淺談TANAFINIT水工隧道監(jiān)控量測技術(shù)

摘 要:摩洛哥王國OUM-RRR，BIA水電整治項目TANAFINIT水工隧道因其開挖斷面小、圍巖類型變化大，給隧道施工帶來很大的困難。為保證整個工程按時、安全完成，我們在施工中引入測量監(jiān)控技術(shù)，測量監(jiān)控是新奧法隧道施工的特征之一，采用此技術(shù)可有效掌握隧道施工中圍巖動態(tài)變化過程，通過對監(jiān)控數(shù)據(jù)的回歸分析可以全面預(yù)測圍巖的實時位移、沉降，進(jìn)而準(zhǔn)確地指導(dǎo)隧道在施工中采用相應(yīng)的開挖及支護(hù)方法，同時對圍巖和支護(hù)在施工過程中的力學(xué)動態(tài)及穩(wěn)定程度得以最大程度的準(zhǔn)確預(yù)測，為保證施工安全、調(diào)整掘進(jìn)進(jìn)尺和施工作業(yè)方法的選擇提供了可靠信息依據(jù)。本文擬以某較破碎段地質(zhì)圍巖類型為例，探討了采用監(jiān)控量測技術(shù)在隧道施工中的實施及應(yīng)用，說明隧道監(jiān)控量測對施工過程的重要影響。

關(guān)鍵詞:監(jiān)控量測方案監(jiān)控量測回歸分析

中圖分類號:U455.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(c)-0058-02

1 工程概況

摩洛哥OUM-RRR，BIA水電整治項目TANAFINIT水工隧道全長2942.43m，工程包含:岸塔式進(jìn)水口、壓力隧洞、平衡井、頭閥室、壓力管道開挖和廠房基礎(chǔ)開挖等幾部分，隧道穿越圍巖類別較多且?guī)r性經(jīng)常變化，圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水易滲入導(dǎo)致圍巖軟化而失去穩(wěn)定。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點洞室凈空除:0+846.16～1+268.16開挖斷面為4.05m屬鋼板襯以外，其余地段開挖斷面為:3.70～4.05m，襯砌后直徑均為:3.0m，以錨桿濕噴鋼纖維混凝土為初期支護(hù)，并根據(jù)不同的圍巖類別輔以超前砂漿錨桿和工字鋼拱架等輔助支護(hù)措施，以鋼筋混凝土和鋼纖維混凝土為二次襯砌。該隧道區(qū)址處于中低山構(gòu)造侵蝕--河谷地貌區(qū)，山體坡度峻陡，多大于50°，河谷呈“V”字形。隧道區(qū)址地表水主要為大氣降水，由于隧道洞底設(shè)計標(biāo)高低于OUM-RRR，BIA河底標(biāo)高10m左右，故滲透地下水豐富，在隧道中線沿線及掌子面有泉水涌出，流量較大。區(qū)址內(nèi)標(biāo)高一般在1060～1135m，最高在1+580.00處，地表標(biāo)高1135m，最低在隧道出口處，標(biāo)高1070m，相對高差65m，隧道走向與山脊走向多近于平行。

2 隧道監(jiān)測項目及目的

(1)地質(zhì)及支護(hù)狀況觀察:對所選擇的開挖面的巖性、巖層產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)面、斷層等工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況以及初期支護(hù)完成后噴射混凝土層表面的裂縫狀況進(jìn)行觀察和描述，預(yù)測開挖面前方的地質(zhì)條件，并為判斷圍巖的穩(wěn)定性提供地質(zhì)資料，觀測有無錨桿被拉脫或墊板陷入圍巖內(nèi)部現(xiàn)象，分析初期支護(hù)的可靠程度。(2)隧道周邊水平收斂和拱頂下沉量測:為判斷隧道穩(wěn)定性提供可靠信息，以圍巖變位速率為標(biāo)準(zhǔn)判斷二次襯砌的支護(hù)時機，利用量測信息的反饋，判斷初期支護(hù)設(shè)計與施工方法是否穩(wěn)妥，從而達(dá)到修改支護(hù)設(shè)計和指導(dǎo)施工的目的，洞內(nèi)監(jiān)控量測點布置如圖1所示:(3)地表沉降:了解地表下沉的范圍以及下沉量的大小，地表下沉量隨工作面推進(jìn)的變化規(guī)律，地表下沉穩(wěn)定的時間。(4)圍巖內(nèi)部位移量測:了解隧道圍巖松弛區(qū)位移量及圍巖應(yīng)力隨深度的分布，了解圍巖內(nèi)位移范圍，判斷錨桿長度是否適宜，為準(zhǔn)確判斷圍巖的變形發(fā)展提供數(shù)據(jù)。

3 監(jiān)控量測方案設(shè)計與監(jiān)控量測方法

3.1 監(jiān)控量測方案流程(圖2)

