输水隧洞监控量测数据分析

董波

(中国水电建设集团十五工程局有限公司,陕西 西安710000)

随着隧洞的开挖,隧洞地质围岩受力情况产生变化,会导致隧洞产生收敛变形、沉降等,因此隧洞施工根据隧洞开挖跨径、隧洞埋深、地质条件等因素设计不同的支护形式,保障后续施工安全及工程质量具有重大意义。因此在隧洞开挖过程中,必须对隧洞采取合适的方法进行监控量测,本文以某输水隧洞为案例,对隧洞变形监测的方法、变形数据进行分析探讨,依据数据判定隧洞收敛变形情况。

1 工程概况

辽西北供水二期工程柴河供水本标段主体工程为输水隧洞工程,隧洞全长14002.199 m,隧洞为有压隧洞,采用矿山法开挖,开挖断面为圆拱斜墙形,成洞断面为圆形D=3.9 m。依据前期地质勘测资料,项目部采取短进尺,弱爆破,分台阶开挖,超前钢管支护等措施加强支护。

2 监控量测意义

2.1 通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化,把握施工过程中结构所处的安全状态,判断围岩稳定性,支护、衬砌可靠性。

2.2 用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足,并把监测结果反馈设计、指导施工,为修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据。

2.3 通过监控量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点,为今后类似工程或该工法本身的发展提供借鉴、依据和指导作用。

3 监测方案设计

3.1 监测项目

必测项目为:洞内外观察、净空水平收敛量测、拱顶下沉量测、地表下沉量测等；选测项目为:围岩内部变形量测、锚杆轴力量测、围岩压力量测、支护及衬砌应力量测、钢拱架内力及所承受的荷载量测、围岩弹性波速度测试等。本文选择净空水平收敛量测、拱顶下沉量监测数据进行分析。

3.2 监测方法

本项目主要采用收敛仪:JSS30A,测量范围0.5 m～30m,使用环境条件:环境温度0℃～40℃,相对湿度不大于93%±3%；分辨率0.01 mm,测量精度0.06 mm；数显示值稳定度:24h内不大于0.01 mm；苏州一光DSZ2水准仪,测量精度:每公里往返测高差中数偶然中误差±3mm；莱卡TS09PLUS-L全站仪,角度测量精度1″,测距精度1.5 mm±2ppm,极地耐低温型,工作温度范围:-35℃～+50℃等先进测量设备对隧道拱顶下沉、围岩收敛、断面变化等监控项目进行量测。结合测倒尺、全站仪三角高程传递、收敛仪监测等方法的优缺点,根据施工特点,分别根据实际情况选择一种或几种方法组合进行监测。

3.3 监测频率

拱顶下沉量测与净空水平收敛量测宜用相同的量测频率,应从表1中根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。

表1 量测频率

3.4 量测断面布置与安装

3.4.1 断面布置。根据隧洞施工相关规范要求及其他要求,Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段监测断面间距按每15m布置一个监测断面,采用三点三线法,安装按图1及图2进行,其中A点在拱顶,BC在拱肩下处。

3.4.2 测点制成。测点拉环采用不锈钢锚固环；测点锚杆采用Φ22螺纹钢筋长度20cm。测点拉环焊接在测点锚杆上。锚杆加工见图1,安装见图2。

图1 收敛固定标点的锚固器大样图

图2 施工期监测标准断面图

3.4.3 测点埋设要求。

3.4.3.1 测量放点:按照围岩类型,确定断面间距,测量断面桩号及点位置。3.4.3.2 钻孔:使用小型冲击钻钻孔。3.4.3.3 埋设:使用锚固剂牢固的把测点锚杆固定在选定的位置上。3.4.3.4 测点应埋设牢固可靠,并加以妥善保护。

4 量测数据处理

4.1 收敛变形观测位移统计及绘制曲线图(图3,表2)

图3

表2

本文以某IV类围岩监测断面数据进行分析,监控量测原始数据经计算统计得到断面收敛变形位移统计表及曲线图。

4.2 数据回归分析

4.2.1 测线AB相关系数r=0.9765 ,最终位移值u=5.8689 mm。测线AC相关关系数r=0.9845 。最终位移值u=5.5331 mm,测线BC相关系数r=0.9347 。最终位移值u=5.2222 mm。△h相关系数r=0.9546 ,最终沉降值u=5.3812 mm。

4.2.2 AB测线收敛率98.8 %,AC测线收敛率98.2 %,BC测线收敛率99.5 %,△h沉降率91.1 %。

4.3 围岩收敛变形分析

4.3.1 通过以上过程的分析计算,判断该监控断面围岩收敛变形已经基本稳定。

4.3.2 采用指数函数对实测关系曲线进行回归计算,得到的回归曲线拟和较好。

4.3.3 在观测断面出围岩变形基本稳定后,在较短的时间内,观测断面处的位移相对值均达到总相对位移量的90%以上。

4.3.4 建议对围岩变形基本稳定的观测断面停止观测。

5 结论

5.1 目前隧洞开挖施工没有完整的软件能够清晰地绘制时间-沉降量曲线图或时间-沉降速率曲线图,通过该项目不仅解决了工作中遇到的实际问题,而且可根据项目需要进行修改,方便灵活。

5.2 通过沉降观测数据绘制时间-沉降量曲线图或时间-沉降速率曲线图,可以清晰、直观地反映隧洞围岩收敛变形随时间变化的特征,可以监控围岩受力及变形情况,在发现异常变化时,应及时分析原因,采取措施,防止事故发生。

5.3 将测量数据资料绘制成各种曲线,利用数学模型,通过定性分析、定量分析、定期分析和综合性分析,可以验证工程结构的设计方法是否正确可靠,对不同的地质条件与工程结构规定合理的允许沉降与变形的数值,为工程的设计、施工、管理和科学研究工作提供资料。