孙迪
摘要:指出了监控量测是隧道新奥法施工的重要组成部分,可以及时掌握隧道施工在不同工况下围岩和支护的动态信息,并及时对围岩稳定性作出评价,为调整、修改设计和施工方法等提供科学依据,进而指导施工,保证施工安全顺利地进行。以泉州东海隧道工程为实例,探讨了监控量测在隧道新奥法施工中的应用,为今后类似工程或工法本身的发展提供借鉴,并为隧道运营后的养护与维修提供可靠的原始数据。
关键词:隧道;新奥法;监控量测
中图分类号:TU201文献标识码:A文章编号:1674—9944(2014)09—0257—03
1引言
新奥法是一种现代先进设计与施工一体化方法。如果锚喷结构是按照规定程序进行设计与施工一体化的,才能认为符合新奥法[1~3]。与传统矿山法施工采取的基本原则:“少扰动、早支撑、慎撤换、快衬砌”不同的是,新奥法的十二字的基本原则是:“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”[4~6]。
监控量测工作是隧道新奥法施工的眼睛,不但可以为隧道的动态设计和信息化施工提供依据,指导施工实际并确保施工的安全,还可为隧道设计理论的发展积累经验,为今后的设计提供类比依据等[7~9],因而具有重要的实际意义。
2工程概况
泉州东海隧道左线全长2170m(里程桩号ZK1+430.0-ZK3+600.0),右线全长2157m(里程桩号YK1+414.0-YK3+571.0)。隧址区属低山丘陵地貌,隧道沿线地势起伏较大,水文和地质条件变化大、穿越城区环境复杂。其中,隧道进出洞口主要为坡残积土及强风化、中风化花岗岩,岩体极破碎-破碎,围岩级别为Ⅳ-Ⅴ级。
在ZK1+900-ZK2+000处隧道从赤山水库大坝下游约20~70m处穿越,隧洞顶顶板道设计标高2333m~2363m,围岩主要为中、微风化花岗岩。在(ZK1+820-ZK1+840m、ZK1+870-ZK2+020m、YK1+820-YK1+980m、ZK3+040-3+070m及YK3+035-YK3+065m)由于受F1、F2断裂构造及隧道顶板距地面厚度约6m的浅埋段的影响,隧道围岩级别会相应降低,地下水可能较为丰富,岩体的物理力学性能相对较差,围岩级别为Ⅳ-Ⅴ级。
隧道洞身围岩主要为微风化花岗岩,局部地段为微风化辉长岩等,属较硬岩-坚硬岩,岩体较完整-完整,节理裂隙发育较差-差,地下水主要是赋存于覆盖层、风化岩孔隙中及基岩裂隙中的潜水,由大气降水及侧向同一含水层的补给,水文地质条件简单,隧道洞身围岩级别为Ⅲ-Ⅳ级。在ZK2+200-ZK3+100m处隧道从桃花山中穿越,地表为宝珊花园别墅区,该地段地下及地上均有通讯、电力等设施,特别是局部地段地下埋设有大口径的污水、雨水管等。
在ZK3+120~ZK3+600m隧道出口段处于全风化-微风化岩体中,岩石风化较剧烈,岩体完整性一般-差,岩石较破碎-完整,地下水主要是赋存于覆盖层、风化岩孔隙中及基岩裂隙中的潜水,由大气降水补给,水文地质条件简单,围岩属Ⅳ-Ⅴ级。该段地表为厂区及宝秀小区二期,其中厂区为2~5层厂房及办公楼、宿舍楼、厂房及办公楼均采用桩基础,埋深约10~20m;宝秀小区,楼高30~40m左右,属高层建筑,采用桩基础,埋深约20~30m,持力层为中-微风化花岗岩,施工条件较复杂。泉州东海隧道右线地质纵断面图如图1所示。
3监控量测项目及实施方案
