【隧道施工方案】旦架哨隧道监控量测与信息化施工.pdf

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1、 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/文章编号:0451-0712(2002)06-0024-03中图分类号:U 45613文献标识码:B旦架哨隧道监控量测与信息化施工朱乐辉,郑金科,尹雪辉(广东省长大公路工程有限公司广州市510075)摘要:在旦架哨隧道施工中,进行了监控量测,经对量测数据分析处理,得出围岩的位移及应力变化规律,从而正确指导了施工。关键词:旦架哨隧道;量测;变化规律;指导施工1工程简介旦架哨隧道位于广东省佛冈县城南约5 km处,是京珠南高速

2、公路的重要工程之一,为上、下行分离的六车道公路隧道,全长1 520 m。隧道区域地质构造复杂,位于佛冈丰良断裂带的西部,清远高要褶皱的北段,断层节理发育,裂隙水较多。隧道穿越的岩层主要为坡残积土、变质千枚岩和劣质煤层系。整个隧道均为II、III类围岩,其中II类880 m,III类560 m。隧道施工方法,采用注浆小导管或锚杆超前支护,弧形导坑或短台阶法开挖,以工字钢拱架、注浆锚杆、钢筋网、喷射混凝土组成初期支护,二次衬砌为模筑混凝土。2量测的意义与目的(1)认识各种因素对地表和围岩变形的影响,以便有针对性地改进施工工艺和修改施工参数;(2)掌握围岩的应力状态及位移,确定其松弛范围,对围岩的稳

3、定性作综合评价;(3)了解掌握支护结构的应力状态与围岩压力状态和分布,了解支护参数和时间,以确定有利的支护型式;(4)对隧道围岩和衬砌应力异常状态进行及时的预测预报,防止事故发生。3量测方案设计3.1监测项目的确定根据旦架哨隧道的施工需要、施工图设计和有关规范,确定的量测项目见图1所示。图1锚杆轴力、围岩压力型钢应力、衬砌应力量测断面仪器布置(1)必测项目:洞口地表沉降观测、洞内水平收敛量测、拱顶下沉量测;(2)选测项目:锚杆轴力量测、二次衬砌应力量测、围岩应力量测、型钢支撑应力量测。3.2施测部位和测点布置根据隧道的实际情况与施工需要,必测项目在II类围岩段每20 m一个断面,III类围岩段

4、每30 m一个断面;选测项目选择了3个II类围岩段,2个III类围岩段,每个量测段布置3个断面,每2断面间隔58 m。测点布置见图2所示。3.3量测频率的确定测取读数的频率按照规范的要求进行,确保采集数据的可靠性、准确性、科学性,数据采集的频率见表1。4监控量测数据的采集和数据处理由于各种因素,现场量测所得的原始数据具有一定的离散性,必须进行偏差分析、回归分析和归纳整理。收稿日期:2002-03-05公路2002年6月第6期H IGHWA YJun12002No16 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All

5、 rights reserved.http:/表1施工监测数据采集频率序号项目名称方 法 及 工 具量 测 时 间 间 隔115 d16 d1个月13个月3个月以后1地表下沉水平仪、水准尺开挖面距量测断面 2B,12次?d,5B,1次?d2水平收敛收敛计12次?d1次?2 d12次?周13次?月3拱顶下沉水平仪、水准尺12次?d1次?2 d12次?周13次?月4锚杆轴力锚杆测力计12次?d12次?2 d2次?周3次?月5二衬应力压力盒12次?d12次?2 d2次?周3次?月6围岩压力压力盒12次?d12次?2 d2次?周3次?月7型钢应力钢筋计12次?d12次?2 d2次?周3次?月图2水平收

6、敛和拱顶下沉测点布置现以旦架哨隧道II类围岩段YK240+841.6断面的围岩压力为例,对量测数据进行分析处理,量测数据见表2。表2量测数据时间间隔d围岩压力M Pa时间间隔d围岩压力M Pa00400.158 650.045 8500.178 7100.095 2600.193 5150.122 4700.197 3200.129 9800.199 6250.139 5900.203 1300.149 91000.206 6(1)回归分析:从量测数据表的结果,可以找到一条时态曲线并可得到回归曲线见图3所示,初选指数函数U=re-bt和双曲线函数U=t?(a+bt)。令双曲线函数U=t?(a+

