高速公路隧道新奥法施工监控量测.pdf

2 0 0 4年 2月 第2 7卷第2期 重 庆 大 学 学 报 J o u r n a l o f C h o n g q i n g U n i v e r s i t y F e b ．2 O 0 4 V0 1 ． 2 7 No ． 2 文章编号 1 0 0 0 5 8 2 X 2 0 0 4 0 2 0 1 3 2一 o 4 高速公路隧道新奥法施工监控量测 代 高 飞 ， 应 松。 ， 夏 才 初 ， 毛 海 和 1 ．同济大学 地下建筑与工程系， 上海2 0 0 0 9 2 ； 2 ．重庆大学 西南资源开发及环境灾害控制x ． ,t t 教育部重点实验室， 重庆4 0 0 0 3 0； 3 ．贵州省高速公路开发总公司， 贵阳5 5 0 0 0 1 摘要 隧道采用新奥法原理施工时， 利用围岩周边变形和拱顶下沉量的观测值可对隧道周边岩体 内的应力动态过程及发展趋势、 围岩稳定性 以及支护的合理性进行监控 ， 这对安全施． ．z - g t ． 保证工程质量 具有重要作用。通过对崇遵高速公路风梅垭隧道的实时监控 ， 研 究了隧道 围岩的稳定状况， 实时确定 了 合理的二次衬砌施工时问， 成功避免 了施工中重大事故的发生， 确保 了隧道 施工安全和质量， 对隧道施 工具 有指 导意 义。 关键词 公路隧道 ； 量测 ； 监控 ； 预警值 中图分类号 U 4 5 6 文献标识码 A 隧道施工过程中围岩的力学性态不仅受到岩石的 生成条件和地质作用的影响 ， 还受到隧道开挖方法 、 支 护类型、 支护时机 、 支护参数等的影响 ， 因而寻求正确 反映岩体性态的物理力学模型是非常困难的 J 。而 在隧道设计、 施工中主要参考工程类 比法与数理初步 分析法 ， 通过施工过程对围岩的实时监控 ， 对监控数据 进行分析和综合判断， 进一步完善设计并采取相应 的 施工对策 ， 其 中， 监控工作及监控量测结果分析就成为 衡量设计 、 施工是否合理的一项重要工作 [ 3 ] 。贵州省 崇 崇溪河 遵 遵义 高速公路 是重庆出海大通道 的 控制性工程 ， 位于典型的喀斯特地区， 在隧道施工中经 常遭遇坍方 、 涌水等地质灾害 ， 严重时会造成设备损坏 等重大事故， 造成巨大的经济损失。该线路高差起伏 大， 隧道穿越围岩类别较多， 且岩性变化频繁。风梅垭 隧道位于崇遵高速公路起点， 属分离式路基段， 设置为 接近平行的双洞 ， 隧道单洞长 2 7 4 0 m， 主要穿越 围岩 类别为 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ类 ， 主要地质构造为 、 F 5和 F 7断 层及其破碎带。同时， 节理裂隙发育， 地下水丰富， 因 此 ， 实时监控具有重要意义。通 过施工监控可进行信 息反馈及预测预报 ， 优化设计 ， 指导现场施工 ， 确保隧 道施工安全与质量， 提高工程的社会、 经济和环境效 益。同时 ， 施工监控及时提供信息 ， 为节省工程投资 ， 提高公路隧道在岩溶地 区的修建水平 ， 提供 了科学依 据和技术保证。 1 隧道施工监控设计 监控量测工作是为了掌握围岩动态和支护结构工 作状态 ， 利用量测结果检验设计的合理性并指导施工 ， 预见险情及事故 ， 以防患于未然。同时， 为确保隧道安 全提供可靠信息 ， 为相似工程提供参考 ， 并为进一步进 行深人的理论研究提供原始依据。隧道施工监控设计 依据中华人民共和国行业标准 公路隧道设计规范 J T J 0 2 6 - ----9 0 和 公路隧道施工技术规范 刖 0 4 2 9 4 。隧道实时监测的主要内容为围岩周边位移量、 拱顶下沉量 、 地 质与支护状况观察 、 锚杆 内力及拉拔 力、 围岩体内位移 洞内设点 量测、 围岩压力及两层 支护间压力、 山体边坡稳定监测、 地质超前预报。笔者 着重于围岩周边位移量和拱顶下沉量的监控， 同时参 考其它监测内容。 1 ． 1 拱顶下沉 拱顶下沉主要用于确认围岩的稳定性。在每个量 测断面的拱部等间距埋设三个 自制的钢筋预埋件。埋 收稿 日期 2 0 0 31 0 2 5 基金项目 高等学校重点实验室访问学者基金资助； 中国博士后科学基金资助项目 作者简介 代高飞 1 9 7 4一 ， 男， 重庆市人， 重庆大学博士， 同济大学博士后， 主要从事岩土工程的研究。 第2 7卷第2期 代高飞 等 高速公路隧道新奥法施工监控量测 l 3 3 设前， 先用小型钻机在待测部位成孔， 然后将预埋件放 人， 并用混凝土填塞， 待混凝土凝 固后即可量测。量测 时需用一把长度适宜的钢卷尺 ， 尺端连一个 自制挂钩 ， 挂在测 点上 ， 将 尺 子铅 垂 放下 ， 稳定 后 用水 准 仪量 测 】 。拱顶下沉量为 Ah hi lh i 第 n天量测的总下沉量为 h ∑A h lI 为第 z 次量测的拱顶下沉量 mm 。 1 ． 2 围岩周边位移量测 位移量测线与拱顶下沉测点布置在同一断面。埋设 测点时， 先在测点处用凿岩机开挖直径为 4 0 8 0 m i l l ， 深 为2 5 m il l 的孔， 在孔中填满水泥砂浆后插入收敛预埋 件 ， 尽量使两预埋件轴线在基线方 向上 ， 并使预埋件销 孔轴线处于铅垂位置 ， 上好保护帽， 待砂浆凝固后即可 量测。