根据设计文件要求,及结合以往工程中总结的监测经验,在本隧道中进行如下监测项目:①洞内外观测;②周边收敛量测;③拱顶沉降监测;④地表沉降监测;⑤围岩体内位移监测;⑥锚杆轴力监测;⑦模铸二次衬砌应力监测;⑧钢支撑内力监测;⑨围岩与初期支护间的压力监测;⑩房屋基础沉降监测;爆破振动监测。
鉴于文章篇幅所限及某些项目为选测项目,故不能对本工程所有监测项目一一进行介绍和阐述,本文仅对①~④、⑩、项监测项目简要阐述如下。
3.1洞内外观测
观察内容主要包括:①开挖后未支护的围岩情况;②开挖后已支护段的支护情况;③洞外情况观察。
观察目的主要包括:①预测开挖面前方的地质条件;②为判断隧道围岩的整体稳定性提供依据;③根据喷层表面状态及锚杆的工作状态,分析支护结构的可靠程度;④掌握地表变形及开裂等情况。
3.2周边收敛量测
隧道周边收敛监测,是监测隧道内壁两点连线方向的相对位移或监测点的绝对位移量。
监测目的主要包括:①周边位移是是隧道围岩应力状态变化的最直观反映,量测周边位移可判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息,以确定初期支护的安全性;②根据变位速度、加速度判断隧道围岩的稳定程度,为二次衬砌提供合理的支护时机;③判断初期支护设计与施工方法选取的合理性,以指导设计与施工。监测点布置示意图如图2所示。
3.3拱顶沉降监测
拱顶沉降监测的作用是判断围岩稳定性及进行位移反分析,为二次衬砌的施设提供依据,还可作为用计算收敛监测各点绝对位移量的验证之用。
拱顶沉降测点设置在收敛量测同一断面的拱顶中心及两侧适当位置,测点布置要根据现场施工情况,在各导坑开挖完毕,具备条件后及时布置。监测示意图如图3所示。
3.4地表沉降监测
本工程在隧道进出口A、B线浅埋段坡度较缓地段,设置两个沉降监测断面,每断面不少于7个监测测点;洞口坡度较陡的,设置一个沉降监测断面,不少于7个监测测点。断面及监测点的具体布置如图4所示。
3.5房屋基础沉降监测
受隧道施工的影响,周边建筑物将产生不同程度的沉降,为了确保建筑物的安全,施工过程中需对周边建筑物进行监测。与地表沉降监测相同,建筑物沉降及倾斜计算在条件许可的情况下,尽可能布设导线网,以便进行平差处理,提高监测精度。endprint
测点的布置主要是用冲击钻在建筑物的基础或墙上钻孔,然后放入长200~300mm,直径Φ20~30mm的半圆头弯曲钢筋,四周用水泥砂浆填实而成。
3.6爆破振动监测
本工程爆破振动监测目的是监测开挖中爆破作用对既有建(构)筑物的影响程度。监测内容主要为质点的速度、加速度,可以根据监测的结果综合判断爆破参数的合理性,对修改爆破参数提供准确的依据,使其减小对既有建(构)筑物稳定性的影响,减小、降低破坏。
采用爆破振动测试仪与速度传感器相结合,测出爆破引起的测点实际震动数据,然后进行计算分析,计算出爆破震动与地形、地质条件有关的系数和衰减指数,据此判定合理的装药量和开挖方案。测点的布置主要是在所埋设测点预埋件的地方,用冲击钻钻孔,在孔中填塞水泥砂浆后插入预埋件,使预埋件轴线垂直于测量表面。
4监测实例
4.1地质观察综述
隧道基岩为燕山晚期侵入花岗岩,节理裂隙发育且交错分布,开挖面局部地段为薄层砂土状强风化岩与中风化岩互层,局部夹中厚层,上部岩层稍厚,为碎裂状、块状构造,掌子面局部有裂隙水渗出。
已完成初期护段,喷层表面无裂缝,无裂隙及剥离现象,有钢格栅段格栅无压曲现象,洞身两侧无底鼓现象,喷射砼表面局部有少量裂隙水渗出。
