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围岩量测技术在老鸦峡2#隧道中的应用
围岩量测技术在老鸦峡2#隧道中的应用
2005-02-2720:
18:
25
围岩量测技术在老鸦峡2#隧道中的应用
娄奕红1王秉勇2
(1佛山科学技术学院土木工程与建筑学系,广东佛山528000;2中铁西北科学研究院,甘肃兰州730000)
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Ⅰ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Ⅰ类围岩为Ⅲ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Ⅳ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155m,最小为13m,开挖高度为11m。
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4B~6B(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20mm的坑,然后放入沉陷测点,测点一般采用25mm长、350mm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;
A0——测点初始标高,mm;
A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2m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Ⅰ类围岩段10m,Ⅲ类围岩段15m,Ⅳ类围岩段20m,量测间隔时间:
1d~15d1次/d;16d~1个月1次/2d;1个月~3个月1次/周。
下沉量计算:
un=A0-(A基-R后+R前)
(2)
式中un——第n次量测下沉量,mm;
A0——测点初始标高,mm;
A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Ⅳ类围岩中,每隔50m布置一个断面;Ⅰ类、Ⅲ类围岩每隔20m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、vj——i、j两测点绝对位移的水平和垂直分量;
A——ij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t1=t2时,则解得回归系数
a=u21/(2u1-u2)
b=1/tln[u1/(u2-u1)](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]/(t3t2)(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/dt<0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/dt>0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50〖〗50~300〖〗大于300允许相对位移值Ⅳ〖〗010~030〖〗020~050〖〗040~120Ⅲ〖〗015~050〖〗040~120〖〗080~200Ⅱ〖〗020~080〖〗060~160〖〗100~300
注:
①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;
②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/(2×33-39)=4033
b=1/10ln[33/(39-33)]=017
u=4033×(1-e-017t)
du/dt=-4033×(-017)e-017t
当t=22d时,
du/dt=014mm/d<02mm/d
说明地表达到基本稳定。
第2组数据:
a=272/(2×27-32)=33136
b=1/10ln[27/(32-27)]=0168
u=33136×(1-e-0168t)
du/dt=-33136×(-0168)e-0168t
当t=20d时,
du/dt=019mm/d<02mm/d
说明地表达到基本稳定。
第3组数据:
a=212/(2×21-28)=315
b=1/10ln[21/(28-21)]=011
u=315×(1-e-011t)
du/dt=-315×(-011)e-011t
当t=26d时,
du/dt=019mm/d<02mm/d
说明地表达到基本稳定。
第4组数据:
a=122/(2×12-13)=139
b=1/10ln[12/(13-12)]=0248
u=139×(1-e-0248t)
du/dt=-139×(-0248)e-0248t
当t=12d时,
du/dt=018mm/d<02mm/d
说明地表达到基本稳定。
由以上四组数据可知,当开挖到26d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:
Lk27+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1〖〗2〖〗3〖〗4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)2001-06-11〖〗1876321〖〗0〖〗1876529〖〗0〖〗1876.758〖〗0〖〗1876214〖〗02001-06-12〖〗1876318〖〗3〖〗1876527〖〗2〖〗1876756〖〗2〖〗1876213〖〗12001-06-13〖〗1876315〖〗6〖〗1876525〖〗4〖〗1876753〖〗5〖〗1876212〖〗22001-06-14〖〗1876310〖〗11〖〗1876524〖〗5〖〗1876751〖〗7〖〗1876209〖〗52001-06-15〖〗1876308〖〗13〖〗1876521〖〗8〖〗1876750〖〗8〖〗1876208〖〗62001-06.16〖〗1876306〖〗15〖〗1876520〖〗9〖〗1876748〖〗10〖〗1876206〖〗82001-06-17〖〗1876301〖〗20〖〗1876515〖〗14〖〗1876743〖〗15〖〗1876205〖〗92001-06-18〖〗1876298〖〗23〖〗1876511〖〗18〖〗1876741〖〗17〖〗1876203〖〗112001-06-19〖〗1876294〖〗27〖〗1876508〖〗21〖〗1876739〖〗19〖〗1876202〖〗122001-06-20〖〗1876288〖〗33〖〗1876502〖〗27〖〗1876737〖〗21〖〗1876202〖〗122001-06-21〖〗1876286〖〗35〖〗1876501〖〗28〖〗1876736〖〗22〖〗1876202〖〗122001-06-22〖〗1876285〖〗36〖〗1876501〖〗28〖〗1876735〖〗23〖〗1876202〖〗122001-06-23〖〗1876285〖〗36〖〗1876501〖〗28〖〗1876734〖〗24〖〗1876202〖〗122001-06-24〖〗1876285〖〗36〖〗1876500〖〗29〖〗1876733〖〗25〖〗1876202〖〗122001-06-25〖〗1876284〖〗37〖〗1876500〖〗29〖〗1876733〖〗25〖〗1876202〖〗122001-06-26〖〗1.876284〖〗37〖〗1876499〖〗30〖〗1876732〖〗26〖〗1876202〖〗122001-06-27〖〗1876284〖〗37〖〗1876499〖〗30〖〗1876732〖〗26〖〗1876201〖〗132001-06-28〖〗1876283〖〗38〖〗1876498〖〗31〖〗1876731〖〗27〖〗1876201〖〗132001-06-29〖〗1876283〖〗38〖〗1876498〖〗31〖〗1876731〖〗27〖〗1876201〖〗132001-06-30〖〗1876282〖〗39〖〗1876497〖〗32〖〗1876730〖〗28〖〗1876201〖〗132001-07-01〖〗1876282〖〗39〖〗1876497〖〗32〖〗1876730〖〗28〖〗1876201〖〗132001-07-02〖〗1876282〖〗39〖〗1876497〖〗32〖〗1876729〖〗29〖〗1876201〖〗132001-07-03〖〗1876281〖〗40〖〗1876497〖〗32〖〗1876729〖〗29〖〗1876201〖〗13根据表3数据计算如下:
数据处理:
a=122/(2×12-16)=18
b=1/10ln[12/(16-12)]=011
u=18×(1-e-011t)
du/dt=-18×(-011)e-011t
当t=21d时,
du/dt=0197mm/d<02mm/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/(2×801-892)=904
b=1/10ln[801/(892-801)]=0218
u=904×(1-e-0218t)
du/dt=-904×(-0218)e-0218t
d2u/d2t<0表明围岩趋于稳定,支护是安全的。
当t=11d时,du/dt=0179mm/d<02mm/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:
Rk27+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1〖〗2〖〗3〖〗4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)2001-06-18〖〗1865693〖〗02001-06-19〖〗1865690〖〗32001-06-20〖〗1865687〖〗62001-06-21〖〗1865685〖〗82001-06-22〖〗1865684〖〗92001-06-23〖〗1865684〖〗92001-06-24〖〗1865683〖〗102001-06-25〖〗1865682〖〗112001-06-26〖〗1865682〖〗112001-06-27〖〗1865681〖〗122001-06-28〖〗1865681〖〗122001-06-29〖〗1865680〖〗132001-06-30〖〗1865680〖〗132001-07-01〖〗1865679〖〗142001-07-02〖〗1865679〖〗142001-07-03〖〗1865679〖〗142001-07-04〖〗1865678〖〗152001-07-05〖〗1865677〖〗162001-07-06〖〗1876677〖〗162001-07-07〖〗1865677〖〗162001-07-08〖〗1865677〖〗162001-07-09〖〗1865677〖〗162001-07-010〖〗1865677〖〗16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:
Rk27+48826
观测时间:
200108-07~20010906
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1d〖〗第5d〖〗第10d〖〗第15d〖〗第20d〖〗第25d〖〗第30d径向位移(mm)〖〗0〖〗521〖〗798〖〗801〖〗830〖〗885〖〗8927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Ⅰ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,2001
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