各测线相邻2次测量的收敛值为 △U i Ri lR 第 n 次测量的总收敛值为 ∑A U i iI R 为第 i 次量测的位移量 mm 。 1 ． 3 监测频率和监测次数 根据 公路隧道施工技术规范 J T J o 4 2 9 4 ， 围 岩周边位移和拱顶下沉等监测项 目的监测频度与监测 次数如表 l [ 1 - 2 ] 。 表 1 监测项 目的监测频度与监测次数 频度 1 1 5天 1 6天 一1 个月 1 3个月大于3个月 次数1 2次／ 天1次／ 2天1 2次／ 周1 3次／ 月 2 风梅垭隧道围岩的工作状态判定 在施工监测过程中， 针对风梅垭隧道的工程条件 ， 如围岩地层 、 埋深 、 隧道断面、 支护 、 施工方法等， 建立 一 些判断标准来直接根据量测结果判断围岩的稳定性 和支护系统的工作状态， 可以作为调整支护参数和采 取相应的施工技术措施的依据， 根据 公路隧道施工 技术规范 J T J 0 4 2 - - 9 4 和 风梅垭隧道勘察设计资 料 ， 建立监测点如图 1 ， 确定隧道围岩监测断面间距 如表 2 ， 隧道监控变形速率预警参考值 如表 3 ， 隧道周 边允许相对收敛参考值如表4 。根据量测数据对围岩 稳定性和支护系统 的工作条件进行判断的准则为[ 3 ] 表 2 监测 断面 间距 m 围岩类别 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 V类 监测断面间距 51 0 1 0 2 0 2 0 5 0 5 0 1 0 0 表 3 隧道监控变形速率预蕾参考值 表 4 隧道周边允许相对收敛参考值 ％ 围岩类别 上覆岩层厚度／ m Pf m i 或围岩位移应满足 Uo U U1 其中 P ， U 一最大支护抗力及对应的变形量 ； P ， 一隧道不失稳 的最小 支护抗力及对应 的 变形量。 由于典型断 面 2 5 8位于风梅垭 隧道 的 Ⅲ类 围岩地区， 风梅 垭 隧道开 挖 宽度 为 1 1 m， 典型 断 面 2 5 8 的围岩周边收敛最大速率为 2 m m ／ d ， 且在隧 道开挖后两天出现 ， 其后收敛速率迅速趋于平稳 ， 低于 门槛值 ； 累计收敛量为 6 ． 5 m m， 拱顶下沉最大速率为 4 m m ／ d ， 累计下沉量为 9 m m， 均小于相应的门限值， 说明隧道 围岩运动是平稳 的 J 。结合图 2～ 5 ， 可将 风梅垭隧道围岩变形过程分为显著变形期 1 2 ． 3～ 1 2 ． 9 、 缓慢 变 形期 1 2 ． 9～1 2 ． 2 7 和微 小 变形 期 1 2 ． 2 7 ～ 。因此， 用新奥法指导施工时， 应适当允许 并控制围岩周边 的变形量 ， 合理选择初期支护结构及 刚度 ， 在恰 当的时机构筑二次衬砌 ， 才能确保支护构筑 物的安全、 围岩的完整性及稳定性 ， 使设计与施工更经 济合理。为此， 在施工期问将观测所得围岩周边变形 量与该类围岩允许最大变形量相 比较 ， 若接近门限值 ， 预示围岩有可能出现大的松动破坏或垮塌 ， 应立 即对 支护补强； 若大于门限值时， 围岩一般已发生松动破 坏 ， 且支护正承受过大载荷或 已发生破坏 ； 对明显小于 门限值的情况则应视具体条件分析， 有可能是支护刚 度偏大， 也可能是因施工方法的原因造成大断面开挖 前已释放了相当的位移量， 还有可能是因围岩本身是 脆性岩石， 破坏前变形量本身就小， 在一定的支护作用 下导致变形量较小。一般认为， 小于门限值时， 围岩基 本上是稳定的， 但不排除例外， 如破碎硬岩失稳时的变 形值比相应的门限值小得多 J 。风梅垭隧道则属于 后者。在正常开挖掘进中， 与开挖后总位移相比， 工作 面初始位移是很小的。 从观测数据分析可知 ， 各类 围岩 中拱顶下沉值和 侧墙收敛值相对较小， 证明隧道开挖后拱部和侧墙岩 体活动相对较平稳； 初期最大变形速率及最终变形量 也有类似规律， 表明围岩的完整坚固性越好， 其变形值 就越小 ， 达到完全稳定所需 时间就越短。为使量测信 息反馈及时 ， 以指导工程 ， 采用近几 日相关值及变化趋 势预测围岩稳定性及支护安全性。并且及时对测量数 据作回归分析， 以预计未来发展及最终变形位置。为 检验其可靠性， 在现场仍坚持收敛量测和其它相关项 目量测， 测出最终变形值， 并与门限值比较， 以作辅助 判断 一 引。 3 结论 隧道施工过程中围岩的力学动态是极其复杂的， 在设计、 施工中参照施工监控所得的信息， 进行数据分 析和综合判断 ， 从而完善设计并采取相应的施工对策。 本文通过对风梅垭隧道的实时监控， 从隧道拱顶下沉 量和周边收敛 2 个参数出发， 研究了隧道围岩的稳定 状况 ， 得到以下主要结论 1 建立了风梅垭隧道施工监控的隧道监控变形 速率预警参考值、 隧道周边允许相对收敛参考值、 隧道 围岩变形管理措施和隧道围岩变形速率判定， 对监控 指标的判定和施工具有指导作用， 同时为相似工作提 供了参考 。 