4.2地表沉降
从监测结果来看,洞口地表沉降所监测的K3+455断面地表沉降变化较大,日均变化基本在25~75mm之间,其余监测断面及测点变化均较小,均在07~46mm之间波动,相对收敛量0007%~006%,参照奥地利J.Golser博士对地表沉陷的建议来看,沉降值在允许值范围以内,且较掘进初期的位变速率有明显的降低,表明随着隧道掘进的深入,目前地表变形及位移已经逐渐趋入稳定。K3+455断面与K3+468断面地表沉降监测曲线图如图5所示。
4.3收敛及拱顶下沉
从YK3+425断面和YK3+430收敛及拱顶下沉曲线来看,a、b线及拱顶下沉累计收敛值在03~25mm之间,相对收敛量0007%,变位速率在001mm/d左右,符合《锚杆喷射砼支护技术规范》(GBJ86-85)关于Ⅲ级别围岩洞周容许相对收敛量的规定,同时各条曲线斜率随时间有变小趋势,表明随着掘进的深入,其收敛速度逐渐降低,对洞口拱门段的扰动逐渐减小。目前阶段洞内围岩变位速率01mm/d左右,说明施工对洞门处的影响仍然存在,但是拱门段变形及位移基本已经达到稳定。K3+425断面与K3+430周边收敛及拱顶沉降监测曲线图如图6所示。
5结语
实践证明,现场监控量测能够及时、准确地预测和评估施工对地层、支护结构和周边环境的影响程度,同时综合各种信息进行预警和报警,充分发挥第三方监测的综合技术优势,结合施工、地质情况对监测成果进行充分、深入分析,必要时对设计和施工提出适当的调整建议,使监测工作真正发挥优化设计和反馈指导施工的作用,而不是仅仅满足于收集资料和提交报表,进而对可能出现的各种突发情况提出建议措施,提高信息化施工水平。为今后同类隧道设计与施工积累了第一手资料,还可以节省投资,达到科学设计和施工的目的。
2014年9月绿色科技第9期参考文献:
[1] 康宁.东港隧道的施工监控[J].岩石力学与工程学报,1998(2).
[2] 徐林生,孙钧,蒋树屏.洋碰隧道进口右线施工中的现场监控量测[J].岩石力学与工程学报,2002(5).
[3] 王立忠,胡亚元,王百林,等.崩塌松散围岩隧道施工稳定分析与监控[J].岩石力学与工程学报,2003(4).
[4] 王彦武.太旧高速公路北茹隧道围岩变形监测[J].岩石力学与工程学报,1998(2).
[5] 廖延军.龙井隧道围岩监控量测技术[J].铁道建筑技术,2005(S1).
[6] 徐林生.东门关隧道出口新奥法施工监控量测研究[J].重庆交通学院学报,2006(1).
[7] 王国欣,周涛,黄宏伟.隧道新奥法施工过程中监测元件埋设和保护[J].探矿工程,2005(11).
[8] 张笑然,潘载业.公路隧道监控量测技术的探讨[J].西部交通科技,2006(1).
[9] 何福生.浅谈新奥法在浅埋隧道施工中的应用[J].铁道建筑技术,2005(S1).endprint
测点的布置主要是用冲击钻在建筑物的基础或墙上钻孔,然后放入长200~300mm,直径Φ20~30mm的半圆头弯曲钢筋,四周用水泥砂浆填实而成。
3.6爆破振动监测
本工程爆破振动监测目的是监测开挖中爆破作用对既有建(构)筑物的影响程度。监测内容主要为质点的速度、加速度,可以根据监测的结果综合判断爆破参数的合理性,对修改爆破参数提供准确的依据,使其减小对既有建(构)筑物稳定性的影响,减小、降低破坏。
