【隧道施工方案】复杂地质条件下大跨度双连拱隧道监控量测技术的运用.pdf
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1、复杂地质条件下大跨度双连拱隧道监控量测技术的运用郑 凯,刘保国(北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044)摘要:围岩变形特性综合反映了开挖引起围岩形态的变化,是判断地下工程稳定状态最直观的依据,因此新奥法的实施贯穿了变形监测和监测资料的反馈分析。结合一定的工程背景,探讨了在复杂地质条件下修建大跨度双连拱隧道中监控量测技术的运用,并总结出一定的经验,供类似工程借鉴。关键词:复杂地质;双连拱隧道;监控量测;反馈分析中图分类号:U456.3文献标识码:BApplication ofMonitoring andMeasurement Technology in Construction ofL
2、arge2spanned double2arched Tunnels under Complex Geological ConditionsZHENG Kai,L I U Bao2guo(Civil Engineering and A rchitecture School,B eijing Jiaotong University,Beijing100044,China)Abstract:The property of the deformations of the surrounding rock mass comprehensively reflects the changes of the
3、rock mass caused by excavation and is the most direct evidence to judge the stability of the underground works.There2fore,monitoring and measurement,aswell as feedback and analysisof themonitoring results,are always conducted dur2ing the complete process of the NAT M construction.On basis of an engi
4、neering case,the article makes discussions onthe application of the monitoring and measurement technology in the construction of large2spanned double-arched tun2nels under complex geological conditions and summarizes some successful experience,which can provide reference forsimilarworks.Key words:co
5、mplex geology;double2arched tunnel;monitoring and measurement;feedback and analysis1 引言公路是国民经济的命脉。近几年伴随经济的蓬勃发展,带来了高速公路迅猛发展,这必然导致大量的公路隧道修建,同时大量的双连拱隧道也不断出现。新奥法隧道施工由于其理论基础的科学性、正确性而被现在隧道施工广泛采用。监控量测正是新奥法施工中的重要组成部分,被不断运用到生产实践中去。新奥法是以岩体力学和铁摩辛柯力学为基础进行隧道设计和施工的新方法,它的指导思想是最大限度地发挥围岩的自承作用,要求修建隧道过程中尽可能保持围岩的原始状态,以
6、喷射混凝土、锚杆为代表的初期支护和量测技术为支柱,把隧道围岩和各种支护结构作为一个共同作用的承载体系,即硬岩隧道采用柔性支护、软岩隧道采用强预支护,控制围岩变形发展。通过监控量测手段,及时掌握围岩和支护结构的变形和应力动态,确保隧道结构设计和施工的信息化,具有极大的适用性和经济性。2 监测断面的布置与实施2.1 工程背景大田隧道是铜黄高速公路中一条双连拱隧道,地处大别山区,属于新安江水系,地址条件比较复杂。隧道全长100m,为双向四车道。单洞净宽9.75m,单洞尽高5.0m,中隔墙厚2.40 m,总开挖断面宽度比较大。隧道地处偏压段,进口端左侧为山体,右侧为悬崖。进口端20m内覆盖层比较薄,下
