围岩量测技术在老鸦峡2#隧道中的应用.doc
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围岩量测技术在老鸦峡2#隧道中的应用 摘 要:以实际工程为例,系统地阐述了隧道工程中围岩量测技术的量测方法、注意事项、量测数据的处理,以及围岩稳定性的判别方法;通过施工现场监测,掌握围岩和支护在施工中的力学动态及稳定程度。关键词:隧道工程;围岩量测;方法;数据处理1 工程概况马平高速公路老鸦峡2#隧道是分离式双洞(左右线)单向行驶隧道。隧道出口段地质围岩分为三类:洞口段为类围岩,地质情况为卵石,砂土填充,无胶结,同时存在采空区(在隧道进洞之前已对采空区进行了回填封堵灌浆处理),易发生大的塌方;紧接类围岩为类围岩,地质情况为石英闪长岩,小节理裂隙发育,局部受风化影响节理裂隙发育;然后是类围岩段,地质情况为石英闪长岩,小节理裂隙发育。整条隧道地下水位于设计高程以下,不发育,隧道开挖最大跨度为155 m,最小为13 m,开挖高度为11 m。2 量测项目根据现场实际情况,进行了以下几项量测:洞内观察,地表下沉量测,拱顶下沉量测,周边收敛量测。3 量测3.1 洞内观察隧道在开挖后要进行地质观察,在支护完成后对已支护地段要进行观察。对开挖的围岩观测包括以下几项:(1)节理裂隙发育程度及方向;(2)开挖工作面的稳定状态,顶板有无坍塌现象;(3)涌水情况:涌水的位置、涌水量、水压等;(4)是否有底板隆起现象。对初期支护段围岩观测主要有以下几项:(1)是否发生锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象;(2)喷混凝土是否发生裂隙和剥离或剪切破坏;(3)钢拱架有无被压变形情况。3.2 地表下沉量测地表下沉量测布置在4 B6 B(B主洞室宽)范围,中线附近密些,外侧渐稀。(1)测点埋设:在埋设点挖长、宽、高均为20 mm 的坑,然后放入沉陷测点,测点一般采用25 mm 长、350 mm半圆头钢筋制成。测点四周用混凝土填实。在开挖影响范围以外设置水平基点2个 3个。水平基点埋设方法同上。(2)量测沉陷量计算:使用普通水准仪和水准尺,测出各沉陷量测点的标高,然后按下式计算沉陷量。un=A0-(A基-R后+R前)(1)式中un第n次量测下沉量,mm;A测点初始标高,mm;基水准基点标高,mm;R后第n次量测后视读数,mm;R前第n次量测前视读数,mm。3.3 拱顶下沉在拱顶部位布设一个测点,中线两侧2 m处拱腰部位布置两对称测点,三个点位于一个断面,布设时采用全站仪测放,量测断面的间距为类围岩段10 m,类围岩段15 m,类围岩段20 m,量测间隔时间:1d15d1次/d;16 d1个月1次/2d;1个月3个月1次/周。下沉量计算:un=A-(基-R后+R前)(2)式中un第n次量测下沉量,mm;A测点初始标高,mm;基水准基点标高,mm;R后第n次量测后视读数,mm;R前第n次量测前视读数,mm。华东公路2002年第4期2002年第4期娄奕红,王秉勇:围岩量测技术在老鸦峡2#隧道中的应用3.4 周边位移周边位移量测主要量测两侧边墙收敛值。布设测点如下:在类围岩中,每隔50 m布置一个断面;类、类围岩每隔20 m布设一个断面。每个断面布置3对测点,在楔形体范围内大致布置于上中下,每组两个测点保持在水平位置。4 量测数据的处理采用隧道净空变化值(收敛值)作为信息反馈值。收敛值指隧道周边两测点连线方向上相对位移值,所以必须把它换算成两测点的绝对位移值,换算的方法按几何关系有:(ui-uj)cosAij+(vi-vj)sinAij=Dij(3)式中ui、uj、vi、vji、j两测点绝对位移的水平和垂直分量;Aij连线与水平方向夹角,按逆时针方向为正;D基线ij方向的收敛值。采用一元非线性回归方程。指数方程:u=a(1-e-bt)(4)当量测时间t=t2时,则解得回归系数a=u/(2u1-u2)b=1/tlnu(u-u)(5)当量测时间t2=2t1,则用拉格朗日插值方程求解2t1时的量测值u,然后再用两倍时差求解a、b值,u=(t3-2t1)u2+(2t1-t2)u3/(tt2)(6)得出回归方程后,可以绘出位移时间曲线,得出某一时刻位移速率,从位移时间形态、位移速率与某临界值相比较,确定采用何种支护结构及支护结构施作时间。施工规范中规定隧道周边允许相对位移值(%)如表1。5 围岩稳定性判别标准位移时间曲线的形态,根据岩体的流变特性,岩体破坏前的变形曲线分成三个区段。分别如下。(1)基本稳定区:变形速率不断下降,d2u/dt0时,表明围岩趋于稳定,支护是安全的。(2)过渡区:变形速率长时间保持不变,d2u/dt=0,表明支护要加强同时及时调整施工程序。(3)破坏区:变形速率逐渐增加,d2u/dt0时,曲线出现反弯点,表明围岩已达到危险状态,必须立即停工加固。表1规范规定隧道周边允许相对位移值围岩类别覆盖层厚度(m)小于5050300大于300允许相对位移值010030020050040120015050040120080200020080060160100300注:相对位移值指实测位移值与两测点间距离之比,或拱顶位移实测值与隧道宽度之比;脆性围岩取表中较小值,塑性围岩取表中较大值。6 工程实例根据表2数据计算如下:第1组数据:a=332/(233-39)=4033b=1/10ln33/(39-33)=017u=4033(1-e-017t)du/dt=-4033(-017)e-017t当t=22 d时,du/dt=014 mm/d02 mm/d说明地表达到基本稳定。第2组数据:a=272/(227-32)=33136b=1/10ln27/(32-27)=0168u=33136(-e-0168t)du/dt=-33136(-0168)e-0168t当t=20 d时,du/dt=019 mm/d02 mm/d说明地表达到基本稳定。第3组数据:a=21(21-28)=315b=1/10ln21/(28-21)=011u=315(-e-011t)du/dt=-315(-011)e-011t当t=26 d时,du/dt=019 mm/d02 mm/d说明地表达到基本稳定。