采用爆破振动测试仪与速度传感器相结合,测出爆破引起的测点实际震动数据,然后进行计算分析,计算出爆破震动与地形、地质条件有关的系数和衰减指数,据此判定合理的装药量和开挖方案。测点的布置主要是在所埋设测点预埋件的地方,用冲击钻钻孔,在孔中填塞水泥砂浆后插入预埋件,使预埋件轴线垂直于测量表面。
4监测实例
4.1地质观察综述
隧道基岩为燕山晚期侵入花岗岩,节理裂隙发育且交错分布,开挖面局部地段为薄层砂土状强风化岩与中风化岩互层,局部夹中厚层,上部岩层稍厚,为碎裂状、块状构造,掌子面局部有裂隙水渗出。
已完成初期护段,喷层表面无裂缝,无裂隙及剥离现象,有钢格栅段格栅无压曲现象,洞身两侧无底鼓现象,喷射砼表面局部有少量裂隙水渗出。
4.2地表沉降
从监测结果来看,洞口地表沉降所监测的K3+455断面地表沉降变化较大,日均变化基本在25~75mm之间,其余监测断面及测点变化均较小,均在07~46mm之间波动,相对收敛量0007%~006%,参照奥地利J.Golser博士对地表沉陷的建议来看,沉降值在允许值范围以内,且较掘进初期的位变速率有明显的降低,表明随着隧道掘进的深入,目前地表变形及位移已经逐渐趋入稳定。K3+455断面与K3+468断面地表沉降监测曲线图如图5所示。
4.3收敛及拱顶下沉
从YK3+425断面和YK3+430收敛及拱顶下沉曲线来看,a、b线及拱顶下沉累计收敛值在03~25mm之间,相对收敛量0007%,变位速率在001mm/d左右,符合《锚杆喷射砼支护技术规范》(GBJ86-85)关于Ⅲ级别围岩洞周容许相对收敛量的规定,同时各条曲线斜率随时间有变小趋势,表明随着掘进的深入,其收敛速度逐渐降低,对洞口拱门段的扰动逐渐减小。目前阶段洞内围岩变位速率01mm/d左右,说明施工对洞门处的影响仍然存在,但是拱门段变形及位移基本已经达到稳定。K3+425断面与K3+430周边收敛及拱顶沉降监测曲线图如图6所示。
5结语
实践证明,现场监控量测能够及时、准确地预测和评估施工对地层、支护结构和周边环境的影响程度,同时综合各种信息进行预警和报警,充分发挥第三方监测的综合技术优势,结合施工、地质情况对监测成果进行充分、深入分析,必要时对设计和施工提出适当的调整建议,使监测工作真正发挥优化设计和反馈指导施工的作用,而不是仅仅满足于收集资料和提交报表,进而对可能出现的各种突发情况提出建议措施,提高信息化施工水平。为今后同类隧道设计与施工积累了第一手资料,还可以节省投资,达到科学设计和施工的目的。
2014年9月绿色科技第9期参考文献:
[1] 康宁.东港隧道的施工监控[J].岩石力学与工程学报,1998(2).
[2] 徐林生,孙钧,蒋树屏.洋碰隧道进口右线施工中的现场监控量测[J].岩石力学与工程学报,2002(5).
[3] 王立忠,胡亚元,王百林,等.崩塌松散围岩隧道施工稳定分析与监控[J].岩石力学与工程学报,2003(4).
[4] 王彦武.太旧高速公路北茹隧道围岩变形监测[J].岩石力学与工程学报,1998(2).
[5] 廖延军.龙井隧道围岩监控量测技术[J].铁道建筑技术,2005(S1).
[6] 徐林生.东门关隧道出口新奥法施工监控量测研究[J].重庆交通学院学报,2006(1).
[7] 王国欣,周涛,黄宏伟.隧道新奥法施工过程中监测元件埋设和保护[J].探矿工程,2005(11).
[8] 张笑然,潘载业.公路隧道监控量测技术的探讨[J].西部交通科技,2006(1).
