淺埋隧道大斷面圍巖量測(cè)

淺埋隧道大斷面圍巖量測(cè)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展, 對(duì)交通運(yùn)輸能力的要求越來越高。鐵路建設(shè)以其占地少、運(yùn)量大及長(zhǎng)途運(yùn)輸能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),已成為拉動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的支柱產(chǎn)業(yè)、帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的龍頭。在山嶺、丘陵地區(qū)的鐵路建設(shè)中,隧道方案以能縮短行車?yán)锍?提高線型標(biāo)準(zhǔn)、保障運(yùn)營安全,保護(hù)生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),得到普遍應(yīng)用。隨著隧道工程越來越多，超長(zhǎng)隧洞、超大斷面、超差地質(zhì)條件隧道的應(yīng)用也就越來越廣。但由于地下隧道結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，巖性參數(shù)的不確定性，使得隧道穩(wěn)定性問題更為重要。這就對(duì)隧道施工技術(shù)提出了更高的要求。

在隧道施工過程中采用圍巖量測(cè)監(jiān)控技術(shù),對(duì)圍巖變化情況及支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行量測(cè),及時(shí)提供圍巖穩(wěn)定程度與支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性的安全信息,預(yù)見事故及險(xiǎn)情,作為調(diào)整與修改支護(hù)設(shè)計(jì)的依據(jù),并在復(fù)合式襯砌中,依據(jù)測(cè)量結(jié)果確定二次襯砌施做的時(shí)間,以達(dá)到監(jiān)控隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的變化不超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

在某隧道施工中，由于隧道開挖斷面大,初期支護(hù)后圍巖暴露的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),為此,應(yīng)用了圍巖量測(cè)技術(shù),全過程監(jiān)督圍巖的變形和初期支護(hù)變形的動(dòng)態(tài), 通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析與研究,選擇適宜的支護(hù)措施, 指導(dǎo)合理安排工序,及時(shí)修改支護(hù)參數(shù),確保了工程的安全與質(zhì)量,提高了施工效益并節(jié)約了施工成本。

某特長(zhǎng)大斷面黃土隧道采用新奧法設(shè)計(jì)和施工,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)已列入設(shè)計(jì)文件,并在施工過程實(shí)施。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是判斷圍巖和隧道的穩(wěn)定狀態(tài)、保證施工安全、指導(dǎo)施工順序、進(jìn)行施工管理、提供設(shè)計(jì)信息的重要手段。而隧道圍巖收斂量測(cè)是判斷圍巖動(dòng)態(tài)的最主要的量測(cè)項(xiàng)目, ,其量測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便,對(duì)圍巖動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的效果也很好。

本文通過某隧道施工的實(shí)踐，通過利用圖表對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有很強(qiáng)的可操作性和

工程指導(dǎo)性。監(jiān)控量測(cè)的主要任務(wù)是在施工過程中使用不同的儀器對(duì)圍巖進(jìn)行測(cè)量并對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，研究圍巖的穩(wěn)定性，指導(dǎo)隧道施工。本文旨在為量測(cè)斷面出現(xiàn)的不同的穩(wěn)定情況進(jìn)行原因分析，為隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理提供簡(jiǎn)單快捷、合理可靠的處理方法。

隧道圍巖在開挖前認(rèn)為是均勻的介質(zhì),在隧道開挖后原來的應(yīng)力平衡體系遭到破壞,圍巖為保持穩(wěn)定,重新進(jìn)行應(yīng)力分配,同時(shí)產(chǎn)生圍巖變形,在開挖后,施作初期支護(hù)是柔性的,這樣早期初期支護(hù)的受力并不大,隨著應(yīng)力的進(jìn)一步釋放和初期支護(hù)支撐能力的進(jìn)一步加強(qiáng),則具有足夠支護(hù)強(qiáng)度的支護(hù)體系和圍巖變形壓力,在一定時(shí)間內(nèi)就會(huì)達(dá)到平衡,在平衡點(diǎn)附近圍巖變形總量和變形速率,對(duì)于不同的圍巖和不同的開挖斷面形式一般都有一個(gè)確定的范圍,在平衡點(diǎn)的附近,圍巖作用于支護(hù)體系的壓力最小。

在隧道施工過程中，對(duì)圍巖和支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為噴錨支護(hù)和二次砼襯砌的參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)，把量測(cè)的數(shù)據(jù)經(jīng)整理和分析得到信息及時(shí)反饋到設(shè)計(jì)和施工中，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工方案,施工監(jiān)控量測(cè)應(yīng)根據(jù)隧道工程地質(zhì)條件、圍巖類別、圍巖應(yīng)力分布情況、隧道跨度、埋深、工程性質(zhì)、開挖方法、支護(hù)類型等因素確定。包括收斂量測(cè)和周邊位量測(cè)，收斂量測(cè)是隧道施工監(jiān)控量測(cè)的重要項(xiàng)目，收斂值是最基本的量測(cè)數(shù)據(jù)。周邊位移是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化最直觀的反映。通過周邊位移量測(cè)，可以根據(jù)變形速率判斷圍巖穩(wěn)定程度和二次襯砌施作的合理時(shí)機(jī)，以及指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

