簡(jiǎn)述監(jiān)控量測(cè)在偏壓淺埋隧道施工中的應(yīng)用

萬(wàn)國(guó)強(qiáng)

1 工程概況

玉蒙鐵路在施工中主要有兩座鐵路單線隧道為淺埋偏壓隧道,分別為錢(qián)家灣隧道、哨腳一號(hào)隧道,共計(jì)345 m為淺埋偏壓段,約占上述兩座隧道全長(zhǎng)的50%,最小埋深為1.5 m,偏壓段地面最大傾角45°。隧道設(shè)計(jì)全部為Ⅴ級(jí)圍巖,圍巖破碎,多為灰質(zhì)頁(yè)巖及強(qiáng)風(fēng)化板巖。為保證隧道淺埋偏壓段的正常施工,指派專(zhuān)人嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范,負(fù)責(zé)上述兩座隧道的監(jiān)控量測(cè)。按照設(shè)計(jì)文件,Ⅴ級(jí)圍巖變形預(yù)留值為10 cm,但在施工過(guò)程中根據(jù)監(jiān)控量測(cè)的數(shù)據(jù)及變形量,開(kāi)挖調(diào)整預(yù)留變形值為20 cm～30 cm,確保了隧道的正常施工。

2 監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目及技術(shù)要求

2.1 隧道監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目

監(jiān)控量測(cè)必測(cè)項(xiàng)目(TB 10204-2002/J 163-2002鐵路隧道施工規(guī)范):洞內(nèi)、外觀察;凈空變化;拱頂下沉;地表下沉。

監(jiān)控量測(cè)選測(cè)項(xiàng)目(TB 10204-2002/J 163-2002鐵路隧道施工規(guī)范):地表下沉;隧底隆起;圍巖內(nèi)部位移;圍巖壓力;二次襯砌接觸壓力;鋼架受力;噴混凝土受力;錨桿桿體受力;二次襯砌內(nèi)應(yīng)力;爆破振動(dòng)觀測(cè);圍巖彈性波速度。

2.2 監(jiān)控量測(cè)的技術(shù)要求

1)量測(cè)儀器、測(cè)試精度、斷面間距、測(cè)點(diǎn)數(shù)量。凈空變化測(cè)點(diǎn)和拱頂下沉點(diǎn)量測(cè)儀器、測(cè)試精度、量測(cè)斷面、間距測(cè)點(diǎn)數(shù)量見(jiàn)表1。

表1 量測(cè)儀器、測(cè)試精度、斷面間距、測(cè)點(diǎn)數(shù)量

2)凈空變化測(cè)點(diǎn)和拱頂下沉測(cè)點(diǎn)的布置要求。凈空變化測(cè)點(diǎn)和拱頂下沉測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在同一斷面上,測(cè)點(diǎn)布置時(shí)應(yīng)避開(kāi)鋼架和脫空回填處,將測(cè)點(diǎn)布置在兩榀鋼架之間。凈空變化、拱頂下沉和地表下沉等必測(cè)項(xiàng)目必須布置在同一斷面上。

3)地表沉降點(diǎn)布置要求。地表沉降點(diǎn)橫向間距為2 m～5 m。在隧道中線附近測(cè)點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)加密,隧道中線兩側(cè)量測(cè)范圍不應(yīng)小于H0+b,地表有控制性建筑物時(shí),量測(cè)范圍應(yīng)適當(dāng)加密。測(cè)點(diǎn)布置圖如圖1所示。

4)監(jiān)控量測(cè)的頻率要求。應(yīng)根據(jù)測(cè)點(diǎn)距開(kāi)挖面的距離及位移速度按表2確定。

表2 量測(cè)頻率表

5)隧道位移基準(zhǔn)要求見(jiàn)表3。

表3 位移控制基準(zhǔn)

3 監(jiān)控量測(cè)方法與作用

3.1 洞內(nèi)、外觀察

洞內(nèi)、外觀察可分為開(kāi)挖工作面觀察和已施工地段觀察兩部分。其中,開(kāi)挖工作面觀察應(yīng)在每次開(kāi)挖后進(jìn)行,及時(shí)繪制開(kāi)挖工作面地質(zhì)素描圖、數(shù)碼成像、填寫(xiě)工作面地質(zhì)狀況記錄表,并與勘察資料進(jìn)行對(duì)比;已施工地段,應(yīng)記錄噴射混凝土、錨桿、鋼筋變形和二次襯砌等工作狀態(tài)。洞外觀察重點(diǎn)應(yīng)在洞口段和洞身淺埋段,記錄地表開(kāi)裂、地表變形、邊坡及仰坡穩(wěn)定狀態(tài)、地表水滲漏情況等,同時(shí)還應(yīng)對(duì)地面建筑物進(jìn)行觀察。

