隧道新奥法施工中围岩量测技术的应用

2022-09-11

根据新奥法施工原则, 在隧道施工过程中需依靠对围岩的变形观测和对观测数据的回归分析来判断隧道围岩是否稳定, 判定初期支护强度是否足够, 以及推测围岩稳定的时间和确定二衬的施做时机。

在某隧道出口段施工中, 利用ZW20型收敛仪围岩收敛计, 对围岩量测技术的应用情况, 进行了一些探索, 将量测技术应用于施工, 取得了较好的效果, 现就量测技术应用情况做一介绍。

1 围岩量测的基本情况

1.1 采用的工具:收敛仪、温度计、水准仪

1.2 量测项目 (见表1)

1.3 测点埋设及要求

隧道净空变化、拱顶下沉量测项目设置在同一断面, 量测断面的间距及测点数量设定主要依据围岩类别, 一般量测断面的布设要求见表2。

注:洞口及浅埋地段断面间距取小值。

测点埋设 (见图1) 应尽可能靠近掌子面, 一般距工作面0.5m~2.0m。测点埋好后, 应在下一循环爆破前量取第一次读数。

2 量测方法

利用ZW20型收敛仪周边收敛仪在测点埋好12h后就可进行观测。

一般重复操作三次读取三组数值, 进行加权平均计算确定测量值, 以减小误差。将数据记入“周边收敛计测试记录表”。量测频率和爆破后的时间及量测断面与工作面的距离有关, 量测频率见表3。

注:b为隧道开挖宽度。

量测频率可根据测点的实际变形情况进行调整, 当变形量小, 可降低观测频率, 当变形量大, 需加强初期支护时, 应增加观测频率。

3 数据处理与回归分析

3.1 数据计算

(1) 收敛值及收敛速度的计算:收敛值为两测点在某一时间内的距离的变化量。设T1时的观测值为L1, T2时的观测值为L2, 则收敛值△L=L1+L2。

收敛速度△V (t) =△L/△T, 其中△T=T2-T1。

(1) 利用水平仪观测的拱顶下沉。

Hi, Hi-1:第i次及第i-1次拱顶测点标高值。

(2) 用收敛仪量测的三点收敛情况。

(2) 温度校正计算。

实际测量值=修正后的钢尺长度+千分尺的读数。

式中:L′为温度修正后的钢尺实际长度;

Ln为第n次观测时钢尺的长度读数;

a为钢尺线膨胀系数, 取a=126×10-6℃;

T0为首次观测时的环境温度 (℃) ;

Tn为第n次观测时的环境温度 (℃) 。

(3) 计算各点的相对位移。

A, B, C三点的位移分别为:△A=Xa-X′a;△B=Xb-X′b;

△C=H-H′。

3.2 绘制位移图

根据各点的位移值, 计算出各点相对于初始值的累计位移。

3.3 数据分析与应用

根据各点的累计位移及变形曲线, 分析位移情况, 当位移曲线发生突变或变形速率增大时, 应密切注意围岩的稳定情况, 提早做好加强准备, 防止出现意外, 当变形累计量已达允许收敛量的70%或接近, 且收敛速度无明显下降时, 应立即采取措施, 加强初期支护。当发现收敛速度明显下降, 收敛速度小于0.2mm/d, 且收敛量已达总收敛量的80%时, 可以安排进行二次衬砌。

对观测数据分析应用的同时, 还要结合现场的观察情况进行综合分析判断, 要根据隧道施工的总体安排, 决定对围岩进行加强支护或确定施做二次衬砌。

4 对围岩量测技术中问题的认识

围岩量测技术是新奥法施工中判定围岩稳定的有效手段, 充分利用围岩量测技术, 可以有效地防止塌方, 保证支护稳定和施工安全。

开挖支护后, 围岩稳定与否, 支护强度是否足够, 变形何时稳定, 都只有靠围岩量测这一手段来判定, 这是有理论依据的。

(1) 经过实践和实际观测, 我们发现, Ⅱ-Ⅲ级围岩在开挖后, 围岩非常稳定, 变形很小, 稳定时间长, 在实际施工中可减少或取消对围岩的变形观测。

对于较差的Ⅳ-Ⅴ级围岩地段, 围岩量测是十分必要的。地质条件差, 不可预见因素很多, 突发事件—如塌方发生的可能性较大, 在围岩量测中常会出现变形过大及变形不止的现象, 在这种情况下, 应坚持早衬砌的原则, 确保施工安全, 防止塌方发生, 而不能机械地按照新奥法施工要求, 在围岩变形“明显下降, 收敛量达总收敛量80-90%, 收敛速度<0.2mm/d”时施做二次衬砌。

(2) 由于围岩软弱和地质结构的不均匀性, 有时会出现局部变形现象, 这时仅靠围岩量测仪是不够的, 为全面反映围岩的变形情况, 还要靠现场观察和借助水平仪观测等手续。

我们总会遇到一个问题:何种支护体系既满足施工的要求, 而且又很经济。对于这个问题, 通过隧道新奥法施工, 我们认为对于不同的围岩一般按每两米一个断面观测拱顶下沉, 每10m进行一次三点收敛量测的观测形式是满足施工要求的。

但如此形成的支护体系, 也不是绝对安全的, 在初期支护完成之后, 仍可能出现较大的变形, 于是就产生了:当既定的支护体系不足以有效的控制围岩变形逐步增大时, 如何采取补助措施。为了避免它的出现, 一是做好预防, 二是采取加强支护措施。