2.1圍巖量測(cè)的目的

圍巖變形量測(cè)的目的在于通過變形觀測(cè)和對(duì)變形數(shù)據(jù)的回歸分析來判定達(dá)到這一平衡點(diǎn)的時(shí)間和在平衡點(diǎn)附近的圍巖變形及支撐情況,從而向設(shè)計(jì)和施工反饋信息,以便及時(shí)施作二次襯砌充分利用圍巖的自承能力,在保證安全的前提下采取最經(jīng)濟(jì)的支護(hù)體系。

量測(cè)儀器、原理、內(nèi)容、方法、頻率和時(shí)間

2.2.1量測(cè)儀器

量測(cè)隧道圍巖收斂的儀器多采用收斂計(jì),本次圍巖量測(cè)采用的是JSS30A型系列數(shù)顯收斂計(jì)，該收斂計(jì)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，操作簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，體積小，重量輕，密封性好，適用于量測(cè)圍巖周邊任意方向兩點(diǎn)間的距離微小變化。

2.2.2工作原理

收斂計(jì)是利用機(jī)械傳遞位移的方法，將兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)間的相對(duì)位移轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)顯位移計(jì)的兩次讀數(shù)差。當(dāng)用掛鉤連接兩基準(zhǔn)從而點(diǎn)A、B預(yù)埋件時(shí)，通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺母，改變收斂計(jì)機(jī)體長(zhǎng)度可產(chǎn)生對(duì)鋼尺的恒定張力，保證量測(cè)的準(zhǔn)確性及可比性，機(jī)體長(zhǎng)度的改變量，由數(shù)顯電路測(cè)出。當(dāng)A、B兩點(diǎn)間隨時(shí)間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，在不同時(shí)間內(nèi)所測(cè)讀數(shù)的不同，其差值就是A、B兩點(diǎn)間的相對(duì)位移值。    當(dāng)兩點(diǎn)間的相對(duì)位移值超過數(shù)顯位移計(jì)有效量程時(shí)，可調(diào)整尺孔銷所插尺孔，仍能繼續(xù)用數(shù)顯位移計(jì)讀數(shù)。

    2.2.3量測(cè)內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,本次量測(cè)主要測(cè)凈空水平收斂,為日常施工管理提供有關(guān)數(shù)據(jù)資料。隧道開挖支護(hù)時(shí),及時(shí)埋入量測(cè)件,嚴(yán)格按設(shè)計(jì)測(cè)量斷面間距、測(cè)點(diǎn)布置, 并及時(shí)獲得初始讀數(shù)。

2.2.4量測(cè)方法

使用前準(zhǔn)備

首次使用收斂計(jì)時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行調(diào)零。調(diào)零方法為：①順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母，至轉(zhuǎn)不動(dòng)時(shí)為止，按下開關(guān)鍵顯示屏數(shù)字為0.00，如果數(shù)字不為零時(shí)，按下清零鍵此時(shí)顯示屏數(shù)字會(huì)全部清零，為保證對(duì)零的準(zhǔn)確性，可重復(fù)對(duì)零2～3次。

使用方法

(1)檢查預(yù)埋件測(cè)點(diǎn)有無損壞，槍支并將測(cè)點(diǎn)灰塵擦凈。

(2)用手握住收斂計(jì)主體,拉出尺頭掛鉤放入測(cè)點(diǎn)孔內(nèi)，將收斂計(jì)拉至另一端測(cè)點(diǎn)，并將尺架掛鉤掛職入測(cè)點(diǎn)孔內(nèi)，選擇合適的尺孔，將尺孔銷插入，用尺卡將尺與聯(lián)尺架固定。

(3)調(diào)整調(diào)節(jié)螺母，仔細(xì)觀察，使塑料窗口上的刻線對(duì)在張力窗口內(nèi)標(biāo)尺上中間任意一條白線中，每次都應(yīng)對(duì)在同一白線上。每次測(cè)量時(shí),要求收斂計(jì)所置位置和平行度保持不變。收斂計(jì)達(dá)到一定拉力后,輕輕放開,并稍微給個(gè)振動(dòng)力,看其是否恢復(fù)到原來拉力,若有誤差,需繼續(xù)調(diào)整調(diào)節(jié)螺母,直到拉力達(dá)到預(yù)定值為止。這時(shí),記下鋼尺在聯(lián)尺架端時(shí)的基線長(zhǎng)度和數(shù)顯讀數(shù),相加即得兩點(diǎn)間距離。為提高測(cè)量精度，每條基線應(yīng)重復(fù)測(cè)量三次取平均值。

