淺析隧道監(jiān)控量測實(shí)施方法

摘 要：隨著我國高等級公路建設(shè)的發(fā)展，公路隧道的規(guī)模在增大，數(shù)量在增加。新奧法由于設(shè)計施工的科學(xué)性和先進(jìn)性，在公路隧道工程中得到了廣泛的運(yùn)用。本文結(jié)合新奧法思想，詳細(xì)闡述了隧道監(jiān)控量測實(shí)施方法，希望能幫助從業(yè)人員從中獲得一定的啟迪。

關(guān)鍵詞：隧道；監(jiān)控量測；傳感器

中圖分類號：TU45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）12-0236-01

1 監(jiān)控量測目的

隧道監(jiān)控量測的目的在于掌握施工中圍巖和支護(hù)的力學(xué)動態(tài)信息及穩(wěn)定程度，并及時反饋，以指導(dǎo)施工作業(yè)，保證施工安全。通過對圍巖和支護(hù)的變形、應(yīng)力量測，以預(yù)測和確認(rèn)隧道圍巖最終穩(wěn)定時間，及時修改支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計，指導(dǎo)施工順序和二次襯砌施作時間。

2 監(jiān)控量測項目及量測頻率

隧道施工過程中應(yīng)進(jìn)行洞內(nèi)、外觀察，洞內(nèi)觀察分開挖工作面觀察和已支護(hù)地段觀察兩部分。監(jiān)測項目主要有拱頂下沉及凈空收斂、圍巖壓力及兩層支護(hù)間壓力、鋼架應(yīng)力、混凝土應(yīng)力和錨桿軸力等，對于洞口及淺埋地段，還應(yīng)對地表進(jìn)行監(jiān)控量測。各項量測作業(yè)均應(yīng)持續(xù)到變形基本穩(wěn)定后15～20d結(jié)束。應(yīng)當(dāng)十分重視各量測項目初讀數(shù)的準(zhǔn)確性，測讀數(shù)時必須是連續(xù)3次測得的數(shù)值基本一致后才能將其定為初讀數(shù)。量測的數(shù)據(jù)應(yīng)及時整理，以此修改設(shè)計，調(diào)整支護(hù)參數(shù)，合理安排施工進(jìn)度。

3 監(jiān)控量測的實(shí)施方法

現(xiàn)場監(jiān)測計劃應(yīng)綜合施工、地質(zhì)、測試等方面的要求，由設(shè)計人員完成?，F(xiàn)場量測結(jié)果能否反饋于設(shè)計與施工，進(jìn)而達(dá)到試驗(yàn)的目的與要求，在很多程度上取決于量測計劃的制定是否合理。

3.1 凈空收斂及拱頂下沉

目前隧道所采用的圍巖變形量測方法包括傳統(tǒng)的接觸量測（拱頂下沉采用精密水準(zhǔn)儀監(jiān)測，凈空收斂采用收斂計監(jiān)測），非接觸量測（全站儀對邊測量）。

水準(zhǔn)儀接觸量測勞動強(qiáng)度大、效率低，干擾施工，當(dāng)采用拱部留核心土環(huán)形開挖時，由于核心土的阻擋將無法進(jìn)行監(jiān)測，從而無法監(jiān)測環(huán)形導(dǎo)坑開挖過程中拱頂?shù)南鲁林?。全站儀非接觸量測勞動強(qiáng)度小，不干擾施工，可以和施工平行作業(yè)，能及時監(jiān)測拱頂下沉值及邊墻收斂值，但其精度劣與接觸量測。因此建議對于不同級別的圍巖可采用不同的量測方法；可以在Ⅳ級、Ⅴ級和Ⅵ級隧道圍巖變形監(jiān)測中使用全站儀非接觸量測，在Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級隧道圍巖變形監(jiān)測，隧道二次襯砌變形監(jiān)測仍然采用傳統(tǒng)的接觸量測方法監(jiān)測。

3.2 圍巖壓力及兩層支護(hù)之間壓力

隧道開挖后，圍巖要向凈空方向變形，而支護(hù)結(jié)構(gòu)要阻止這種變形，這樣就會產(chǎn)生圍巖作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖壓力。圍巖壓力量測，通常情況下是指圍巖與支護(hù)或噴層與二次襯砌混凝土間接觸壓力的測試。其方法是在圍巖與支護(hù)、二次襯砌之間埋設(shè)各種壓力盒等傳感器，常用的傳感器為鋼弦式壓力盒。鋼弦式壓力盒埋設(shè)時應(yīng)將其周邊用防水膠布密封，以防止混凝土的侵入，影響監(jiān)測結(jié)果。在圍巖壓力量測時，應(yīng)先查看安設(shè)位置處圍巖的超挖情況，盡量尋找合適的位置，將壓力盒固定在圍巖和鋼筋網(wǎng)之間，再用少許錨固劑在壓力盒靠近巖面端粘結(jié)牢固。在接觸壓力監(jiān)測中，通常在防水層上，將一塊防水板焊接成布兜狀，將壓力盒放入并將布兜封口，使之能與二次襯砌和初期支護(hù)保持密貼。

