【word】 桃园二号隧道新奥法施工监测技术

【word】 桃园二号隧道新奥法施工监测技术 桃园二号隧道新奥法施工监测技术 2011年第8期 铁道建筑 RailwayEngineering39 文章编号:1003.1995(2011)08—0039.04 桃园二号隧道新奥法施工监测技术 程浩,周建春 (华南理工大学,广州510640) 摘要:通过桃园二号隧道新奥法施工的现场监控量测,掌握围岩的动 态变形特征与稳定性状况,对 和施工的合理性进行评估和信息反馈,及时发现险情和采取相关处 治措施,指导高效施工,为保证 隧道施工安全发挥了重要的作用. 关键词:隧道新奥法监控量测施工 中图分类号:U455.481文献标识码:B 新奥法(NATM)作为一种隧道施工方法,其基本 原理是运用各种手段(开挖方法,支护形式,监控量测 等)抑制围岩变形,最大限度地发挥围岩自身的承载 能力,使隧道施工更安全,更经济,而其经济性与安全 性就是通过现场监控量测所获得的围岩,支护系统的 应变和应力信息及时反馈应用于隧道设计和施工中来 实现的.监控量测是新奥法施工的核心,也是隧道动 态反馈设计与信息化施工的精髓所在.在施工过程中 通过现场监控量测,及时掌握围岩在开挖过程中的动 态和支护结构的稳定状态,提供有关隧道施工的全面, 系统信息资料,以便及时调整支护参数,通过对量测数 据的和判断,对围岩——支护体系的稳定状态进 行监控和预测,并据此制订相应的施工措施,以确保洞 室周边岩体的稳定以及支护结构的安全. 1工程实例概况 桃园二号隧道是广州市增(城)一从(化)高速公 路上的一座上,下行分离的四车道短隧道,位于从化市 温泉镇桃园中田村.左线隧道长177m(ZK55+455一 ZK55+632),右线隧道长187In(YK55+445一YK55 +632).隧道按新奥法原理和《公路隧道设计》 (JTGD70--2004)的技术进行设计,建筑限界净 宽为10.75m,限高5.00m.隧道进口端(增城端)无 施工道路,施工采取左,右洞分别从出口端向进口端单 向开挖. 隧道沿线山体海拔高度为91.2,211.2m,相对 高差约120.0m,最大埋深<50.0m.隧道进口斜坡 坡度较缓,出口斜坡坡度较陡,下伏基岩主要为侏罗系 收稿日期:2011—03-04;修回日期:2011—05—18 作者简介:程浩(1985一),男,湖北黄冈人,硕士研究生. (J)凝灰岩.隧道围岩级别?,V类,围岩软硬不均, 开挖跨度大,稳定性差,洞身围岩为强风化凝灰岩,偶 夹中一微风化凝灰岩,富含孔隙水.隧道区地下水可 分为第四系坡残积土及强风化带孔隙水,基岩强,微 风化凝灰岩基岩裂隙水,水量大小受裂隙发育程度及 季节变化影响,补给来源主要为大气降水下渗补给. 隧道区地表水主要为流溪河水系上游支流,地表水主 要接受地下水及大气降水的补给,顺地表汇人冲沟及 河流. 2监控量测的内容和实施 根据相关规范设计要求和桃园二号隧道的实际情 况,本次监控量测内容分为必测项目和选测项目(见 表1).必测项目是为了确保在施工过程中的围岩稳 定和施工安全而进行的经常性量测工作,对监视围岩 稳定,指导设计和施工具有重要意义;选测项目是必测 项目的拓展和补充,既可对已完成的支护实施有效监 控做出评价,又可对未开挖地段提供参考信息,指导未 来设计和施工,以便更深入地掌握围岩稳定状态与支 护效果.