2.2.5量測(cè)頻率及時(shí)間

凈空變化的測(cè)試頻率,依據(jù)位移速率和測(cè)點(diǎn)距開挖面距離確定,一般按表1選定。即元件埋設(shè)初期測(cè)試頻率為1~2次/d;隨著圍巖漸趨穩(wěn)定,量測(cè)次數(shù)可減少;當(dāng)出現(xiàn)圍巖不穩(wěn)定征兆時(shí),應(yīng)增加量測(cè)次數(shù)。

表1　凈空位移與拱頂下沉量測(cè)頻率

由位移速率決定的量測(cè)頻率和由測(cè)點(diǎn)距開挖面的距離決定的量測(cè)頻率之中,原則上采用兩次頻率之中較高者。當(dāng)位移趨向一定值時(shí),亦可不采用表1的數(shù)值。

2.3現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)斷面布置及質(zhì)量要求

2.3.1現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)斷面布置

在隧道正洞每個(gè)量測(cè)斷面布置2條凈空水平收斂量測(cè)線,

測(cè)點(diǎn)布置示意圖

�、诹繙y(cè)斷面間距應(yīng)根據(jù)《鐵道部120號(hào)文》要求, ,確定各級(jí)圍巖量測(cè)斷面的間距為:Ⅵ級(jí)圍巖地段5m;Ⅴ級(jí)圍巖地段10 m。

2.3.1現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)質(zhì)量要求

①快速設(shè)點(diǎn)。隧道開挖后,為盡早獲得圍巖開挖后初始階段的變形動(dòng)態(tài),盡快埋設(shè)測(cè)點(diǎn),    

②測(cè)點(diǎn)應(yīng)牢固可靠,易于識(shí)別并妥善保護(hù)。

③一次量測(cè)的時(shí)間盡可能短。

④量測(cè)儀器要有足夠的精度。

(1)噴錨支護(hù)施作2 h后即埋設(shè)測(cè)點(diǎn),進(jìn)行第一次量測(cè)數(shù)據(jù)采集，初始讀數(shù)應(yīng)在開挖后12 h讀取,最遲不得超過24 h,而且在下一循環(huán)開挖前,必須完成初期變形值的讀取。。

(2)測(cè)試前檢查儀表設(shè)備是否完好,如發(fā)現(xiàn)故障應(yīng)及時(shí)修理或更換;確認(rèn)測(cè)點(diǎn)是否松動(dòng)或人為損壞,只有測(cè)點(diǎn)狀態(tài)良好時(shí)方可進(jìn)行測(cè)試工作。

(3)測(cè)試中按各項(xiàng)量測(cè)操作規(guī)程安裝好儀器儀表,每測(cè)點(diǎn)一般測(cè)讀3次。3次讀數(shù)相差不大時(shí),取算術(shù)平均值作為觀測(cè)值,若讀數(shù)相差過大則應(yīng)檢查儀器儀表安裝是否正確、測(cè)點(diǎn)是否松動(dòng),當(dāng)確認(rèn)無誤后再按前述監(jiān)控量測(cè)要求進(jìn)行復(fù)測(cè)。每次測(cè)試都要認(rèn)真做好原始數(shù)據(jù)記錄,并記錄掘進(jìn)里程、支護(hù)施工情況以及環(huán)境溫度等,保持原始記錄的準(zhǔn)確性。量測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行粗略計(jì)算,若發(fā)現(xiàn)變位較大時(shí),應(yīng)及時(shí)通知現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人,以便采取相應(yīng)的處理措施。

(4)測(cè)試完畢后檢查儀器、儀表,做好養(yǎng)護(hù)、保管工作;及時(shí)進(jìn)行資料整理,監(jiān)控量測(cè)資料必須認(rèn)真整理和審核。

2.3　圍巖監(jiān)控量測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案

(1)圍巖監(jiān)控量測(cè)的依據(jù)

《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則》(TBJ108 92)。

(2)監(jiān)控量測(cè)的作業(yè)流程(圖1)

圖1　監(jiān)控量測(cè)作業(yè)流程

2.4　監(jiān)控量測(cè)資料的整理及反饋

根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)繪制:①位移及位移速度隨時(shí)間的變化曲線;②位移及位移速度與開挖工作面距離的曲線。依據(jù)變形管理等級(jí)

(表3　變形管理等級(jí))指導(dǎo)施工。

(2)觀察和量測(cè)發(fā)現(xiàn)異常時(shí),應(yīng)及時(shí)修改支護(hù)參數(shù)。一般正常狀態(tài)必須同時(shí)滿足以下條件:①噴射混凝土表面無裂縫或有少量微裂縫;②位移速度在最初1~2 d允許有加速外,應(yīng)迅速減少。

(3)位移很快達(dá)到穩(wěn)定,且圍巖狀況比預(yù)計(jì)要好,應(yīng)適當(dāng)減弱設(shè)計(jì)參數(shù)。

(4)雙線隧道的二次襯砌施作時(shí)間滿足《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則》第3.6.5條有關(guān)規(guī)定。