2 经实测与研究认为， 用拱顶下沉量和周边收敛 可实现对隧道内空变形的良好监测， 量测数据反映的 规律能较合理地代表围岩变形过程及发展趋势。 3 据围岩变形速率值可将围岩变形过程分为显 著变形期 、 缓慢变形期和微小变形期。 4 据量测数据计算所得最佳拟合回归方程， 可估 算围岩最终变形量， 并结合量测所得总收敛值与周边 允许变形值相比较作辅助判断， 借以检验支护工作状 态及围岩稳定性。 5 风梅垭隧道最佳二次衬砌时机应在围岩产生 适量变形并在发生松动破坏之前， 即尽量在围岩变形 过程中的微小变形期。 6 隧道围岩变形量及变形速率受多种因素的综 合影响， 量测数据的可靠性及精度取决于仪器结构、 量 测技术及误差修正技术。 参考文献 [ 1 ] 夏才初， 李永盛． 地下工程测试理论与监测技术 [ M] ． 上海 同济大学出版社， 1 9 9 9 ． [ 2 ] 夏才初， 潘国荣． 土木工程监测技术[ M] ． 北京 中国建 筑工业出版社， 2 0 0 1 ． [ 3 ] 王建宇． 隧道工程监测和信息化设计原理[ M] ． 北京 中 国铁道出版社， 1 9 9 0 ． [ 4 ] 单奇， 边泽强． O P C技术在隧道监控系统中的应用 [ J ] ． 交通科技 ， 2 0 0 2， 6 6 3 6 7 ． [ 5 ] 高波， 赵玉米． 岩质高边坡偏压隧道洞口段施工现场监控 量测与地质灾害预报[ J ] ． 地质灾害与环境保护， 2 0 0 2 ， 1 3 3 3 2 3 6 ． [ 6 ] 宋颖华． 高速公路隧道监控系统的方案设计[ J ] ．东北公 路， 2 0 0 0 ， 2 3 3 8 0 8 3 ． 下转第 1 6 6 页J l 6 6 重庆大学学报 2 O O 4年 [ 6 ] [ 7 ] J OHANS EN S ．S t a ti s t i c a l A n a l y s i s o f C o i n t e g r a t i o n Ve c t o r s [ J ] ．J o u r n a l o f F _,c o n o m i c D y n - m i e s a n d C o n t r o l ， 1 9 8 8 ， 1 2 ， 2 3 12 s 4 ． OB A Z I O P， A Tf AN A O， 咖HC C I ， d a 1 ． ， Gr o wt h a n d I n v e s t me n t A Ma c r o e c o n o mi c An a l ysi s U s i n 8 A P une l o f C o u n t r i e s [ J ] ．T h e R e v i e w o f E c o n o m i e s ． a n d S t a ti s t i c s ， 2 O O O ， 8 2 2 1 8 2- 2 1 1 ． [ 8 ] P R A D E E P A G B A WA L ．T h e B e l fo rt b e t w 嘲 a n d G r a w t h Col n t e s r a t i o n a n d C a u s a l i t y E v i d e n c e f r o m [ J ] ． A p e d E c o n o m i c s ， 2 0 0 1 ， 3 3 4 9 95 1 3 ． Th e An a l y s i s o f I n t e r r e l a tio n s Be t we e n Re g i o n a l Ec o n o mi c Gr o wt h a n d S a v i n g s HU Y o n g- p i n g，ZH ANG Zo n g - y i C o ll e g e o f E c o n o m i c B u s i n e s s A d m i n is t r a ti o n ， C h o n g q in g U n i v e r s i ty ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 3 0 ， C h i n A Ab s t r a c t T h e i n t e r r e l a ti o n s b e t w e e n t h e r e g i o n a l e c o n o mi c g r o wt h a n d s a v i n g s a I e舢l a l y z e d b y u s ms J o h a n s e n c o i n t e g r a - t i o n t est an d G r a n g e r c a u s a l i ty t e s t b a s e d o n e l T o r c o r r e c ti o n mo d e 1 ．