测点应布置在具有代表性的地段,隧道拱顶 下沉,周边收敛,围岩内部位移测点尽量布置在同一断 面,锚杆轴力,钢支撑内力,二次衬砌应力等测点应布 置在同一断面上,以便监测结果相互印证.监测断面 测点布置见图1所示. 3数据的采集与分析 隧道监控量测作为新奥法的三大核心之一,对评 价隧道施工方法的可行性,设计参数的合理性,积累建 设经验等具有重要意义.通过对实测数据的现场分析 处理,及时向业主,设计方,监理方及施工方提供分析 资料,直接服务隧道施工,为判断隧道围岩开挖后的稳 40铁道建筑August,2011 围岩宕瓣舅澄鹧:锚杆轴力业主?=衬砌应力 图1隧道监测断面布置示意 定状况和及时把握二次支护时机提供科学依据. 3.1地表沉降观测 桃园二号隧道出口为V级围岩,埋深较浅,为坡残 积土,强风化凝灰岩,遇水极易软化,崩解,易引起山体 滑塌.2010年2月28日在隧道出口地段(中心桩号 ZK55+605)共埋设地表沉降测点16个,测点间距2, l 槲 黉 5m.用DSZ2+FS1精密水准仪进行观测,历时66d, 从获取的量测数据来看,考虑测量误差,地表无明显沉 降,隧道的掘进是安全的.以左线拱顶上方各测点为 例,地表沉降时空变化曲线见图2,其中4号点在隧道 中线上.从图2中可以看出随着隧道的开挖,地表测 点下沉波动较大,上断面开挖对地表下沉影响显着,下 断面开挖的影响则相对较小;在经过35d后,地表沉 降基本稳定,沉降值在3.5,7.3mm之间. 3.2开挖段工作面的观察 每个开挖循环完成时立即进行地质观察,绘出地 质素描图.如遇特殊地质情况或危险地段时,应进行 不间断观察.开挖段工作面的观察主要有:掌子面结 构面产状及稳定状态,围岩级别是否与设计相符,岩层 节理裂隙,断层分布和形状,涌水情况,是否有仰拱隆 起现象.对于已施作初期支护地段,还需加强对围岩 动态情况的观察,锚杆的受力变形情况,喷射混凝土是 否发生裂隙和剥离现象,拱架有无被压坏变形等. 2010-03-012010-03-092010-03-172010-03-252010-04-02201O—O4— 102010-04-18201O—O4-262010-05-04 日期(年一月一日) 图2地表下沉时空变化曲线 删 趟 值 摒 2011年第8期桃园二号隧道新奥法施工监测技术41 :j:jjjji!!j !!!!!!!!!:::::::::: L_-一 一右线上台阶距监测断面距离扒l卜二,,\j,1}—’:’卜-:,.—?,1『’ ?? iJ?,:.:.:?I:.:?:?—.,一: ‘ : 『:.『一’:’::,—,? 『厂一:, IIillIli;lI, 一 ..-一一t..+叫一卜卜一卜_一卜一1::0.}.:,; g 咖 趟 喧 摒 2O1o-1o-O4O-oO一1o_1o_lo_1o-1o_24o_1291 日期f年一月一日) 图+监测断面拱顶下沉和周边收敛时空变化曲线 3.3隧道拱顶下沉及周边收敛量测 通常情况下,浅埋隧道的拱顶下沉和周边收敛是 判断围岩是否稳定的重要标志,为二次衬砌的施作提 供依据.年10月,当上台阶预留核心土开 挖至+里程时,桃园二号隧道右洞掌子面往 大里程方向附近(++5)出现多处 裂缝,裂缝均出现在行车方向左侧,呈环向状,整体向 大里程方向错位,最大裂缝宽达.据此,施工单 位随即对掌子面进行喷射混凝土封闭处理,并对 ++段采用工字钢套拱及米字拱架等 临时加固处理.为保证初期支护的变形不再继续扩 大,施工单位随后又喷射混凝土封闭裂缝,采取小导管 单液水泥注浆加固措施,小导管呈梅花状布置,环向问 距约.