4　監(jiān)控量測(cè)實(shí)施情況分析

4.2　量測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,本隧道以Ⅳ~Ⅵ級(jí)圍巖為量測(cè)重點(diǎn)。針對(duì)Ⅳ~Ⅵ級(jí)圍巖的量測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析,并選擇Ⅳ級(jí)圍巖DK106+546為例,繪制相關(guān)曲線(圖3~圖5)。

圍巖位移是隧道開挖過程中所引起的圍巖力學(xué)變化最直接的體現(xiàn),支護(hù)系統(tǒng)的破壞或圍巖的坍落都是位移發(fā)展超過某一限度的結(jié)果。在現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)中,位移量以及時(shí)間效應(yīng)是指導(dǎo)施工、評(píng)定圍巖穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。

(1)量測(cè)曲線

無論是隧道圍巖位移和時(shí)間曲線,還是隧道周邊收斂位移和開挖面距離曲線,位移的變化特性大致相同。在量測(cè)斷面開挖過后10 d內(nèi),即距開挖面距離30m內(nèi),圍巖發(fā)生急劇變形,其變形量占圍巖總變形量的50%以上,之后逐漸減小,30 d以后圍巖變形基本趨于穩(wěn)定,隧道周邊位移速率平均值約為0.1 mm/d,在這個(gè)速率下,允許作二次支護(hù)。

(2)圍巖穩(wěn)定程度的3個(gè)階段

①急劇變形階段。該階段收斂位移速率>1.0mm/d。對(duì)于Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍巖,該階段平均歷時(shí)(指開挖以后的時(shí)間)為15 d左右,最長(zhǎng)30 d;Ⅳ級(jí)圍巖10 d,最長(zhǎng)15 d,但位移速率相對(duì)較小;而Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖則無此階段。

②緩慢增長(zhǎng)階段。該階段收斂位移速率0.2~1.0 mm/d,對(duì)于Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍巖,到達(dá)該階段的平均歷時(shí)為40 d,最長(zhǎng)65 d;Ⅳ級(jí)圍巖為15 d。Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖則無此階段。

③基本穩(wěn)定階段。當(dāng)收斂位移速率<0.2 mm/d時(shí),可以認(rèn)定進(jìn)入基本穩(wěn)定階段。Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍巖,到達(dá)該階段平均歷時(shí)50 d以上;Ⅳ級(jí)圍巖平均為18 d以上;對(duì)于Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖,一般開挖后就基本穩(wěn)定,地質(zhì)較破碎,節(jié)理發(fā)育的局部需施作掛網(wǎng)噴射混凝土。二次支護(hù)(襯砌)應(yīng)在達(dá)到基本穩(wěn)定狀態(tài)即圍巖位移量已達(dá)總位移量的90%以上時(shí)再施作。

(3)洞內(nèi)狀況觀察

每次開挖后,由值班技術(shù)干部對(duì)開挖工作面進(jìn)行觀察,并繪制地質(zhì)素描圖。對(duì)與設(shè)計(jì)不符的及時(shí)上報(bào)核實(shí)后,由設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工三方現(xiàn)場(chǎng)會(huì)勘后,對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

(4)以監(jiān)控質(zhì)量為目的的量測(cè)

截止2002年5月,共作錨桿拉拔實(shí)驗(yàn)372組,抗拉拔力平均為132.3 kN,達(dá)設(shè)計(jì)的102.6%;共作噴射混凝土試件981組,28 d抗壓強(qiáng)度平均為21.7 MPa,達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的121%;噴射混凝土厚度滿足設(shè)計(jì)要求,Ⅰ~Ⅳ級(jí)圍巖混凝土表面僅局部有小量微裂縫,Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍巖及斷層帶段局部變形較大并出現(xiàn)裂紋,及時(shí)采取了加密錨桿或錨管加固圍巖和二次掛網(wǎng)補(bǔ)噴混凝土等施工措施,直至達(dá)到圍巖穩(wěn)定。

綜上所述,東秦嶺特長(zhǎng)隧道設(shè)計(jì)選取的支護(hù)參數(shù)合理可靠,施工中針對(duì)不同地質(zhì)情況采取的施工方案切實(shí)可行,已施作的初期支護(hù)作用和效果明顯,根據(jù)監(jiān)控量測(cè)的結(jié)果選取二次襯砌的時(shí)機(jī)適當(dāng),符合隧道新奧法施工原理。

5　結(jié)語

圍巖監(jiān)控量測(cè)技術(shù)在隧道施工特別是長(zhǎng)大隧道中的應(yīng)用是極其重要的,是指導(dǎo)施工方案、檢驗(yàn)和修正隧道設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。特別是在軟巖隧道施工中,為防止隧道塌方,保證施工安全,提供直觀的依據(jù),對(duì)隧道運(yùn)營后的通車安全也有著長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

 

 