3.2 監(jiān)控量測方法

(1)地質(zhì)方法:每次爆破后由專業(yè)地質(zhì)工程師進(jìn)洞進(jìn)行地質(zhì)素描，內(nèi)容包括:掌子面正面及側(cè)面巖石走向及穩(wěn)定狀態(tài)、巖層產(chǎn)狀、巖性風(fēng)化程度、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、掉塊現(xiàn)象、涌水情況、水質(zhì)情況、水的影響等，地質(zhì)變化處和重要地段需要照片記載。初期支護(hù)完成后應(yīng)進(jìn)行噴射混凝土層表面的觀察和記錄并進(jìn)行裂縫描述，同時定期對地表水文環(huán)境進(jìn)行觀測和監(jiān)測記錄，及時了解隧道施工對地表水的影響，確定施工控制措施。(2)周邊水平收斂量測:周邊水平收斂量是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化的最直觀反映。是洞內(nèi)監(jiān)測的重要內(nèi)容之一，隧道斷面的收斂量測包括:量測凈空水平收斂、拱頂下沉兩部分，水平收斂量測斷面的間距通常為:IV類及以上圍巖不大于40m，III類圍巖不大于25m，II類圍巖應(yīng)小于20m，圍巖變化處應(yīng)適當(dāng)加密，在各類圍巖變化的起始地段增設(shè)拱頂下沉測點1～2個，水平收斂1～2對，當(dāng)發(fā)生較大涌水時，II、III類圍巖量測斷面的間距應(yīng)縮小至5～10m。凈空水平收斂測點的布置應(yīng)根據(jù)施工方法、地質(zhì)條件、量測斷面所在位置、隧道埋置深度等條件確定。考慮到本隧道涌水狀況按每10m一個量測斷面采用DQD1-XJG-21型隧道位移計(收斂計)進(jìn)行量測，從而獲得該量測斷面上兩點在連線方向上的相對位移(即收斂值)，通過對周邊位移的量測可以掌握圍巖的變形趨勢和規(guī)律，為支護(hù)系統(tǒng)、施工方法的選擇提供詳細(xì)資料。拱頂下沉量測是隧道周邊水平收斂量測的有力補充。TANAFINIT水工隧道采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在水平收斂測點的同一斷面拱頂軸線處埋設(shè)一個監(jiān)控量測點，通過對拱頂下沉絕對值的量測，了解斷面變形并判斷其穩(wěn)定情況。測量時盡量保證前后視距相等，以減少誤差。(3)地表下沉量測:此項量測僅在隧道淺埋地段進(jìn)行，其測點的布置與拱頂下沉及周邊收斂測量的測點在同一斷面內(nèi)，地表下沉量測在開挖面前方(h+8)m處開始(h為隧道埋深)，直到開挖面后方40～65m下沉基本停止時為止。其量測頻率原則上采用1次/d～2次/d的頻率。

4 監(jiān)控量測項目的管理基準(zhǔn):

據(jù)施工圍巖類別和現(xiàn)場圍巖監(jiān)控量測條件、支護(hù)類型和施工方法，監(jiān)控量測項目分為必測項目(A類量測)和選擇項目(B類量測)兩大類，采用《水工隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則》的三級監(jiān)測管理并配合位移速率作為監(jiān)測管理基準(zhǔn)。即將允許值的2/3作為警告值，允許值的1/3作為基準(zhǔn)值，將警告值和允許值之間稱為警告范圍，實測值落在此范圍應(yīng)提出警告，說明應(yīng)商討并采取加固方案避免發(fā)生較大程度安全事故，預(yù)防最終位移值超限。警告值和基準(zhǔn)值之間稱為注意范圍，在此范圍內(nèi)基本說明圍巖變形很小只需在施工中注意掉石、裂縫的觀察。實測值落在基準(zhǔn)值以下，說明圍巖是穩(wěn)定的。現(xiàn)場監(jiān)測時，可根據(jù)監(jiān)測結(jié)果所處的管理階段來選擇監(jiān)測頻率:一般Ⅲ級管理階段監(jiān)測頻率可放寬些，Ⅱ級管理階段則注意加密監(jiān)測次數(shù)，I級管理階段則應(yīng)加強監(jiān)測，通常監(jiān)測頻率為1次/d或2次/d。

5 量測數(shù)據(jù)的處理及應(yīng)用

根據(jù)現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)利用Excel統(tǒng)計繪圖功能，繪制位移一時間曲線，在位移－時間曲線趨平緩時進(jìn)行回歸分析，據(jù)推算最終位移掌握位移變化規(guī)律。依位移變化速率判斷圍巖穩(wěn)定狀況:凈空變化速率大于1.0mm/d時，圍巖處于急劇變化狀態(tài)，此時應(yīng)與施工部門及時勾通宜采用:超前小導(dǎo)管施工或加強系統(tǒng)錨桿施工如有必要還需輔助鋼拱架施工加強初期支護(hù)系統(tǒng)，必要時應(yīng)停止掘進(jìn)。當(dāng)凈空變化小于0.2mm/d時圍巖達(dá)到基本穩(wěn)定(圖3)。

6 結(jié)語

現(xiàn)場監(jiān)控量測是監(jiān)控施工中圍巖穩(wěn)定性、圍巖收斂變形及其程度的重要手段，在監(jiān)控量測實施過程中應(yīng)嚴(yán)格落實:“定員、定時、定儀器、定點、固定方法”的“五定”原則，避免使監(jiān)控流于形式。搞好監(jiān)控量測可及時將量測信息反饋到施工組織中去，在第一時間掌握圍巖及支護(hù)在施工過程中的力學(xué)動態(tài)及穩(wěn)定程度，為保障施工安全，評價、修改初期支護(hù)設(shè)計參數(shù)，調(diào)整掘進(jìn)進(jìn)尺和施工方法選擇及二次襯砌施作提供重要信息依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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