隧道的動(dòng)態(tài)施工及監(jiān)控量測(cè)

張臘梅 吳文杰

(重慶交通大學(xué)，重慶 400000)

隧道的動(dòng)態(tài)施工及監(jiān)控量測(cè)

張臘梅 吳文杰

(重慶交通大學(xué)，重慶 400000)

在山區(qū)，交通的發(fā)展，在整個(gè)交通運(yùn)輸業(yè)的優(yōu)勢(shì)隧道將變得越來(lái)越重要。在新奧法呈現(xiàn)以前的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，很多隧道都是依仗著以往施工的案例而動(dòng)工。因?yàn)樗淼拦こ痰奶厥庑?，?dòng)工情況在未挖的期間都是不能夠預(yù)見(jiàn)的，這就致使了此類(lèi)工程僅憑以前動(dòng)工的經(jīng)驗(yàn)策劃或動(dòng)工必定有著一些盲目性。自從新奧法出現(xiàn)之后，其在現(xiàn)實(shí)使用中首要的一點(diǎn)便是及時(shí)監(jiān)控，就是在隧道掘進(jìn)的同時(shí)，將所收集的圍巖信息放入其一直不斷變動(dòng)的設(shè)計(jì)和動(dòng)工的范疇，和以前的動(dòng)工方法相比有了本質(zhì)的跨越。

隧道;新奧法;動(dòng)態(tài)施工;動(dòng)態(tài)信息化

1.1 選題的依據(jù)和研究意義

伴隨著國(guó)民生產(chǎn)總值的不息增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)日益壯大，百姓的整體生活水平也在隨著國(guó)度的成長(zhǎng)而不斷提升，我國(guó)是個(gè)山嶺占大陸總面積比例較大的國(guó)家，要完成山區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各省市實(shí)行“交通”的經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略。第二十一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，大力發(fā)展我國(guó)的一些省份山區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，取得了一定的成績(jī)，并在一定程度上改變了由于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展滯后造成的交通不便狀態(tài)。由于高速公路，鐵路高線性指標(biāo)的要求，結(jié)合山區(qū)地形特點(diǎn)和地質(zhì)地貌條件，通常需要有這樣一種方式的交通如隧道穿越山脈，從而達(dá)到縮短路程、改善道路線形、提高行車(chē)效率及保護(hù)自然環(huán)境的目的。隨著逐年增加的西部建設(shè)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，將有交通運(yùn)輸領(lǐng)域中的一個(gè)隧道工程更巨大的優(yōu)勢(shì)，克服山連接兩個(gè)天然屏障，在一個(gè)相對(duì)有限的空間在城市中更有效地利用城市地下空間。當(dāng)前公路隧道不光是在山區(qū)和丘陵地區(qū)獲得器重，在都市、跨河跨海交通中，對(duì)隧道的使用也日趨引發(fā)重視。隧道施工技術(shù)正朝著設(shè)計(jì)施工一體化的方向發(fā)展。對(duì)于使用新奧法施工技術(shù)施工的隧道，現(xiàn)如今仍舊將隧道的計(jì)劃延伸到了動(dòng)工階段，即借助于當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)舉行科學(xué)信息化設(shè)計(jì)。

1.2 隧道施工動(dòng)態(tài)性

新奧法施工的機(jī)理是，當(dāng)隧道圍巖在施工過(guò)程中失去了平衡，就會(huì)自動(dòng)動(dòng)態(tài)地達(dá)到新的平衡。

新奧法 (NATM)是隧道的一種常用的施工方案，這個(gè)施工方法的基本原理是運(yùn)用各種施工方法 (開(kāi)挖方式、支護(hù)方式、監(jiān)控測(cè)量等)防止圍巖變形，發(fā)揮隧道圍巖自身的最大承載力，讓隧道施工更加安全、更加經(jīng)濟(jì)，而隧道施工的經(jīng)濟(jì)性與安全性就是用監(jiān)控量測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的圍巖、支護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)力和應(yīng)變信息迅速反饋到隧道設(shè)計(jì)和施工中來(lái)完成的。新奧法施工的核心是監(jiān)控量測(cè)，隧道施工中的實(shí)時(shí)測(cè)量也是隧道動(dòng)態(tài)施工中信息化的反饋的重點(diǎn)。經(jīng)過(guò)施工工地的監(jiān)控量測(cè)在施工過(guò)程中，迅速的掌握圍巖在開(kāi)挖中的施工動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，提供關(guān)于隧道施工的系統(tǒng)、全面信息以及資料，便于及時(shí)調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，并運(yùn)用對(duì)量測(cè)反饋數(shù)據(jù)的分析、辨別，對(duì)圍巖的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系是否穩(wěn)定進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)報(bào)，通過(guò)制作相關(guān)的施工方案、來(lái)確保施工中隧道圍巖和相應(yīng)支護(hù)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

1.3 隧道動(dòng)態(tài)施工中的監(jiān)控量測(cè)