4量測(cè)數(shù)據(jù)分析和信息反饋將量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,目前,國內(nèi)主要選用以下3種非線性曲線函數(shù)中精度最高者進(jìn)行回歸分析,觀測(cè)數(shù)據(jù)不宜少于25個(gè)。

對(duì)數(shù)函數(shù):u=A+B/lg(1+t)

指數(shù)函數(shù):u=A(1-eBT)

雙曲函數(shù):u=t(/A+Bt)

式中:u為位移值;A為隧道凈高;B為隧道凈寬;t為監(jiān)測(cè)時(shí)間。

回歸結(jié)果表明:對(duì)數(shù)函數(shù)用于初期支護(hù)變形可取得較高的回歸精度;初支基本穩(wěn)定后因?qū)��?shù)函數(shù)為發(fā)散型函數(shù),與實(shí)測(cè)值有較大偏差,而此時(shí)采用指數(shù)函數(shù)可獲得較滿意的結(jié)果;雙曲函數(shù)則可預(yù)計(jì)最終位移值U∞=1/B。位移特征曲線見圖2。

4　數(shù)據(jù)處理工程實(shí)例

4. 1　數(shù)據(jù)回歸分析

4. 2　根據(jù)最終變位量修改開挖斷面尺寸

4. 3　根據(jù)圍巖收斂位移速率預(yù)報(bào)險(xiǎn)情

4. 4　根據(jù)圍巖收斂速率確定2次襯砌構(gòu)筑時(shí)機(jī)

4. 5　結(jié)果統(tǒng)計(jì)

　　通渝隧道新奧法監(jiān)控量測(cè)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與數(shù)據(jù)回歸

分析后可得出如下結(jié)論:

圍巖收斂位移量測(cè)能較好地跟蹤監(jiān)測(cè)隧道圍巖變形過程,2條測(cè)線———1條垂直線、1條水平線能直觀地反映隧道主要部位變形的特征。2)對(duì)同一類測(cè)線,Ⅱ類圍巖的變形量最大,Ⅲ類圍巖次之,Ⅳ類圍巖的變形量最小,表明了圍巖類別越低,變形量相對(duì)較大的規(guī)律。3)隧道圍巖的位移收斂變形呈現(xiàn)一定規(guī)律,而Ⅱ、Ⅳ類圍巖的變形符合負(fù)指數(shù)函數(shù)方程,而Ⅲ類圍巖的變形則符合雙曲線函數(shù)方程。4)隧道圍巖收斂一般經(jīng)過3個(gè)階段,第1階段為急劇變形期,第2階段為緩慢變形期,第3階段為基本穩(wěn)定期,通過對(duì)通渝隧道監(jiān)控量測(cè)所得原始資料進(jìn)行處理,經(jīng)回歸分析統(tǒng)計(jì)后,得到各類圍巖變形3個(gè)階段的時(shí)間取值范圍如表2所列,說明通渝隧道量測(cè)時(shí)間以40~50 d為宜。

5　結(jié)　論

隧道圍巖收斂位移量測(cè)是監(jiān)控量測(cè)的重要項(xiàng)目,其可以明顯的體現(xiàn)圍巖變形情況,也是判斷圍巖動(dòng)態(tài)的最重要的量測(cè)項(xiàng)目。圍巖收斂的位移數(shù)據(jù)通過回歸分析可以預(yù)測(cè)最終變形量是否超出容許變形量的范圍而影響隧道的凈空尺寸,又可以判斷圍巖是否出現(xiàn)失穩(wěn)狀態(tài),以便采取相應(yīng)的措施保證隧道斷面輪廓和圍巖的穩(wěn)定。在通渝隧道的施工中,監(jiān)控量測(cè)工作始終與施工進(jìn)度相配合,通過量測(cè)及時(shí)預(yù)報(bào)了個(gè)別圍巖失穩(wěn)的趨勢(shì),為確定2次襯砌施工時(shí)機(jī)提供了可靠的科學(xué)依據(jù),為安全施工提供了有利的保障。

 

4量測(cè)的數(shù)據(jù)處理

根據(jù)量測(cè)資料編制Excel程序可繪制位移量、位移速度隨時(shí)間變化的曲線、位移量與開挖面距離關(guān)系曲線，找出位移-時(shí)間回歸分析,以確定圍巖位移的穩(wěn)定性特征。如果圍巖變化逐漸趨于穩(wěn)定，沒有異常變化,可進(jìn)行二次襯砌施工；如位移變化異常,則需采取措施防范事故發(fā)生。當(dāng)周邊收斂速度為0.1-0.2mm/d,拱頂下沉速度為0.1mm/d以下時(shí),則我們認(rèn)為圍巖已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定,可進(jìn)行下道工序施工。