7、bt)中的u?t=y,t=x,可得y=a+bx。a=xi(xiyi)-xi2yi(xi)2-nxi2=7213b=(xiyi)-1?nxiyixi2-1?n(xi)2=4153图3YK240+841.6断面围岩压力 t图可得公式U=t?(7213+4153t),同样方法可得指数函数U=0119e-516t。(2)偏差分析。双曲函数。=(u回-ui)2(k-2)=01001 37?(49-2)=01005 4=01005 4?01206 6=216%指数函数。=(u回-ui)2(k-2)=01004 53?(49-2)=01009 8=01009 8?01206 6=417%由偏差分析可以得出,

8、双曲线函数精度比指数函数 精 度 高,选 用 双 曲 线 函 数U=t?(7213+4153t)。由回归曲线U=t?(7213+4153t)可以计算出,当t=时,U=0122M Pa。从数据可看出,开挖后围岩压力前30 d增加较快,以后增加较慢,60 d以后基本稳定,但仍有缓慢增长。当t=60 d时,u=01193 5,达到最终压力的88%,说明围岩已趋于稳定。从量测数据及回归曲线可知旦架哨隧道II类围522002年第6期朱乐辉等:旦架哨隧道监控量测与信息化施工 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All r

9、ights reserved.http:/岩的压力释放较慢,同时也可以看出,采用弧形导坑开挖的II类围岩,围岩的应力释放主要在导坑的开挖、拱脚的施工和仰拱的开挖阶段,见图4所示。图4围岩应力释放与施工步骤示意5量测结果从旦架哨隧道施工监测数据来看,拱顶下沉和水平收敛速度较快,开挖后7 d左右,位移值才达到总位移的80%左右,而且瞬间变形量所占比例大,与工序相关性强,拱顶下沉的最大位移值约为15 mm,水平收敛的最大位移值约为17 mm;围岩压力最终均在012M Pa左右,而且II类比III类围岩应力释放较慢,在同一断面拱顶和拱腰的压力较拱脚大;型钢应力与围岩压力的变化具有一致性,压力多在-25

10、-40 kN之间,拉力多在1530 kN之间,但多为压力;锚杆轴力大多在3050 kN,一般在安装后1个月达到最大,而且锚杆中间部分的受力较两端大,在同一断面拱腰最大,拱顶次之,拱脚最小;二衬压力多在014017 kN之间,从量测数据中可以看出,开始35 d,由于受混凝土自身收缩等因素影响为负值,35 d后才为正值并开始增加。6量测与信息化施工根据位移及应力测试成果,并及时反馈信息,结合现场实际,及时修改和完善设计,从而正确指导施工。通过对测试成果的深入分析,及时提出各工序合理的施工时间和支护类型。在左线北京端刚开始施工二次衬砌时,由于二次衬砌的施工与前方仰拱开挖的距离拉得较近,使二次衬砌受力

11、有很大突变。当监测到这一现象时,对以后的二次衬砌和仰拱开挖保持适当的距离,再未出现类似现象。根据设计图,YK240+480+892段为II类围岩,S2支护。当施工到YK240+480时,根据当时掌子面的围岩情况和前段围岩的量测数据,经业主、总监办、设计方和施工单位现场勘察和分析,决定对YK240+480+490段降低支护类型,采用S3支护,并加强量测。通过对该段围岩的位移及应力测试发现,降低支护类型虽然使位移及应力值较S2支护时大,但仍然满足设计和规范要求,从而指导了YK240+490+548段的施工,将支护类型由S2降低为S3,节约投资170多万元。7结语通过对旦架哨隧道的施工监测及数据分析

12、,对围岩及支护结构的状态有了充分的了解,用科学的态度去掌握隧道的施工,取得了对隧道施工的主动权,保证了旦架哨隧道的施工质量和顺利贯通,对资金的控制也起到了一定的作用。参考文献:1公路隧道施工技术规范(JTJ042-94)12于书翰等.隧道施工.人民交通出版社.3夏才初.地下工程测试理论与监测技术.同济大学出版社.M on itoring of Danjiashao Tunnel andConstruction Guided by InformationZHU Yue-hui,ZH ENG J ing-ke,YI Xue-hui(Guangdong CHANGDA Highway Enginee

13、ring Co.,L td.,Guangzhou 510075,China)Abstract:In the construction of Danjiashao Tunnel,the monitoring is done.Through the measuringdata analyzed and treated,the displacement of surrounding rock and regular of stress change are got,thusthat guides the construction correctly.Key words:Danjiashao Tunnel;monitoring;regular of change;guiding construction62公路 2002年第6期