从图3所示的拱顶下沉及周边收敛监测 结果来看:量测中拱顶下沉及周边收敛变化基本相似, 周边收敛值略低于拱顶下沉变形量值,其中拱顶下沉 变形在初期速率很大,在小导管注浆阶段又有一次显 着的变化,变形进一步扩大.但随着小导管浆液的硬 化和其他支护系统发挥作用,在经过大约后围岩 堇 辑 零 变形得到基本控制,拱顶下沉及周边收敛逐渐趋于稳 定,说明采用的方法及辅助措施是适当的,可继续进行 洞口段的下台阶开挖作业和二次衬砌的施作. . 钢支撑内力和二次衬砌应变量测 桃园二号隧道钢支撑内力监测间距初步定为:? 类围岩,类围岩,特殊地质情况适当加密, 监测频率根据施工具体情况调整.代表性选测断面 +在施工过程中,工字钢拱架各测点监测到 的内力总体呈现出”上大下小”的走势,如图4所示. 其中拱部处内力稳定值为.,.之间,左,右 两侧拱腰部位的内力稳定值分别为3.和5.5, 下台阶开挖后左,右两侧拱脚部位的内力稳定值分别 为.和5.,总体上都处于可控范围内,说明 初期支护基本能适应围岩的变形. 二次衬砌混凝土应变计埋设在+断面 上,5个测点呈对称布置.从测得的二次衬砌应变时 空变化曲线(图)可知,自年1O月3埋设后, 二衬应变一直处于缓慢变化过程,变化值较小并很快 趋于稳定,说明该断面二次衬砌中的钢筋和混凝土受 :i.一;?;;_J’一oa— _,? ? -?a’u ?叫—J—i—rI,:_? —- O一左拱胛钢夏挥内力受化曲线 — ,一拱顶钢支撑内力变化曲线? —,一右拱脚钢支撑内力变化曲线 —- ?一左拱腰钢支撑内力变化曲线? 一左拱腰钢支撑内力变化曲线 一右线上台阶距监测断面距离_ ,-—?一—丫 ‘/:: — ..j.—上..r:r--?_-??0 ‘‘‘‘,一—?’——o一o-—_6— :::: 一:::: 1o-07一1o820l1—042011—11O一1l一182O10—1l—25 图+监测断面钢支撑内力时空变化曲线图 吕 咖 喧 摒 ?如加m0 42铁道建筑 量 叔 通 图5ZK55+565监测断面二次衬砌应变时空变化曲线 力较为正常,所采用的二次衬砌支护参数是安全的. 3.5锚杆轴力量测 通过锚杆拉拔力检测,可以测定锚杆的锚固力是 否达到设计要求,判断围岩变形发展趋势,评价锚杆的 支护效果.采用快速量测法,使用设备为ZY一30型锚 杆拉力计,平均每20m检测一个断面,检测值根据? 级围岩段单根要求抗拔力不小于80kN,V级围岩衬 砌段要求单根抗拔力不小于50kN作为标准,采用非 破坏性试验方法. 3.6围岩内部位移量测 通过围岩内部位移的量测,判断隧道围岩松弛范 围.根据现场实测数据,隧道整体变形较小,稳定情况 比较好;围岩内位移值也不大,围岩内变形随着深度的 增加有减小的趋势. 4结束语 监控量测是隧道新奥法施工的重要内容,在桃园 二号隧道出口段施工中,自始至终坚持”勤量测”的原 则,跟踪掌握围岩和支护的动态变化,确保隧道施工的 安全性和经济性.通过量测及时对个别围岩失稳趋势 暑 咖 毯 虐 擗 的区段提供了预报,为施工单位及时调整支护参数及 确定二次衬砌的施作时间提供了依据,达到了科学指 导施工和完善设计的目的,也为今后类似工程的施工 提供了借鉴. 参考文献 [1]徐林生.娄山关隧道新奥法施工监测研究[J].公路,2008 (3):222—223. 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