王家梁隧道施工监控测量技术

摘 要：介绍宝天高速公路王家梁分离式隧道开挖施工过程中隧道的监控测量,并通过隧道监控测量数据分析,预测隧道变形形态,进而确定隧道二次衬砌的时间,保证施工安全,指导隧道施工.

关 键 词：公路隧道监控测量收敛数据数据分析

1工程概况

王家粱隧道为分离式双洞单向行驶隧道,其左线起讫桩号为ZK184+365～ZK185+930,隧道长度1565m；右线起讫桩号为K184+349.91～K185+865,隧道长1515.09m.隧道穿越地层为黄土、冲洪积卵石层和强风化砂砾岩层,地质围岩分类为V级、Ⅳ级,地质情况较差,隧道覆盖层浅,属浅埋隧道,开挖时覆盖层极易出现岩层失稳,并有塌方出现的可能.

王家梁隧道按照新奥法原理设计,洞身采用柔性支护体系结构的复合式衬砌,即以锚杆、喷射混凝土、钢拱架、格栅钢架等为初期支护,超前注浆小导管为施工辅助措施,充分发挥围岩的自承能力,在监控测量信息达到要求后,进行二次模注衬砌.

2监控量测的项目与方法

2.1监控量测的项目与方法

现场监控量测根据设计要求、隧道横断面形状和断面大小、埋深、围岩条件、周边环境及支护类型分为必测项目内容和选测项目内容,必测项目在施工中必须按照一定频率进行测量,选测内容根据工程需要进行测量,在量测实施过程中,测点设置应可靠,易于识别,并妥善保护.

2.2必测项目

2.2.1洞内外观察

包括掌子面岩石种类、特性、地下水类型以及开挖工作面的稳定状态观察；洞口地表情况、地表沉陷、边坡、仰坡的稳定、地表水渗漏观察；已施工区间渗漏水情况（位置、状态、水量等）,施工支护表面喷射砼的裂缝状态（位置、宽度、长度）描述和记录,有无锚杆被拉坏或垫板陷入围岩内部情况,钢拱架有无被压屈现象,是否有底鼓现象.

2.2.2地表沉降

隧道的进出口段通常位于软弱、破碎、自稳时间较短的岩层中,隧道地表下沉量测与洞内周边位移和拱顶下沉量在同一个横断面内,横向布置间距为2-5m,布置7-11个测点,隧道中线附近密些,远离隧道中线处疏些,地表下沉量测应在开挖面前方隧道埋置深度与隧道开挖高度之和处开始,直到衬砌结构封闭,下沉基本停止为止.

2.2.3周边位移

周边位移量测应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等情况,在地质条件良好,采用全断面开挖方式中,可设一条水平侧线；当采用台阶法开挖时,可在拱腰和边墙角部位各设一条水平测线.水平位移量测频率根据位移速度和量测断面距开挖面距离确定.

2.2.4拱顶下沉

拱顶下沉量测采用水准仪,且应与水平收敛测量在同一量测断面内进行,测点埋设在隧道拱顶轴线处,为保证测量精度,在隧道轴线左右个增加一个测点,拱顶下沉量测时间延续到拱顶下沉稳定后.

以上必测项目在施工初期阶段、地质条件差地段、或者变形和位移数率较大时,应适当增加量测断面和量测频率,施工中应主要保护测点,确保量测数据的连续性,按照规范规定的量测频率进行数据采集,收集所有量测数据.

2.3选测项目

选测项目包括：钢架内力及外力,围岩体内位移,围岩压力,锚杆轴力,支护、衬砌应力等.选测项目根据工程需要和业主要求,在具有代表意义的区段进行选择性监控量测.

3监控量测的数据整理、分析

施工测量前做好准备工作,对测量仪器进行标定、养护.在测量过程中注意保护测量原始数据和测点.由于现场量测所得到的原始数据,不可避免的带有一定离散性,其中包含测量误差甚至测试错误,须对同一量测断面的各种量测数据进行分析比对,相互印证,以确定量测结果的可靠性.通过量测数据分析、整理绘制位移、应力、应变随时间变化的曲线时态图.通过数理分析预测最终值和各阶段的变化速率.

由于量测的误差所造成的离散性,按实测数据所绘制的位移等物理量随时间或空间变化的散点图上波动,很不规律,难以分析.因此对量测数据采用统计学原理进行分析,并以相应的数学公式进行描述,通过用回归分析对量测数据进行处理和计算,可以预测位移最终值和各阶段的变化率.常用以下指数、对数和双曲三种曲线函数进行线性回归计算：

①对数函数：u等于A+Bln(1+t)

u等于ln[(B+T)/(B+t0)]

②指数函数：u等于Ae-B/t

u等于A(e-Bto-e-BT)

③双曲函数：u等于t/(A+Bt)

u等于A[1/(1+Bt0)]2-[1/(1+BT)]2]

式中：u――位移值（mm）；A、B――回归系数；t――量测时间,d；t0――测点初读数时距开挖时的时间,d；T――量测时距开挖时的时间,d.

根据对隧道的监控量测数据进行分析处理,比照隧道周边允许相对位移值和变形管理等级,生成如下有关表图.

①当量测隧道周边位移变化速度率不大于表中所列隧道允许相对位移值的2/3既速度变化小于0.2mm/d时,可认为隧道初期支护状态达到基本稳定；当隧道拱架水平相对净空变化速度大于1mm/d时,表明围岩处于急剧变化状态；当变化速度小于0.2mm/d时,可认为围岩达到基本稳定,可以进行二次衬砌施工.

②当时间-位移曲线出现反弯点时,表明围岩和支护已呈不稳定状态,此时增加量测频率、密切监视围岩动态,并加强支护,必要时暂停开挖.

③隧道周边任意点的相对位移值或回归分析推算的总相对位移值均小于允许相对位移表所列数值.当位移率无明显下降,而此时实测位移值已接近表列数值,或喷层表面出现明显裂缝时,立即采取补强措施.并调整原支护设计参数或开挖方法.

对于V级围岩,二次衬砌按承受部分围岩压力进行设计,应根据测量结果确定二次衬砌适当的施做时间,二次衬砌过早可能会承受过大荷载,施做过晚可能会造成初期支护破坏.

4结论与体会

隧道监控测量是新奥法施工的重要环节,新奥法隧道施工即容许围岩适度变形,又要控制围岩过渡变形.通过隧道监控测量为隧道的开挖、施工支护以及二次衬砌提供了动态数据分析,预测和确认隧道围岩最终稳定时间,指导施工顺序和施做二次衬砌的时间.通过监控测量数据结果可以直接应用到后续同类型围岩中或者间接地应用到其他类似工程中,作为施工的参考资料.