3.2 凈空變化量測(cè)

根據(jù)圍巖條件確定量測(cè)間距埋設(shè)測(cè)點(diǎn),并按規(guī)定量測(cè)頻率進(jìn)行量測(cè)。主要原理:每次測(cè)出兩點(diǎn)間凈長(zhǎng),求出每次量測(cè)的增減量,即為此處凈空變化值。讀數(shù)讀三次,然后取其平均值,并記錄在規(guī)定的凈空記錄表。預(yù)埋測(cè)點(diǎn)由鋼筋加工而成,采用沖擊電錘或風(fēng)鉆鉆孔,埋入鋼筋采用直徑不小于20 mm的螺紋鋼,前端外露鋼筋與埋入鋼筋焊接,直徑不小于6 mm,加工成180°彎鉤或三角形鉤。測(cè)點(diǎn)用錨固劑穩(wěn)定,埋入圍巖深度不小于20 cm。

3.3 量測(cè)方法

1)收斂測(cè)點(diǎn)要求。檢查預(yù)埋測(cè)點(diǎn)有無(wú)損壞、松動(dòng),并將測(cè)點(diǎn)灰塵擦凈。

2)收斂測(cè)量方法。每次量測(cè)前檢查收斂?jī)x讀數(shù)是否歸零,尺架兩端掛鉤是否緊密不松動(dòng)。檢查完畢后把收斂?jī)x的尺頭及尺架掛鉤分別固定在預(yù)埋點(diǎn)后將尺孔銷(xiāo)插入,用尺卡將尺與聯(lián)尺架固定后,調(diào)節(jié)螺母,記下鋼尺的基線長(zhǎng)度和數(shù)顯讀數(shù),再重復(fù)測(cè)讀兩次,每次讀數(shù)誤差不得大于0.05 mm,然后取三次讀數(shù)的平均值(注意每次開(kāi)挖后12 h內(nèi)取得初讀數(shù))。

3)拱頂下沉量測(cè)。在隧道拱頂軸線附近通過(guò)焊接或鉆孔預(yù)埋測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)應(yīng)與隧道外監(jiān)控量測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。拱頂下沉量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置在拱頂,每斷面布置一點(diǎn);量測(cè)時(shí)采用水準(zhǔn)儀、塔尺或是鋼尺進(jìn)行測(cè)量。每次開(kāi)挖后12 h內(nèi)取得初讀數(shù)。同一斷面每次測(cè)量必須采用同一基點(diǎn)。

4)地表下沉。地表下沉測(cè)量方法同拱頂下沉測(cè)量,在工程開(kāi)挖前(隧道未進(jìn)洞前)對(duì)每一個(gè)測(cè)點(diǎn)讀取初始值。首次觀測(cè)時(shí),對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行三次觀測(cè)(三次讀數(shù)的差值要小于±1 mm),取平均讀數(shù)作為初始值。每個(gè)測(cè)點(diǎn)讀數(shù)誤差應(yīng)不大于0.3 mm。

3.4 監(jiān)控量測(cè)的作用

1)提供監(jiān)控設(shè)計(jì)的依據(jù)和信息:掌握圍巖力學(xué)狀態(tài)的變化和規(guī)律;掌握支護(hù)的工作狀態(tài)信息并及時(shí)反饋,指導(dǎo)施工作業(yè)。2)預(yù)報(bào)及監(jiān)視險(xiǎn)情:做出工程預(yù)報(bào),確定施工對(duì)策和措施;監(jiān)視險(xiǎn)情,以確保安全施工。3)校核地下工程理論計(jì)算結(jié)果、完善工程類(lèi)比法;為理論解析、數(shù)值分析提供計(jì)算數(shù)據(jù)與對(duì)比指標(biāo);為工程類(lèi)比提供參考指標(biāo);為地下工程設(shè)計(jì)與施工積累經(jīng)驗(yàn)資料。

