng)圈量測(cè)。斷面里程為K46+094。

6 施工過(guò)程監(jiān)控量測(cè)成果分析

6.1 圍巖變形量測(cè)成果分析

從量測(cè)數(shù)據(jù)可以看出,施工過(guò)程中圍巖內(nèi)部位移分布呈現(xiàn)三種類型:整體受壓型、整體受拉型、拉壓交叉型。其中整體受壓型測(cè)孔多分布在主洞K46+470斷面左側(cè)巖臺(tái)以上邊墻部位,而整體受拉型和拉壓交叉型在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均不同程度地出現(xiàn)。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,可以看出洞庫(kù)尺寸及形狀對(duì)開挖過(guò)程中圍巖內(nèi)部位移的分布情況有很大影響,主洞K46+470斷面巖臺(tái)以上邊墻部位埋設(shè)的多點(diǎn)位移計(jì),左側(cè)主要表現(xiàn)為受壓,右側(cè)則主要表現(xiàn)為受拉。對(duì)于巖臺(tái)以下的高邊墻部分,圍巖內(nèi)部位移沿測(cè)孔軸向多表現(xiàn)為張拉位移,下部導(dǎo)洞出碴過(guò)程中各個(gè)測(cè)點(diǎn)張拉位移的增量均未超過(guò)1.5 mm,且出碴完成后很快趨于穩(wěn)定;部分測(cè)點(diǎn)還表現(xiàn)出壓縮型位移,位移增量同樣也在1.5 mm之內(nèi),未出現(xiàn)大的壓縮變形,說(shuō)明圍巖穩(wěn)定性較好。

6.2 圍巖壓力量測(cè)成果分析

通過(guò)考察K46+130斷面右側(cè)邊墻的圍巖壓力變化可以發(fā)現(xiàn),整個(gè)施工過(guò)程中除澆筑邊墻襯砌混凝土引起圍巖壓力發(fā)生一定變化,左、右側(cè)邊墻的跳格開挖對(duì)已經(jīng)支護(hù)的右側(cè)邊墻的圍巖壓力的變化影響都不明顯。圍巖壓力的增加遠(yuǎn)小于支護(hù)結(jié)構(gòu)所能夠提供的支護(hù)抗力,施工過(guò)程中圍巖穩(wěn)定性可以得到充分的保證。

6.3 錨桿軸力量測(cè)成果分析

本工程埋設(shè)的錨桿軸力計(jì)每支6個(gè)測(cè)點(diǎn)。6 m軸力計(jì)測(cè)點(diǎn)深度分別為0.5 m,1.5 m,2.5 m,3.5 m,4.5 m,5.5 m;8 m軸力計(jì)測(cè)點(diǎn)深度分別為 0.67 m,2.00 m,3.34 m,4.67 m,6.00 m,7.33 m。K46+470斷面埋設(shè)的錨桿軸力計(jì)長(zhǎng)度均為6 m,量測(cè)成果見圖2。其中“+”表示拉應(yīng)力,“-”表示壓應(yīng)力。

根據(jù)圖2量測(cè)結(jié)果來(lái)看,施工中大部分軸力測(cè)點(diǎn)都表現(xiàn)為拉力,只有少數(shù)測(cè)點(diǎn)在特定時(shí)期內(nèi)表現(xiàn)為壓力。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看,開挖后錨桿軸力最大值均未超過(guò)100 kN,與錨桿拉拔試驗(yàn)所要求的

150 kN相比,安全系數(shù)在1.5以上,可見支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全度較高。

對(duì)本工程而言,這種擾動(dòng)來(lái)自兩個(gè)方面:1)高邊墻形成后側(cè)墻部位交叉洞庫(kù)的開挖;2)錨桿鉆孔的施工。錨桿鉆孔的施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)比較明顯。

6.4 預(yù)應(yīng)力錨索張拉力、位移量測(cè)成果分析

為了對(duì)張拉過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià),我們給出了所有監(jiān)測(cè)錨索初張拉后張拉力與張拉位移的對(duì)應(yīng)關(guān)系散點(diǎn)圖,并進(jìn)行了線性回歸,結(jié)果如圖3所示。其中“+”表示張力增加,“-”表示張力松弛。

從圖3中可以發(fā)現(xiàn),錨索張拉后基本上呈張力松弛狀態(tài),只有個(gè)別錨索爆破后出現(xiàn)一定量的張力增加。通過(guò)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行分析,可以得出影響錨索張力變化的幾種因素:開挖爆破、施作噴射混凝土支護(hù)、澆筑邊墻襯砌。表2是支洞開挖爆破作業(yè)和施作噴射混凝土支護(hù)作業(yè)前后部分監(jiān)測(cè)錨索張力變化的對(duì)比結(jié)果。

表2 錨索張力變化統(tǒng)計(jì)表 kN

爆破對(duì)錨索支護(hù)的影響則表現(xiàn)在兩個(gè)方面,一方面,由于爆破產(chǎn)生的震動(dòng)效應(yīng)的影響,錨索張力松弛;另一方面,開挖后釋放的地應(yīng)力一部分作用在原有支護(hù)結(jié)構(gòu)上,錨索張力增加?，F(xiàn)有錨索張力量測(cè)數(shù)據(jù)中這兩個(gè)影響因素都有所反映,錨索張力的變化比較復(fù)雜。

6.5 孔隙水滲透壓力量測(cè)成果分析

由于建設(shè)區(qū)域內(nèi)賦存地下水的殘積土層為弱含水層、基巖強(qiáng)風(fēng)化帶及斷層破碎帶又多屬扭性或壓扭性,含水量都較少。其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

表3 滲透壓力分布情況統(tǒng)計(jì)表 MPa

6.6 圍巖松動(dòng)圈量測(cè)成果分析

K46+094斷面的SBR094-1測(cè)孔波速分布圖見圖4。從洞壁向里,開始的一段波速較低,表示圍巖存在松動(dòng)區(qū),松動(dòng)層厚度在3 m～3.8 m之間。其中靠近洞壁處可能是爆破松動(dòng)帶,而離洞壁較遠(yuǎn)處屬于應(yīng)力下降松弛帶,隨著向圍巖內(nèi)部逐漸深入波速逐漸升高,最后基本達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。

由于本工程主洞側(cè)墻的錨桿支護(hù)采用梅花狀布置的6 m,8 m長(zhǎng)錨桿,錨桿長(zhǎng)度明顯大于邊墻的松動(dòng)范圍,再輔以25 m的1 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索,圍巖的整體穩(wěn)定性可以得到保證。

7 結(jié)語(yǔ)

1)施工過(guò)程中圍巖是穩(wěn)定的。拱部開挖過(guò)程中實(shí)測(cè)拱頂平均下沉量為-9.3 mm,考慮量測(cè)的滯后性,取掌子面到達(dá)量測(cè)斷面時(shí)位移釋放率為20%;同時(shí)考慮下部開挖時(shí)拱頂下沉的變化,取拱部開挖時(shí)拱頂下沉量為總下沉量的90%,則由拱部實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算所得的拱頂最終下沉量為-12.9 mm,可見施工過(guò)程中圍巖的穩(wěn)定性較好。2)開挖方法較為合理。采用這種施工方法,主Ⅱ?qū)訋r板開挖后拱部的拉應(yīng)力區(qū)較開挖前減小,這對(duì)拱部圍巖的穩(wěn)定性也極其有利。3)圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性較好。201洞庫(kù)巖臺(tái)吊車梁加載試驗(yàn)過(guò)程中,圍巖內(nèi)部位移和支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力均變化較小,說(shuō)明圍巖穩(wěn)定性及支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性較好。

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