3.3 鋼架應(yīng)力

如果隧道圍巖級別為Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級，尤其在淺埋、偏壓隧道中，早期圍巖增長較快，需要提高初期支護(hù)的強(qiáng)度和剛度時，隧道開挖后常采用各種鋼架進(jìn)行支護(hù)，常見的支護(hù)方式有型鋼鋼架支護(hù)和格柵鋼架支護(hù)。型鋼鋼拱架支撐強(qiáng)度、剛度大，可承受較大初期圍巖壓力，宜用于塌方處理或Ⅴ、Ⅵ級破碎不能形成塌落拱需要立即支撐大段圍巖施工。目前型鋼鋼架應(yīng)力量測多采用鋼弦式表面應(yīng)變計，在型鋼拱架的上、下緣分別安裝鋼弦式表面應(yīng)變傳感器，量測鋼架受力后所發(fā)生的應(yīng)變值，然后通過計算獲得鋼架的應(yīng)力值。格柵鋼拱架其支撐強(qiáng)度、剛度均小于型鋼鋼拱架，但其具有制作安裝塊、節(jié)省成本、施工速度快、與噴射混凝土有良好的粘附力等優(yōu)點(diǎn)，宜用于Ⅳ級圍巖之中。格柵鋼拱架應(yīng)力量測多采用鋼弦式鋼筋應(yīng)力計。鋼筋應(yīng)力傳感器的選擇，應(yīng)該確保傳感器與格柵主筋的直徑相同。安裝時，按照鋼弦式鋼筋傳感器的長度將格柵主筋截開一段，然后將其焊上去。此外，將鋼筋計焊接在格柵主筋時，要注意給鋼筋計降溫，以防溫度過高燒壞鋼筋計的鋼弦。

3.4 混凝土應(yīng)力

混凝土應(yīng)力量測包括噴射混凝土和二次襯砌模筑混凝土應(yīng)力量測。對于應(yīng)力的量測是將量測元件直接安裝于噴層或二次襯砌中，噴射混凝土應(yīng)力計可直接綁扎于鋼筋網(wǎng)上，二次襯砌混凝土應(yīng)力計可將其固定于特制的鐵架上，在圍巖逐漸變形的過程中由不受力狀態(tài)逐漸過渡到受力狀態(tài)。為了使量測數(shù)據(jù)能直接反應(yīng)混凝土層的變形狀態(tài)和受力的大小，要求量測元件材質(zhì)的彈性模量應(yīng)與混凝土層的彈性模量相近，從而不致引起混凝土層應(yīng)力的異常分布，以免量測出來的應(yīng)力失真，影響評價效果。目前，混凝土應(yīng)變計是量測混凝土應(yīng)力的常用儀器，量測時將應(yīng)變計埋入混凝土層內(nèi)，通過鋼弦頻率測定儀測出應(yīng)變計受力后的振動頻率，然后從事先標(biāo)定出的頻率—應(yīng)變曲線上求出作用在混凝土層上的應(yīng)變，然后再轉(zhuǎn)求應(yīng)力。

3.5 錨桿軸力

錨桿軸力的測定，通常采用鋼弦式測力錨桿。鋼弦式測力錨桿由若干個鋼弦式鋼筋應(yīng)力計、測量線、分線器插頭和分線器組成，它是在工廠加工而成。使用時，在現(xiàn)場進(jìn)行組裝接長即可。每個鋼弦式鋼筋應(yīng)力計是一個單元，各單元之間以螺母形式相連。每個鋼筋應(yīng)力計有一個出線孔，測量線由出線孔引出，再沿著錨桿引向鉆孔外，量測時，將插頭插入分線器，再與頻率儀相連，就可測出每個測點(diǎn)的鋼筋應(yīng)力計中鋼弦的頻率變化，從而知其應(yīng)力。鋼弦式測力錨桿因其具有精度高、結(jié)構(gòu)簡單可靠、制作安裝方便、零點(diǎn)穩(wěn)定、受溫度影響小、防潮和防水等特點(diǎn)，在實(shí)地工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)語

監(jiān)控量測是一項系統(tǒng)工程，其實(shí)施的成功與否決定于多方面因素。只有保證量測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，提高數(shù)據(jù)處理的精確度和可靠性，監(jiān)控量測的根本作用—“指導(dǎo)施工，修正設(shè)計”，才可以真正發(fā)揮出來。

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