监控量测在芒罕隧道的应用及分析

2022-09-10

锡林浩特至乌兰浩特铁路工程芒罕隧道埋深浅, 尤其隧道进出口要穿越风积砂层, 洞室自稳能力差, 易坍塌, 是隧道施工中最大的危险源;因此现场施工中采取必要的监控量测势在必行。现场监控量测是新奥法施工的三大要素之一, 是复合式衬砌设计、施工的核心技术。通过施工现场监控量测监视围岩变化, 掌握支护结构在施工过程的力学状态和稳定程度, 确保施工安全。为确定二次衬砌和仰拱施作时机, 了解和掌握围岩变化规律, 评价和修改支护参数及施工方法。为最终稳定时间等提供信息依据, 并为以后设计、施工积累资料。因本隧道地质情况复杂, 必须加强围岩及支护的施工监控量测工作, 并贯穿于施工全过程。

1 工程概况

锡林浩特至乌兰浩特铁路工程芒罕隧道位于内蒙古自治区兴安蒙, 起止里程为D K 5 9 3+8 0 3~D K 5 9 4+3 1 9, 中心里程DK594+061, 全长516m, 为单线隧道;隧道进口位于半径R=1200m的曲线上, 隧道出口位于直线上, 全隧位于-3.5‰的下坡, 全隧线路曲线295.65m, 直线220.35m, 最大埋深45.76m。

该隧道地形为低山丘陵地貌, 地形起伏较大, 冲沟较发育, 切割较深。并且该隧道埋深浅, 尤其隧道进出口要穿越风积砂层, 其稳定性极差, 完整性差, 洞室自稳能力差, 易坍塌, 不利于隧道施工及安全。

2 芒罕隧道监控量测技术

现场监控量测其目的是: (1) 确保施工安全及结构的长期稳定性; (2) 提供监控设计的依据和信息。掌握围岩力学形态的变化和规律, 掌握支护的工作状态; (3) 指导施工, 预报险情。作出工程预报, 确立施工对策, 做到监视险情、安全施工; (4) 监控工程对周围环境影响; (5) 通过回归分析, 确定围岩变形收敛的准确时间和最大变形量, 为隧道二次衬砌的施工时间提供一个科学依据。

芒罕隧道设计监测项目及监测方法见表1所示。

结合设计规范要求及我单位施工经验, 本隧道监控量测必测重点项目为: (1) 地质和支护状况观察; (2) 水平净空收敛; (3) 拱顶下沉; (4) 地表下沉。

2.1 地质素描技术要点

爆破后立即进行工程地质、水文地质状况的观察和记录, 并进行地质素描, 地质变化处和重要地段要有照片记录。地质素描技术要点: (1) 代表性测试断面的位置形状、位置、尺寸及编号; (2) [2]岩石名称、结构、颜色; (3) 层理、片理、节理裂隙、断层等各种软弱面的产状、宽度、延伸情况、连续性、间距等;各结构面的成因类型、力学属性、粗糙程度、充填的物质成分和泥化、软化情况; (4) 岩脉穿插情况及其与围岩接触关系, 软硬程度及破碎程度; (5) 岩石风化程度、特点、抗风化能力; (6) 地下水的类型、出露位置、水量大小及锚喷支护施工的影响等; (7) 施工开挖方式方法、锚喷支护参数及循环时间; (8) 围岩内鼓、弯折、变形、岩爆、掉块、坍塌的位置、规模、数量和分布情况、围岩的自稳时间等; (9) 喷层开裂、起鼓、剥落情况描述。

2.2 芒罕隧道拱顶下沉和地表下沉测试技术要点

隧道开挖后, 围岩向坑道方向的位移是围岩动态的最显著表现, 最能反映出围岩的稳定性。因此对周边位移和地表位移的量测是最直接、最直观、最有意义、最经济的量测项目。常规隧道位移测量主要有:地表下沉测量, 拱顶下沉测量和隧道周边收敛测量等。

在地表稳定处设一固定点并引入高程, 即可进行地表下沉的观测。水平净空收敛值用收敛仪进行测量, 拱顶下沉、地表下沉的量测使用精密水准仪测量, 读数精确到0.1mm。

(1) 隧道拱顶下沉和周边收敛测量。

测试中在开挖完成后尽快埋设测点并测取初读数, 要求在24小时内完成。且测点要尽量靠近开挖断面, 要求在2m以内。量测数据整理包括数据计算、列表或绘图表示各种关系。

坑道周边相对位移计算式为:

式中:R0为初始观测值;Ri为第i次观测值;μi为第i次观测时, 该两点间的相对位移。

测尺为普通钢尺时, 要消除温度影响当温度变化大时, 应进行温度改正, 其计算式为:

式中:α为钢尺的线膨胀系数, 一般取α=12×10-6/℃;L为测量基线长;ti-t0为测量时与初测的温度差。

根据测量绘制位移μ-时间t关系曲线图或位移速度v-时间t关系曲线。根据曲线, 当围岩达到基本稳定后, 以1次/3天的频率量测2周, 若发觉无明显变形, 便结束该点的量测工作。

(2) 水准仪测拱顶下沉测量。

地表下沉点, 采用长度为40cm的φ12圆钢, 在地表同一截面处埋设砼包铁芯桩编号。洞内观测点, 统一采用40cm长Φ22螺纹钢, 在端头处焊接三角形挂钩, 便于准确测量, 见图1所示样式。地表、地中沉降观测点, 主要应布置在洞室中轴线上方的地表或地中, 在主点的横轴上也应布置必要数量的点, 另外, 在沉降区以外还应设置测点作为参照。

芒罕隧道测试断面采用单一测试断面, 即把单项测量内容布设在一个测试断面, 了解围岩和支护在这个断面的动态变化情况。隧道工程现场测量的单一测试断面沿隧道纵向间隔布置, 分以下两种情况 (1) 洞口附近和埋深小于2倍的隧道开挖洞径的洞段10m一个系统观测断面; (2) 之后200m之前, 每20m一个系统观测断面, 且拱顶下沉和周边位移尽量布设在同一断面。

2.3 量测频率的确定及数据分析

理论上讲这个期间是从开挖后开始到围岩或围岩加支护完全进入稳定状态为止, 从变形来看就是到变形收敛为止。不同的围岩地质条件, 从开挖到变形收敛所需时间各不相同, 因此, 量测时间就有长有短, 在稳定好的围岩中, 其变形收敛快, 一般量测七天就可以判断围岩稳定状态;在塑性流变性岩体中, 其收敛时间长, 有时可达两个月以上。初始读数的测取, 应在开挖后24小时内完成, 且应在下一循环开挖前完成。