5結(jié)束語

3.1　周邊收斂

在桃墅嶺隧道典型地段布設(shè)了12個(gè)周邊收斂監(jiān)測(cè)斷面,其中III級(jí)圍巖布設(shè)了8個(gè)斷面,IV級(jí)圍巖布設(shè)了個(gè)2斷面,V級(jí)圍巖布設(shè)了個(gè)2斷面。通過對(duì)周邊收斂數(shù)據(jù)分析、整理后可知: III級(jí)圍巖收斂變形的累計(jì)最大值為-0.86~-2.46mm,最大日收斂量-0.64~0.99mm/d;IV級(jí)圍巖收斂變形的累計(jì)最大值為-2.17~-3.00mm,最大日收斂量-0.85~-1.50mm/d;V級(jí)圍巖收斂變形的累計(jì)最大值為3. 93 ~ - 5. 68mm,最大日收斂量-1.50mm/d;圍巖收斂變形的累計(jì)最大值以水平測(cè)線為主。

3.2　拱頂下沉

在桃墅嶺隧道典型地段布設(shè)12個(gè)拱頂下沉監(jiān)測(cè)斷面,III級(jí)圍巖布設(shè)了個(gè)8斷面,IV級(jí)圍巖布設(shè)了個(gè)2斷面,V級(jí)圍巖布設(shè)了個(gè)2斷面。通過對(duì)拱頂下沉數(shù)據(jù)分析、整理后可知: III級(jí)圍巖拱頂下沉的累計(jì)最大值為2.00~3.70mm,最大日拱頂下沉量0.60~-1.90mm/d;IV級(jí)圍巖拱頂下沉的累計(jì)最大值為2. 40 ~ 2. 80mm,最大日拱頂下沉量-1.80~-1.90mm/;V級(jí)圍巖拱頂下沉的累計(jì)最大值為3. 70 ~ - 5. 30mm,最大日拱頂下沉量-1.00~-1.30mm/d;圍巖拱頂下沉的累計(jì)最大值以中測(cè)點(diǎn)為主。

4　回歸分析

通常對(duì)量測(cè)資料進(jìn)行非線性回歸分析�；貧w分析是處理測(cè)讀數(shù)據(jù),最終繪制典型曲線的一種較好的方法�；貧w分析是對(duì)一系列具有內(nèi)在規(guī)律的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,通過處理和計(jì)算得到兩個(gè)變量間的函數(shù)式關(guān)系。用這個(gè)函數(shù)式作出的曲線代表測(cè)試數(shù)據(jù)的散點(diǎn)分布,并能推算出因變量的極限值。采用回歸分析時(shí),根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)散點(diǎn)分布規(guī)律,可選用下列之一函數(shù)式關(guān)系函數(shù)。

(1)對(duì)數(shù)函數(shù),例如:

u=a·ln(1+t)　或　u=a+b/ln(1+t)

(2)指數(shù)函數(shù),例如:

u=ae-b/t　或　u=a(1- e-bt)

(3)雙曲線函數(shù),例如:

u=t/(a+bt)　或　u=a[1-1/(a+bt)2]

本次采用雙曲線函數(shù)對(duì)拱頂下沉和周邊收斂的量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析。根據(jù)分析的結(jié)果及時(shí)進(jìn)行信息反饋以及預(yù)測(cè)圍巖的穩(wěn)定性,為二次施作提供依據(jù)。根據(jù)桃墅嶺隧道周邊收斂與時(shí)間關(guān)系曲線、拱頂下沉與時(shí)間關(guān)系曲線的形態(tài),選取了6個(gè)典型斷面的周邊收斂和拱頂下沉進(jìn)行回歸分析。其中YK0+580周邊收斂的回歸曲線(回歸分析的極限值4.38mm,相關(guān)系數(shù)0.9968)見圖3,拱頂下沉曲線(回歸分析的極限值2.735mm,相關(guān)系數(shù)0.9852)見圖4。

3.1數(shù)據(jù)計(jì)算

(1)收斂值及收斂速度的計(jì)算:收斂值

3.3數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用

根據(jù)各點(diǎn)的累計(jì)位移及變形曲線,分析位移情況,當(dāng)位移曲線發(fā)生突變或變形速率增大時(shí),應(yīng)密切注意圍巖的穩(wěn)定情況,提早做好加強(qiáng)準(zhǔn)備,防止出現(xiàn)意外,當(dāng)變形累計(jì)量已達(dá)允許收斂量的70%或接近,且收斂速度無明顯下降時(shí),應(yīng)立即采取措施,加強(qiáng)初期支護(hù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)收斂速度明顯下降,收斂速度小于0.2mm/d,且收斂量已達(dá)總收斂量的80%時(shí),可以安排進(jìn)行二次襯砌。對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的同時(shí),還要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的觀察情況進(jìn)行綜合分析判斷,要根據(jù)隧道施工的總體安排,決定對(duì)圍巖進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)或確定施做二次襯砌。

4對(duì)圍巖量測(cè)技術(shù)中問題的認(rèn)識(shí)

