地鐵勘察中針對影響地鐵圍巖穩(wěn)定性的勘察方法

■常明月 汪敏

（廣東核力工程勘察院廣東廣州510800）

地鐵勘察中針對影響地鐵圍巖穩(wěn)定性的勘察方法

■常明月 汪敏

（廣東核力工程勘察院廣東廣州510800）

城市化建設規(guī)模的不斷擴大，城市人口的急劇增長，使得我國城市交通建設發(fā)展越來越快,地鐵方案在城市交通建設中日益引起重視,不同長度、不同類型的地鐵大量涌現(xiàn),傳統(tǒng)設計施工方法已經不能滿足現(xiàn)實的施工要求,因此,利用數(shù)值計算來進行地鐵設計施工并及時總結和研究地鐵施工和監(jiān)控技術,對經濟地、高質量地建設城市地鐵是十分必要。本文對此進行了簡單的分析。

地鐵 勘察 圍巖 穩(wěn)定性

地鐵隧道圍巖體變形是與多種因素有關的變形，它既有時間效應，又有空間效應，既與隧道所處的位置有關，更與地質、施工方法、量測技術等條件密切相關。對于其穩(wěn)定性的勘察決定著地鐵的安全有序的運行，對我國交通運輸業(yè)的發(fā)展具有十分積極的意義。

1　地鐵隧道圍巖穩(wěn)定性的影響因素

1.1地質因素的影響

隧道圍巖的分級是對隧道開挖后圍巖穩(wěn)定程度的分級和評價。構成圍巖分級的前提是大量的隧道工程實踐，在歸納、統(tǒng)計分析類似地質條件的基礎上，通過定量和定性確定影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素，就得到隧道圍巖的分級。因此，圍巖分級的因素，也就是影響隧道圍巖穩(wěn)性的因素影響坑道圍巖穩(wěn)定性的因素一般認為有兩類，一類是客觀存在的地質因素，另一類是設計和施工因素(或稱為人為因素)。結構狀態(tài)的完整程度或破碎狀態(tài)，在一定程度上是表征巖土體受地質構造運動作用的嚴重程度。因此，在各種分級方法中，都把巖體的破碎程度作為分類的基礎指標。

1.2隧道工程性質的影響

隧道工程性質的影響，根據(jù)以往的研究，可總結為如下幾點：

（1）隧洞斷面的幾何尺寸。洞室跨度、矢跨比、覆跨比、斷面面積及洞室高度等都有影響，其中洞室跨度的影響最大。

（2）支護結構類型。不同支護結構類型的支護承載能力不同，其影響也同。

（3）隧洞施工方法。開挖方式不同，如機械式開挖(盾構法施工)或鉆爆法施工對圍巖的擾動程度不同，全斷面開挖與分部開挖對圍巖的影響也不同，因此施工方法對洞室的穩(wěn)定性影響也較大。

1.3隧道圍巖性質的影響

（1）巖體的結構類型。巖體工程性質的好壞，在很大程度上取決于受到各種地質因素和地質條件影響而形成的各種軟弱結構面(即節(jié)理)和結構面間的填充物以及它們本身的空間分布狀態(tài)，包括結構面的組數(shù)、間距及巖體單位體積中的節(jié)理數(shù)。

（2）地下水。地下水的影響主要是弱化圍巖的工程性質，通過水力的、物理的及化學的作用形式實現(xiàn)，將增加支護結構上的支承壓力，降低圍巖強度，造成圍巖變形及失穩(wěn)破壞。

（3）圍巖巖石的力學強度。強度較高的硬巖其穩(wěn)定性明顯好于軟質巖石。

（4）地應力。原始地應力越大，結構越不穩(wěn)定。

2　地鐵隧道圍巖穩(wěn)定性監(jiān)控量測技術

監(jiān)控量測技術是新奧法施工的核心，也是監(jiān)視圍巖穩(wěn)定性，檢驗設計與施工是否正確合理及安全的重要手段。監(jiān)控設計通常包括兩個階段：初始設計階段和修正設計階段。初始設計階段一般應用工程類比的方法或理論計算方法進行。修正設計則應根據(jù)現(xiàn)場量測所得到的數(shù)據(jù)，進行分析或力學運算而得到最終設計參數(shù)與施工對策。監(jiān)控設計的流程如圖1所示。

圖1　監(jiān)控量測設計流程圖Fig.1MonitoringandMeasurementflowchart

我國隧道的設計，越來越多的采用了復合式襯砌型式。復合式襯砌一般由錨噴支護和模注混凝土襯砌兩部分組成。為了及時掌握施工中圍巖穩(wěn)定程度與支護受力、變形的力學動態(tài)或信息，以判斷設計與施工的安全與經濟，必須將現(xiàn)場監(jiān)控量測項目列入施工組織計劃，并且在施工中認真實施。為使監(jiān)控量測充分發(fā)揮技術經濟效益，要求設計、施工單位編制切實可行的監(jiān)控量測計劃。測點間距和施測頻率按有關規(guī)定和施工條件確定，并應及時反饋到設計、施工中去，以對初期支護，二次襯砌以及施工方法做出修正。