[9] 何福生.浅谈新奥法在浅埋隧道施工中的应用[J].铁道建筑技术,2005(S1).endprint
测点的布置主要是用冲击钻在建筑物的基础或墙上钻孔,然后放入长200~300mm,直径Φ20~30mm的半圆头弯曲钢筋,四周用水泥砂浆填实而成。
3.6爆破振动监测
本工程爆破振动监测目的是监测开挖中爆破作用对既有建(构)筑物的影响程度。监测内容主要为质点的速度、加速度,可以根据监测的结果综合判断爆破参数的合理性,对修改爆破参数提供准确的依据,使其减小对既有建(构)筑物稳定性的影响,减小、降低破坏。
采用爆破振动测试仪与速度传感器相结合,测出爆破引起的测点实际震动数据,然后进行计算分析,计算出爆破震动与地形、地质条件有关的系数和衰减指数,据此判定合理的装药量和开挖方案。测点的布置主要是在所埋设测点预埋件的地方,用冲击钻钻孔,在孔中填塞水泥砂浆后插入预埋件,使预埋件轴线垂直于测量表面。
4监测实例
4.1地质观察综述
隧道基岩为燕山晚期侵入花岗岩,节理裂隙发育且交错分布,开挖面局部地段为薄层砂土状强风化岩与中风化岩互层,局部夹中厚层,上部岩层稍厚,为碎裂状、块状构造,掌子面局部有裂隙水渗出。
已完成初期护段,喷层表面无裂缝,无裂隙及剥离现象,有钢格栅段格栅无压曲现象,洞身两侧无底鼓现象,喷射砼表面局部有少量裂隙水渗出。
4.2地表沉降
从监测结果来看,洞口地表沉降所监测的K3+455断面地表沉降变化较大,日均变化基本在25~75mm之间,其余监测断面及测点变化均较小,均在07~46mm之间波动,相对收敛量0007%~006%,参照奥地利J.Golser博士对地表沉陷的建议来看,沉降值在允许值范围以内,且较掘进初期的位变速率有明显的降低,表明随着隧道掘进的深入,目前地表变形及位移已经逐渐趋入稳定。K3+455断面与K3+468断面地表沉降监测曲线图如图5所示。
4.3收敛及拱顶下沉
从YK3+425断面和YK3+430收敛及拱顶下沉曲线来看,a、b线及拱顶下沉累计收敛值在03~25mm之间,相对收敛量0007%,变位速率在001mm/d左右,符合《锚杆喷射砼支护技术规范》(GBJ86-85)关于Ⅲ级别围岩洞周容许相对收敛量的规定,同时各条曲线斜率随时间有变小趋势,表明随着掘进的深入,其收敛速度逐渐降低,对洞口拱门段的扰动逐渐减小。目前阶段洞内围岩变位速率01mm/d左右,说明施工对洞门处的影响仍然存在,但是拱门段变形及位移基本已经达到稳定。K3+425断面与K3+430周边收敛及拱顶沉降监测曲线图如图6所示。
5结语
实践证明,现场监控量测能够及时、准确地预测和评估施工对地层、支护结构和周边环境的影响程度,同时综合各种信息进行预警和报警,充分发挥第三方监测的综合技术优势,结合施工、地质情况对监测成果进行充分、深入分析,必要时对设计和施工提出适当的调整建议,使监测工作真正发挥优化设计和反馈指导施工的作用,而不是仅仅满足于收集资料和提交报表,进而对可能出现的各种突发情况提出建议措施,提高信息化施工水平。为今后同类隧道设计与施工积累了第一手资料,还可以节省投资,达到科学设计和施工的目的。
2014年9月绿色科技第9期参考文献:
[1] 康宁.东港隧道的施工监控[J].岩石力学与工程学报,1998(2).
[2] 徐林生,孙钧,蒋树屏.洋碰隧道进口右线施工中的现场监控量测[J].岩石力学与工程学报,2002(5).
[3] 王立忠,胡亚元,王百林,等.崩塌松散围岩隧道施工稳定分析与监控[J].岩石力学与工程学报,2003(4).
[4] 王彦武.太旧高速公路北茹隧道围岩变形监测[J].岩石力学与工程学报,1998(2).
[5] 廖延军.龙井隧道围岩监控量测技术[J].铁道建筑技术,2005(S1).
[6] 徐林生.东门关隧道出口新奥法施工监控量测研究[J].重庆交通学院学报,2006(1).
[7] 王国欣,周涛,黄宏伟.隧道新奥法施工过程中监测元件埋设和保护[J].探矿工程,2005(11).
[8] 张笑然,潘载业.公路隧道监控量测技术的探讨[J].西部交通科技,2006(1).
[9] 何福生.浅谈新奥法在浅埋隧道施工中的应用[J].铁道建筑技术,2005(S1).endprint