圍巖量測(cè)技術(shù)是新奧法施工中判定圍巖穩(wěn)定的有效手段,充分利用圍巖量測(cè)技術(shù),可以有效地防止塌方,保證支護(hù)穩(wěn)定和施工安全。開挖支護(hù)后,圍巖穩(wěn)定與否,支護(hù)強(qiáng)度是否足夠,變形何時(shí)穩(wěn)定,都只有靠圍巖量測(cè)這一手段來判定,這是有理論依據(jù)的。

經(jīng)過實(shí)踐和實(shí)際觀測(cè),我們發(fā)現(xiàn),Ⅱ-Ⅲ級(jí)圍巖在開挖后,圍巖非常穩(wěn)定,變形很小,穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng),在實(shí)際施工中可減少或取消對(duì)圍巖的變形觀測(cè)。

對(duì)于較差的Ⅳ-Ⅴ級(jí)圍巖地段,圍巖量測(cè)是十分必要的。地質(zhì)條件差,不可預(yù)見因素很多,突發(fā)事件—如塌方發(fā)生的可能性較大,在圍巖量測(cè)中常會(huì)出現(xiàn)變形過大及變形不止的現(xiàn)象,在這種情況下,應(yīng)堅(jiān)持早襯砌的原則,確保施工安全,防止塌方發(fā)生,而不能機(jī)械地按照新奧法施工要求,在圍巖變形“明顯下降,收斂量達(dá)總收斂量80-90%,收斂速度<0.2mm/d”時(shí)施做二次襯砌。

(2)由于圍巖軟弱和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不均勻性,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部變形現(xiàn)象,這時(shí)僅靠圍巖量測(cè)儀是不夠的,為全面反映圍巖的變

形情況,還要靠現(xiàn)場(chǎng)觀察和借助水平儀觀

測(cè)等手續(xù)。

我們總會(huì)遇到一個(gè)問題:何種支護(hù)體系既滿足施工的要求,而且又很經(jīng)濟(jì)。對(duì)于這個(gè)問題,通過隧道新奧法施工,我們認(rèn)為對(duì)于不同的圍巖一般按每?jī)擅滓粋�(gè)斷面觀測(cè)拱頂下沉,每10m進(jìn)行一次三點(diǎn)收斂量測(cè)的觀測(cè)形式是滿足施工要求的。但如此形成的支護(hù)體系,也不是絕對(duì)安全的,在初期支護(hù)完成之后,仍可能出現(xiàn)較大的變形,于是就產(chǎn)生了:當(dāng)既定的支護(hù)體系不足以有效的控制圍巖變形逐步增大時(shí), 如何采取補(bǔ)助措施。為了避免它的出現(xiàn),一

是做好預(yù)防,二是采取加強(qiáng)支護(hù)措施。

5結(jié)語

總之,通過該隧道圍巖量測(cè)實(shí)踐,我們對(duì)圍巖量測(cè)技術(shù)有了更加深刻的認(rèn)識(shí),對(duì)于圍巖量測(cè)技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用積累了一些經(jīng)驗(yàn),我們認(rèn)為利用圍巖量測(cè)技術(shù)指導(dǎo)隧道施工是科學(xué)的、是切實(shí)可行的、是經(jīng)濟(jì)合理的;圍巖量測(cè)技術(shù)在隧道施工中具有不可替代的指導(dǎo)作用。

3.1　周邊位移相對(duì)值分析

周邊位移相對(duì)值是指兩測(cè)點(diǎn)間實(shí)測(cè)位移累計(jì)值(或用回歸分析推算的最終位移值)與兩測(cè)點(diǎn)間距離之比,或拱頂實(shí)測(cè)位移值與隧道寬度之比。如例1中水平收斂?jī)蓽y(cè)點(diǎn)間間距L=6 637.74 mm,水平收斂位移終值u=7.592 mm,則周邊位移相對(duì)值為:u/L=7.592/6 637.74=0.11%,此值應(yīng)小于隧道周邊允許位移相對(duì)值,如果測(cè)得的周邊位移相對(duì)值超過允許位移相對(duì)值,說明初期支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)偏小,應(yīng)增加噴層厚度,或增加錨桿數(shù)量和長(zhǎng)度加強(qiáng)支護(hù)。如果測(cè)得的周邊位移相對(duì)值遠(yuǎn)小于允許位移相對(duì)值時(shí),可降低其他地段初期支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.2　圍巖收斂基本穩(wěn)定的判斷

GB 50086-2001錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范規(guī)定,圍巖達(dá)到基本穩(wěn)定的條件是:1)隧洞周邊水平收斂速度小于0.2 mm/d;拱頂或底板垂直位移速度小于0.1 mm/d;2)隧洞周邊水平收斂速度以及拱頂及底板垂直位移速度明顯下降;3)隧洞位移相對(duì)值已達(dá)到總相對(duì)位移量的90%以上。條件1)中位移速度是指至少7 d觀測(cè)的平均值,其值可由量測(cè)記錄表中直接得到;條件2)位移速度明顯下降,可由時(shí)間—位移曲線直觀看出,或由回歸方程的二階導(dǎo)數(shù)d2udt2<0說明變形速率不斷下降,位移趨于穩(wěn)定;d2udt2=0說明變形速率保持不變,發(fā)出警告,及時(shí)加強(qiáng)支護(hù);d2udt2>0說明變形速率加快,已進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài),需立即停工,采取有效措施進(jìn)行加固。