7、伏薄弱层,围岩类别为 类,属于强风化变粉砂岩,节理发育,地表水向下渗漏比较严重。如何在这种复杂的地质条件下修建双连拱隧道,监控量测作为新奥法隧道施工中的一部分就显得尤为重要了。见图1。2.2 施工方法及步骤在如此复杂的地质条件下,如何保证开挖在安全有效的情况下进行,而且隧道在开挖过程中受力不明确,综合考虑其各方面的因素,采取了管棚超前,分洞分块分台阶开挖的方式进行,并且在开挖第、块的收稿日期:2005-09-30;修回日期:2005-12-07作者简介:郑凯(1981-),男,安徽蚌埠人,在读研究生,专业方向:岩土地下工程。第26卷 第2期2006年4月 隧道建设Tunnel Construc
8、tion 26(2):5356,60Apr.2006图1大田隧道地形图Fig.1Topographic sketch ofDatian tunnel过程前,要分别对中隔墙右、左侧进行回填,以免初期支护架在中隔墙左、右侧的钢拱架受力过大,给中隔墙带来很大的弯矩和剪力,造成中隔墙的弯剪破坏。施工中充分重视监控量测的作用,以监控量测动态指导施工的原则,边开挖边量测,用监控量测的数据有效地指导下一步的施工。开挖顺序如图2。图2隧道开挖顺序图Fig.2Sketch of excavation sequence开挖前,由于隧道进口端上覆坡体较薄,且为残余坡积土,自身稳定较差,施工中采取刷坡处理的方式清除上
9、覆坡体,并形成两级台阶,同时也采取了加固坡体的措施。2.3 监控量测的实施 根据隧道的情况,现场采取以下方法对隧道进行全方面地观测,确保隧道在安全的环境下进行。测试内容主要包括:掌子面观察、水平收敛、拱顶下沉、地表沉降、锚杆内力、钢拱架内力、围岩压力、衬砌内应力,多点位移,中隔墙基底压应力。(1)掌子面观察隧道每开挖一步都要对掌子面进行详细地观察,主要看围岩的岩性变化,掌子面淋水情况,地质构造的变化,节理裂隙的发育情况等,并根据观察情况做出适当的地质超前预报,为下一个工作循环做准备。(2)地表沉降浅埋隧道或隧道的浅埋地段,多为土质或软弱围岩,一般将会产生较大的地表沉降,为了评价围岩的稳定性和支
10、护效果,地表量测显得尤为重要。本工程因进出口属于浅埋地段,故在进出口端设置地表沉降断面。在设置地表沉降测桩时,应考虑到隧道开挖的影响范围,可按下式确定影响范围:D=B+2(H+h)tan(45-/2)式中:D为开挖断面的影响范围宽度;B为开挖断面宽度;H为隧道开挖高度;h为上覆覆盖层厚度;为岩体内摩擦角。地表沉降断面沿隧道横断面布置,在隧道进出口上方,各设置两个断面,每个断面布置810个动点,不动点安装在距隧道150m远以外的山体上,以保证不动点不受隧道施工的干扰。分上下两个断面的目的主要是更好的控制坡体的沉降,以便知道在隧道的开挖过程中是整个坡体在滑移,还是在开挖影响范围内的坡体沉降。(3)
11、水平收敛、拱顶下沉的布设隧道进出口段由于地质情况比较差,类围岩,采取了每隔10m安装一个断面,使水平收敛、拱顶下沉在同一里程,安装时间应该是隧道开挖后马上进行,并及时进行量测,不然数据就会失真,测量也就失去了意义。测试元件安装示意图见图3。图3水平收敛和拱顶下沉断面示意图Fig.3Cross2section of horizontal convergence and crown settle2ment(4)锚杆内力选择比较典型断面安装锚杆,在 类围岩中每个断面布置8根锚杆,锚杆长度为4m,在 类、类围岩中锚杆长度分别为3m和2.5m,布置6根。(5)钢筋计、压力盒、应力计 安装钢筋计、压力盒、
12、应力计断面应选择和锚杆内力同一个断面,以便更好的测试围岩的动态,围岩的应力分布,钢拱架的内力,混凝土的内引力。钢筋计焊接在钢拱架上,应力计绑扎在网片上或钢拱架上。同时压力盒要与围岩密贴,否则就失去作用。安装具体位置为拱顶、两侧拱腰、两侧边墙。锚杆内力及选测断面布置方式见图4。45隧道建设 2006年4月 第26卷图4 选测断面及锚杆内力断面图Fig.4Selected measurement cross2section and internal force ofrock bolt(6)中隔墙基底应力在中隔墙施工过程中,在其底部沿其横断面布置23个大量程的压力盒,来测试初期支护传给中隔墙的压力。
13、(7)多点位移在隧道进出口的坡体上安装45个多点位移计,测试坡体的动态及深层次的位移。3 数据的采集、分析、反馈3.1 数据的采集隧道开挖后应马上布置测试断面,及时量测,确保数据的及时性、有效性、准确性。水平收敛采用收敛计量测,拱顶下沉、地表沉降采用精密水准仪、铟钢尺、钢卷尺量测,选测断面(钢筋计、应力计、压力盒)、测力锚杆采用钢弦式传感器,使用频率计进行量测。量测频率见表1。表1监控量测项目量测频率表Table 1Monitoring items and theirmonitoring frequency项目名称频率115天1530天3060天60天以后水平收敛及拱顶下沉12次/天1次/天1
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