2.1監(jiān)測的項目和測點的布置

2.1.1監(jiān)測的項目

現(xiàn)場監(jiān)控量測技術是一項包括隧道洞內目測觀察、凈空收斂量測、拱頂下沉量測、錨桿拉拔力、錨桿軸向力、噴層應力、鋼拱架應力、圍巖內變位、巖體的物理力學性質測定等測試項目的綜合程序。量測項目根據(jù)其重要程度可分為必測項目(A類量測)、選測項目(B類量測)：

A類量測：A類量測是必須進行的常規(guī)測量，是判斷圍巖穩(wěn)定狀態(tài)、判斷支護結構工作狀態(tài)，指導設計施工的經常性量測，是新奧法監(jiān)測的重點項目。A類量測主要包括隧道洞內目測觀察、洞壁收斂量測、拱頂下沉量測、錨桿抗拉拔力量測等項目。這類量測方法簡單、費用少，但對修改設計、指導施工所起的作用卻非常大。

B類量測：B類量測是對一些具有特殊意義和具有代表性意義的區(qū)段進行的補充量測，是以判斷隧道圍巖松動狀態(tài)、噴錨支護效果和為以后設計積累資料為目的的量測。這類量測主要包括錨桿軸向力、噴層應力、鋼拱架應力、圍巖內部位移、地表下沉、隧道內彈性波速測定、巖體物理力學性質測定等項目。在本論文的隧道施工過程中，根據(jù)隧道工程的地質條件、圍巖類別、跨度、埋深、開挖方法、支護類型等因素，做了如下監(jiān)控量測項目：隧道內目測觀察、洞壁收斂量測、拱頂下沉量測、錨桿抗拉拔力量測、錨桿軸向力、噴層應力、鋼拱架應力、圍巖內部位移、地表下沉等。

2.1.2監(jiān)測點的布置

監(jiān)測點的布置以及監(jiān)控量測的方法如下：拱頂沉降（位移）和周邊位移收斂量測拱頂沉降監(jiān)測點設置：拱頂沉降與周邊位移監(jiān)測點設在同一斷面。拱頂下沉主要用于確認圍巖的穩(wěn)定性。在每個量測斷面的拱頂埋設一自制的倒三角形測樁。埋設前，先用小型鉆機在待測部位成孔，然后將預埋件放入，并用混凝土填塞，待混凝土凝固后即可量測。通過對監(jiān)測點相對于基點位移變化的監(jiān)測，測定施工引起拱頂位移變化。周邊位移測點布置：隧道周邊位移量測是最基本的主要量測項目之一。與拱頂下沉點布置在同一斷面。埋設測點時，先在測點處用人工挖孔或用鑿巖機開挖孔，在孔中填滿水泥砂漿后插入收斂預埋件，盡量使兩預埋件軸線在基線方向上，上好保護帽，待砂漿凝固后即可量測。測點布置如圖2所示。

2.1.3監(jiān)控量測的儀器：精密水準儀，收斂計。

2.1.4監(jiān)控量測的注意事項：

（1）觀測應在儀器檢驗合格后方可進行，且避免在測站和標尺有振動時進行；

（2）盡量選擇在每一天同一時間內進行觀測；

（3）觀測堅持四固定原則，即：施測人員固定，測站位置固定，測量延續(xù)時間固定，施測順序固定。

2.2監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集

當測點布置好后即可通過各種量測儀表進行數(shù)據(jù)的采集工作?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集工作應有兩名專職人員負責，測取的讀數(shù)記錄在預先設計好的原始記錄表中，每個數(shù)據(jù)至少測讀兩次，同時記錄下當時的施工情況，還要量測監(jiān)測斷面距掌子面的距離，及本次量測的具體日期和時間，最后原始記錄表中要有兩名測試人員的簽名。為了滿足分析數(shù)據(jù)的需要，參考規(guī)范中的要求，采集數(shù)據(jù)的頻率如表1所示。

3　結語

綜上所述，地鐵隧道在不同圍巖特征的巖層中通過，其變形是各不相同的，因而必然影響隧道變形及隧道的穩(wěn)定性。這就要求技術人員應該綜合分析各方面的影響因素，采取有效的勘察技術，確保圍巖的穩(wěn)定性，確保地鐵運行的安全性與有序性。

圖2　監(jiān)測斷面測點布置圖Fig.2LayoutofMonitoringsectionsandmeasuringpoints

表格1數(shù)據(jù)采集表格Tab.1Theformofdatacollection

[1]陳光.廢棄人防地道的綜合勘察及圍巖穩(wěn)定性研究 [D].西南交通大學,2004.

[2]雷金山.廣州地鐵隱伏型巖溶地基穩(wěn)定性分析及充填處理技術研究 [D].中南大學,2014.

[3]陳賀.臨近變水位水體地鐵隧道結構及圍巖力學性狀研究 [D].湖南科技大學,2014.

U231+.1[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～485～2