4 監(jiān)控量測(cè)在偏壓、淺埋隧道施工中的重要性

4.1 偏壓、淺埋隧道中的地質(zhì)環(huán)境

隧道巖體或地層被開(kāi)挖以前,一般來(lái)說(shuō)總是穩(wěn)定的,但在開(kāi)挖過(guò)程中及開(kāi)挖以后,由于原有平衡被打破,巖體性狀發(fā)生變化,人們直接觀察到的即是大部分巖體或遲或早將出現(xiàn)或大或小的坍落,有的洞壁還會(huì)發(fā)生明顯的內(nèi)擠位移,這是修筑隧道經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。

4.2 巖體的特性

巖體是在一定工程規(guī)模范圍內(nèi)現(xiàn)實(shí)存在的自然地質(zhì)體。由于長(zhǎng)期經(jīng)受各種地質(zhì)作用,通常不是單一的巖石,而是呈現(xiàn)出各種各樣的地質(zhì)構(gòu)造形跡,即或多或少地存在性狀各異的層理面、節(jié)理面和裂縫面,我們把這些地質(zhì)界面統(tǒng)稱(chēng)為節(jié)理、結(jié)構(gòu)面或不連續(xù)面。由于它的力學(xué)性質(zhì)軟弱,又稱(chēng)弱面。因此常說(shuō)巖體是由被分割的結(jié)構(gòu)體和眾多結(jié)構(gòu)面組成的統(tǒng)一體。結(jié)構(gòu)面的存在,使得巖體的破壞往往出現(xiàn)在這些軟弱面處,整體的力學(xué)性能遠(yuǎn)差于其組成物——巖石,同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)不均勻性及各向異性。

4.3 隧道新奧法施工程序

目前隧道施工大多采用新奧法施工,采用新奧法施工的隧道應(yīng)視其規(guī)模、地質(zhì)條件以及安全要求、施工方法,并充分利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、量測(cè)信息指導(dǎo)施工,嚴(yán)格施工程序,不得省略。新奧法的特征之一是采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控,量測(cè)信息指導(dǎo)施工,即通過(guò)對(duì)隧道施工中量測(cè)數(shù)據(jù)和開(kāi)挖面的地質(zhì)觀察等進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)和反饋,并根據(jù)已建立的量測(cè)為基準(zhǔn),對(duì)隧道施工方法(包括特殊的、輔助的施工方法)、斷面開(kāi)挖步驟及順序、初期支護(hù)的參數(shù)等進(jìn)行合理調(diào)整,以保證施工安全、隧道圍巖穩(wěn)定、工程質(zhì)量和支護(hù)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性等。

4.4 監(jiān)控量測(cè)在隧道中的重要性

偏壓、淺埋隧道中巖體由于自重應(yīng)力和側(cè)壓力的存在,且?guī)r體存在不均勻性,或節(jié)理呈現(xiàn)不發(fā)育,遇水極易軟化等癥狀,造成隧道開(kāi)挖初支后受巖體的初始應(yīng)力(又稱(chēng)地應(yīng)力,是地層未受工程擾動(dòng)時(shí)存在的天然應(yīng)力)的影響,自穩(wěn)性差,導(dǎo)致巖面位移,洞身側(cè)壁逐漸內(nèi)移,造成洞身變形乃至坍塌。而監(jiān)控量測(cè)是新奧法施工的核心,是監(jiān)視圍巖穩(wěn)定性,檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和施工是否正確合理及安全的重要手段。因此,保證隧道施工時(shí)為了及時(shí)掌握施工中圍巖穩(wěn)定程度與支護(hù)受力、變形的力學(xué)動(dòng)態(tài)或信息,以判斷設(shè)計(jì)與施工的安全與經(jīng)濟(jì),必須將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目列入施工組織計(jì)劃,并在施工中認(rèn)真實(shí)施。

5 結(jié)語(yǔ)

在錢(qián)家灣隧道、哨腳一號(hào)隧道偏壓、淺埋施工中,利用監(jiān)控量測(cè)技術(shù)及時(shí)掌握圍巖變形情況,根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行回歸分析,把分析結(jié)果反饋到施工中,及時(shí)調(diào)整支護(hù)強(qiáng)度,取得了良好的施工效果,保證了兩座偏壓、淺埋隧道的順利施工。

[1]TB 10204-2002/J 163-2002,鐵路隧道施工規(guī)范[S].

[2]柴穎鵬.淺談隧道施工中的關(guān)鍵因素[J].山西建筑,2008,34(12):321-322.