隧道的監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目分為必測(cè)的和選測(cè)的項(xiàng)目，其中必須要測(cè)的項(xiàng)目要使用水準(zhǔn)儀和掛尺以及抑制計(jì)、萊卡機(jī)器人 (也就是全站儀)等舉行一定的測(cè)量，可是水準(zhǔn)儀和掛尺以及收斂計(jì)因?yàn)樗鼈兊木炔皇呛芨撸谒淼朗┕ぶ?，它們更易受到影響，更?huì)影響它們讀數(shù)的精度，與此同時(shí)，它們得出的數(shù)值需要保存、輸出以及分析，任務(wù)量非常的巨大，實(shí)際工程中比較麻煩。萊卡機(jī)器人 (全站儀)讀數(shù)精度高，操作方便、并且它讀出的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸、分析處理都比較方便，在安全的沒(méi)有敵意的電腦系統(tǒng)總，可以使數(shù)據(jù)的傳輸成為可能，而且可以使用計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)。萊卡機(jī)器人 (全站儀)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)張讓隧道施工的監(jiān)控量測(cè)工作到達(dá)了一個(gè)新的平臺(tái)和高度，而監(jiān)控量測(cè)在隧道施工中的首要任務(wù)就是隨時(shí)隨地監(jiān)控隧道圍巖的變形，對(duì)取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行剖析處理，當(dāng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生異常時(shí)，及時(shí)采取相關(guān)的措施進(jìn)行預(yù)防。而我國(guó)現(xiàn)如今監(jiān)控量測(cè)的工作還相對(duì)比較落后，主要表現(xiàn)在一下幾個(gè)方面:

1 )數(shù)據(jù)收集過(guò)程當(dāng)中人工作用因素和動(dòng)工影響方向點(diǎn)多，測(cè)量誤差大，數(shù)據(jù)真實(shí)性不可以獲得保管，不可以確切反應(yīng)圍巖真實(shí)的情況。

2 )監(jiān)控量測(cè)所使用的儀器比較傳統(tǒng)，信息化比較低，使得所測(cè)得的數(shù)據(jù)不猛如實(shí)反應(yīng)隧道的變形。

3 )數(shù)據(jù)傳輸，信息存儲(chǔ)和信息技術(shù)管理不能滿足施工管理要求，不能及時(shí)指導(dǎo)工程信息化設(shè)計(jì)與施工。

4 )預(yù)警的預(yù)告事情滯后，不可以即時(shí)引導(dǎo)辦理工程的質(zhì)量和安全的問(wèn)題。

作為地下工程，隧道工程本身處于一個(gè)自然的巖體應(yīng)力場(chǎng)中。隧道開(kāi)挖后會(huì)改變巖體原來(lái)的力學(xué)狀態(tài)的平衡，隧道圍巖和它的支護(hù)結(jié)構(gòu)都會(huì)形成一個(gè)新的平衡狀態(tài)。這就決定了隧道開(kāi)挖過(guò)程中的動(dòng)態(tài)性及不確定性，隧道監(jiān)控也就顯得極為重要和必要了。

在隧道動(dòng)態(tài)化施工中，其監(jiān)控量測(cè)的方法以及需要監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目主要包括一下幾點(diǎn):

現(xiàn)場(chǎng)觀察，主要含包隧道圍巖的穩(wěn)定與否以及支護(hù)穩(wěn)定與否，判定圍巖的分級(jí)，及屬于那種圍巖;

變形的測(cè)試，主要包含隧道的圍巖位置是否變化以及變化情況，周?chē)乇沓两岛椭谓Y(jié)構(gòu)是否變化;

隧道應(yīng)力以及應(yīng)變的狀況，主要包含其所處的圍巖的應(yīng)力和應(yīng)變，圍巖和它的支護(hù)之間的作用，以及支護(hù)的變化;

隧道中各項(xiàng)力學(xué)數(shù)據(jù)的檢查，主要包括泊松比、內(nèi)摩擦角等;

隧道中的壓力的測(cè)試，主要包含隧道圍巖應(yīng)力和其滲水的壓力。

隧道動(dòng)態(tài)施工中的監(jiān)控量測(cè)的任務(wù):

(1)為監(jiān)控的設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的信息參考

①能夠充分了解隧道圍巖的力學(xué)形態(tài)及規(guī)律;②能夠充分掌握隧道監(jiān)控量測(cè)的信息;

(2)為隧道的動(dòng)態(tài)施工預(yù)報(bào)可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情

①能夠提前預(yù)測(cè)即將出現(xiàn)的險(xiǎn)情，并提供相關(guān)的措施參考;②出現(xiàn)險(xiǎn)情的時(shí)候，能夠隨時(shí)監(jiān)測(cè)險(xiǎn)情。

(3)為隧道等相關(guān)地下工程的力學(xué)分析提供參考

①理論分析，數(shù)值分析提供了計(jì)算數(shù)據(jù)和比較指數(shù);②為地下工程提供類(lèi)比的參考信息;③為隧道等地下工程施工和設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的參考。

(1)經(jīng)過(guò)對(duì)隧道圍巖和它的支護(hù)進(jìn)行模擬、能夠?qū)λ淼朗┕ず驮O(shè)計(jì)、和施工管理等進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的積累和參考;

(2)經(jīng)過(guò)對(duì)隧道圍巖和支護(hù)隨時(shí)隨地的觀察和監(jiān)測(cè)，并將相關(guān)的數(shù)據(jù)反饋到隧道的動(dòng)態(tài)施工和設(shè)計(jì)中，能夠?qū)λ淼赖氖┕みM(jìn)行知道和設(shè)計(jì)進(jìn)行知道參考;

(3)對(duì)隧道監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析研究，能夠隨時(shí)進(jìn)行施工和設(shè)計(jì)反饋，能偶確保施工的安全進(jìn)行;

(4)對(duì)一個(gè)現(xiàn)成的項(xiàng)目進(jìn)行反饋，對(duì)以后其他相關(guān)的工程項(xiàng)目進(jìn)行指導(dǎo)，量測(cè)和監(jiān)控是相輔相成的，監(jiān)控的程序是先監(jiān)測(cè)、然后分析、最后進(jìn)行反饋。