Th e r e s u l t s s h o w tha t the e c o n o mi c g mw i n g i s o n e o f the ma i n f a c t o r s tha t r a i s e the a mo u n t o f sav i n g b u t d o n t inc r e a s e the s a v i ng g r o w t h r a t e i n a l l t h r e e i o n s ．A l s o t h e in- c r e l黜o f n g c o uld r e s u l t i n the e a s t e rn an d w c ate m r e g i o n e c o n o mi c g r o wt h t o s o me e x t e n t ，b u t i t d o e s t a ff e c t the c e n t r a l r e g i o n e c o n o mi c g r o wt h ．Th e r e f o r e，s o me a c ti o ns w h i c h d r i v e the eco n o mi c g r o w t h h a v e to be t a k e n i n o r d e r to r a i se the s a i ng ，an d the inc r e a s e o f the sav i n g s c ale h a v e to be c o n t rol e d t o i mp r o v e the r e g i o n a l e c o n o mi c g rowt h ． Ke y wo r d s r e g i o n a l savin g s ； reg i o n al e c o n o mic 饥 ； j o h ansen c o int e g r a ti o n t e s t ；e r r o r c o r r e c t i o n f u n c ti o n ；G r a n g er c a u s a l i ty t e S t ■辑列道芬 上接第 1 3 5页 Th e M o n i t o r M e a s u r i ng o f Hi g h wa y Tu n n e l i n Na t m D AI Ga o f e ，Y I NG S h o n g 3 ， XIA C a i - c h u ， MA O Ha i - h e 1 ．D e p a r t me n t o f G e o t e c h n i c al E n g i n e e r i ng， T o n g j i U n i v e r s i ty， S h mgh2 0 0 0 9 2 ， C h i n a ； 2 ． Th e K e y L a b o r a t o r y o f the E x p l o i ta ti o n o fS o u thwe s t R e s o u r c e s the E n vir o n me n t a l Ha , a n t s C o n t r o l 怕 g ， U n d e r the S t a t e Mi nis t r y o f E d u c a ti o n，Ch o ng q i n g u n i v e rsi ty，C h o ng q i ng 4 0 0 0 3 0，Ch i n a ； 3 ． G u i z h o u P r o v i n c e E x p r e s s D e v e l o p m e n t G e n e r a l C o r p o r a ti o n ， G u i y ang 5 5 0 0 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t I t i s i mp o r t a n t tha t mo n i t o r me a s u r i n g i s a p p l i e d i n t u n n e l i n r e g a r d to NA 1 ．． I 1 l e mo n i t o r珊明8 u l l g o f NA．I M w a s s tud i e d i n the F e n g me i y a T u nn e l i n C h o n gsu n E x p r e s s ．B a s e d o n the r e g d a r i ty and c o n diti o n s of the s u r - r o u n ding r o c k d e f o r m a ti o n o f m o n i t o r m e K s u l i n s i t e ，the o p ti m u m ti m e f o r p ri ma r y and p e r m a n e n t s u p p o r t a I e o b - 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