第4组数据:a=12(12-13)=139b=1/10ln12/(13-12)=0248u=139(-e-0248t)du/dt=-139(-0248)e-0248t当t=12 d时,du/dt=018 mm/d02 mm/d说明地表达到基本稳定。由以上四组数据可知,当开挖到26 d时,该断面地表达到稳定。工程名称:马平高速公路老鸦峡2#隧道左线观测项目:地表下沉设点里程:Lk 27+5424表2马平高速公路老鸦峡2#隧道左线地表下沉观测情况观测日期测点编号1234高程沉陷量高程沉陷量高程沉陷量高程沉陷量(m)(mm)(m)(mm)(m)(mm)(m)(mm)2001-06-111 87632101 87652901 876.75801 87621402001-06-121 87631831 87652721 87675621 87621312001-06-131 87631561 87652541 87675351 87621222001-06-141 876310111 87652451 87675171 87620952001-06-151 876308131 87652181 87675081 87620862001-06.161 876306151 87652091 876748101 87620682001-06-171 876301201 876515141 876743151 87620592001-06-181 876298231 876511181 876741171 876203112001-06-191 876294271 876508211 876739191 876202122001-06-201 876288331 876502271 876737211 876202122001-06-211 876286351 876501281 876736221 876202122001-06-221 876285361 876501281 876735231 876202122001-06-231 876285361 876501281 876734241 876202122001-06-241 876285361 876500291 876733251 876202122001-06-251 876284371 876500291 876733251 876202122001-06-261.876284371 876499301 876732261 876202122001-06-271 876284371 876499301 876732261 876201132001-06-281 876283381 876498311 876731271 876201132001-06-291 876283381 876498311 876731271 876201132001-06-301 876282391 876497321 876730281 876201132001-07-011 876282391 876497321 876730281 876201132001-07-021 876282391 876497321 876729291 876201132001-07-031 876281401 876497321 876729291 87620113根据表3数据计算如下:数据处理:a=122/(212-16)=18b=1/10ln12/(16-12)=011u=18(1-e-011t)du/dt=-18(-011)e-011t当t=21 d时,du/dt=0197 mm/d02 mm/d说明围岩达到基本稳定,此时可以进行二衬施工。根据表4数据计算如下:数据处理:a=8012/(2801-892)=904b=1/10ln801/(892-801)=0218u=904(1-e-0218 t)du/dt=-904(-0218)e-0218 td2u/d2 t0表明围岩趋于稳定,支护是安全的。当t=11 d时,du/dt=0179 mm/d02 mm/d说明围岩达到基本稳定,此时可以进行二衬施工。工程名称:马平高速公路老鸦峡2#隧道右线观测项目:拱顶下沉设点里程:Rk 27+538表3马平高速公路老鸦峡2#隧道右线观测情况观测日期测点编号1234高程下沉量高程下沉量高程下沉量高程下沉量(m)(mm)(m)(mm)(m)(mm)(m)(mm)2001-06-181 86569302001-06-191 86569032001-06-201 86568762001-06-211 86568582001-06-221 86568492001-06-231 86568492001-06-241 865683102001-06-251 865682112001-06-261 865682112001-06-271 865681122001-06-281 865681122001-06-291 865680132001-06-301 865680132001-07-011 865679142001-07-021 865679142001-07-031 865679142001-07-041 865678152001-07-051 865677162001-07-061 876677162001-07-071 865677162001-07-081 865677162001-07-091 865677162001-07-0101 86567716工程名称:马平高速公路老鸦峡2#隧道右线观测项目:周边收敛设点里程:Rk 27+48826观测时间:200108-0720010906表4马平高速公路老鸦峡2#隧道右线周边收敛观测情况量测时间第1 d第5 d第10 d第15 d第20 d第25 d第30 d径向位移(mm)05217988018308858927结论围岩量测技术在老鸦峡2#隧道的应用,量测反馈的信息正确地指导了隧道施工,使工程顺利通过洞口采空区段及大卵石砂土填充且无胶结的类围岩段,保证了在施工过程中没有发生一起塌方事故,对隧道的安全质量进度提供了坚实的基础和有力的保障。参考文献1刘玉珠主编土木工程测量广州:华南理工大学出版社,2001DvNews- 配套讲稿:
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