通過以上步驟的工作,可以完成對(duì)監(jiān)控觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析(包括:繪制收斂—時(shí)間曲線、回歸分析、量測(cè)成果的分析),分析步驟程序化,操作簡(jiǎn)單,不須利用第三方軟件,在Excel內(nèi)可較好地完成監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的分析工作,可避免繁瑣的手工計(jì)算,可使監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析更準(zhǔn)確、更快捷、更及時(shí)、更方便觀測(cè)數(shù)據(jù)的管理,為隧道施工及時(shí)提供反饋及預(yù)測(cè)信息。

4.1通過時(shí)間位移曲線判定

平緩型曲線：一般是圍巖較好，施工工藝合理的地段，量測(cè)時(shí)受到外界的影響較小。

突變型曲線：當(dāng)時(shí)間-位移曲線出現(xiàn)突變時(shí)，要判斷突變點(diǎn)引起的原因，若是由于量測(cè)的或計(jì)算的失誤、水準(zhǔn)點(diǎn)或測(cè)點(diǎn)的松動(dòng)等，應(yīng)盡量在修正后繼續(xù)量測(cè)，根據(jù)量測(cè)的結(jié)果判定其穩(wěn)定性；若是由于圍巖的變形引起的突變，就要加強(qiáng)對(duì)量測(cè)斷面的量測(cè)，關(guān)注量測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)的變化趨式，突變后累計(jì)位移變形量較小，位移速度變小趨于穩(wěn)定，則可認(rèn)為圍巖基本穩(wěn)定，但由于突降暴雨，爆破的原因使圍巖位移加速變化，圍巖失穩(wěn)，則應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，避免坍方。

S型曲線：在量測(cè)初期，圍巖位移變化正常，但由于下雨，使圍巖自重加大，粘結(jié)力變小，致使位移速度加大，經(jīng)過一段時(shí)間后圍巖會(huì)基本穩(wěn)定；如果下雨時(shí)間持續(xù)過長(zhǎng)或者爆破的原因而使圍巖受到較大擾動(dòng)，支護(hù)承受不起圍巖的壓力，可能出現(xiàn)坍方，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。

特殊型曲線：基本上出現(xiàn)在隧道受偏壓地段，拱頂測(cè)點(diǎn)不下沉反而上升。一般是由于特殊地質(zhì)情況或施工因素造成，當(dāng)拱頂超挖懸空，而兩側(cè)圍巖很大的擠壓，拱頂就可能上升。若以后監(jiān)控量測(cè)圍巖曲線平緩，且變化速率趨于穩(wěn)定，則說明圍巖基本穩(wěn)定。若上升的速度過快，位移過大，判斷圍巖不穩(wěn)定，此種情況要加強(qiáng)支護(hù)。

4.2用數(shù)學(xué)方法對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回分析結(jié)果進(jìn)行判定

位移量測(cè)是監(jiān)控量測(cè)中的重點(diǎn)，也是最能反映圍巖的變形及受力狀態(tài)，本文只以位移量測(cè)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，在監(jiān)控量測(cè)的過程中，盡量排除不利因素的影響，例如量測(cè)掛鉤上有噴射砼，水準(zhǔn)點(diǎn)（或基點(diǎn)）和量測(cè)掛鉤受到機(jī)械或其它因素的擾動(dòng)，以確保數(shù)據(jù)的可靠性，通過整理好的數(shù)據(jù)，繪制位移-時(shí)間、位移-距離、速度-時(shí)間關(guān)系曲線圖，同時(shí)對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析判定。預(yù)測(cè)累計(jì)位移量，確定圍巖的狀況。龍泉下堡嶺隧道工程自開挖以來，巖面封閉及時(shí)，支護(hù)有效，沒有發(fā)生較大的塌方事故。以K27+180斷面圍巖周邊位移監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)處理分析為例說明（拱頂下沉和周邊位移數(shù)據(jù)處理分析方法相同）。

5.1數(shù)據(jù)回歸分析

5.2曲線分析

利用時(shí)間、開挖距離、收斂速度和收斂值繪制出位移-時(shí)間、位移-距離和時(shí)間-速度曲線，從曲線圖可以看出圍巖收斂由顯著變形-緩慢變形-基本穩(wěn)定。

在對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析時(shí)，通過對(duì)指數(shù)、對(duì)數(shù)和雙曲線函數(shù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理和分析結(jié)果的比較，采用精度較高的函數(shù)分析，使分析方法更科學(xué)、更合理；通過正確、合理地對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的處理和分析,能夠確保隧道順利開挖、支護(hù)和二次襯砌。同時(shí)也能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間效益。