围岩量测技术在老鸦峡隧道中的应用
08-22 12:25:43 浏览次数:850次 栏目：桥涵工程
标签：工程设计,
围岩量测技术在老鸦峡隧道中的应用,http://www.gong66.com
娄奕红1 王秉勇2 (1佛山科学技术学院土木工程与建筑学系，广东佛山528000；2中铁西北科学研究院，甘肃兰州730000) 摘要：以实际工程为例，系统地阐述了隧道工程中围岩量测技术的量测方法、注意事项、量测数据的处理，以及围岩稳定性的判别方法；通过施工现场监测， 娄奕红1 王秉勇2(1佛山科学技术学院土木工程与建筑学系，广东佛山528000；2中铁西北科学研究院，甘肃兰州730000)摘要：以实际工程为例，系统地阐述了隧道工程中围岩量测技术的量测方法、注意事项、量测数据的处理，以及围岩稳定性的判别方法；通过施工现场监测，掌握围岩和支护在施工中的力学动态及稳定程度。关键词：隧道工程；围岩量测；方法；数据处理1 工程概况马平高速公路老鸦峡2#隧道是分离式双洞(左右线)单向行驶隧道。隧道出口段地质围岩分为三类：洞口段为ⅰ类围岩，地质情况为卵石，砂土填充，无胶结，同时存在采空区(在隧道进洞之前已对采空区进行了回填封堵灌浆处理)，易发生大的塌方；紧接ⅰ类围岩为ⅲ类围岩，地质情况为石英闪长岩，小节理裂隙发育，局部受风化影响节理裂隙发育；然后是ⅳ类围岩段，地质情况为石英闪长岩，小节理裂隙发育。整条隧道地下水位于设计高程以下，不发育，隧道开挖最大跨度为155 m，最小为13 m，开挖高度为11 m。2 量测项目根据现场实际情况，进行了以下几项量测：洞内观察，地表下沉量测，拱顶下沉量测，周边收敛量测。3 量测3.1 洞内观察隧道在开挖后要进行地质观察，在支护完成后对已支护地段要进行观察。对开挖的围岩观测包括以下几项：(1)节理裂隙发育程度及方向；(2)开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌现象；(3)涌水情况：涌水的位置、涌水量、水压等；(4)是否有底板隆起现象。对初期支护段围岩观测主要有以下几项：(1)是否发生锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；(2)喷混凝土是否发生裂隙和剥离或剪切破坏；(3)钢拱架有无被压变形情况。3.2 地表下沉量测地表下沉量测布置在4 b～6 b(b主洞室宽)范围，中线附近密些，外侧渐稀。(1)测点埋设：在埋设点挖长、宽、高均为20 mm 的坑，然后放入沉陷测点，测点一般采用25 mm 长、350 mm半圆头钢筋制成。测点四周用混凝土填实。在开挖影响范围以外设置水平基点2个 ～3个。水平基点埋设方法同上。(2)量测——沉陷量计算：使用普通水准仪和水准尺，测出各沉陷量测点的标高，然后按下式计算沉陷量。un=a0-（a基-r后+r前)（1）式中un——第n次量测下沉量，mm；a０——测点初始标高，mm；ａ基——水准基点标高，mm；r后——第n次量测后视读数，mm；r前——第n次量测前视读数，mm。3.3 拱顶下沉在拱顶部位布设一个测点，中线两侧2 m处拱腰部位布置两对称测点，三个点位于一个断面，布设时采用全站仪测放，量测断面的间距为ⅰ类围岩段10 m，ⅲ类围岩段15 m，ⅳ类围岩段20 m，量测间隔时间：1d～15d1次/d；16 d～1个月1次/2d；1个月～3个月1次/周。下沉量计算：un=a０-（ａ基-r后+r前)(2)式中un——第n次量测下沉量，mm；a０——测点初始标高，mm；ａ基——水准基点标高，mm；r后——第n次量测后视读数，mm；r前——第n次量测前视读数，mm。华东公路2002年第4期2002年第4期娄奕红，王秉勇：围岩量测技术在老鸦峡2#隧道中的应用3.4 周边位移周边位移量测主要量测两侧边墙收敛值。布设测点如下：在ⅳ类围岩中，每隔50 m布置一个断面；ⅰ类、ⅲ类围岩每隔20 m布设一个断面。每个断面布置3对测点，在楔形体范围内大致布置于上中下，每组两个测点保持在水平位置。4 量测数据的处理采用隧道净空变化值(收敛值)作为信息反馈值。收敛值指隧道周边两测点连线方向上相对位移值，所以必须把它换算成两测点的绝对位移值，换算的方法按几何关系有：(ui-uj)cosaij+(vi-vj)sinaij=dij(3)式中ui、uj、vi、vj——i、j两测点绝对位移的水平和垂直分量；a——ij连线与水平方向夹角，按逆时针方向为正；d——基线ij方向的收敛值。采用一元非线性回归方程。指数方程：u=a(1-e-bt)(4)当量测时间t１=t2时，则解得回归系数a=u２１/(2u1-u2)b=1/tln［u１／（u２-u１)］(5)当量测时间t2=2t1，则用拉格朗日插值方程求解2t1时www.gong66.com的量测值u，然后再用两倍时差求解a、b值，u=［(t3-2t1)u2+(2t1-t2)u3］/(t３t2)(6)得出回归方程后，可以绘出位移时间曲线，得出某一时刻位移速率，从位移时间形态、位移速率与某临界值相比较，确定采用何种支护结构及支护结构施作时间。施工规范中规定隧道周边允许相对位移值(%)如表1。5 围岩稳定性判别标准位移——时间曲线的形态，根据岩体的流变特性，岩体破坏前的变形曲线分成三个区段。分别如下。(1)基本稳定区：变形速率不断下降，d2u/dt＜0时，表明围岩趋于稳定，支护是安全的。(2)过渡区：变形速率长时间保持不变，d2u/dt=0，表明支护要加强同时及时调整施工程序。(3)破坏区：变形速率逐渐增加，d2u/dt＞0时，曲线出现反弯点，表明围岩已达到危险状态，必须立即停工加固。表1规范规定隧道周边允许相对位移值围岩类别〖〗覆盖层厚度(m)小于50〖〗50～300〖〗大于300允许相对位移值ⅳ〖〗010～030〖〗020～050〖〗040～120ⅲ〖〗015～050〖〗040～120〖〗080～200ⅱ〖〗020～080〖〗060～160〖〗100～300注：①相对位移值指实测位移值与两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比；②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。6 工程实例根据表2数据计算如下：第1组数据：a=332/(2×33-39)=4033b=1/10ln［33/(39-33)］=017u=4033×(1-e-017t)du/dt=-4033×(-017)e-017t当t=22 d时，du/dt=014 mm/d＜02 mm/d说明地表达到基本稳定。第2组数据：a=272/(2×27-32)=33136b=1/10ln［27/（32-27)］=0168u=33136×（１-e-0168t)du/dt=-33136×(-0168)e-0168t当t=20 d时，du/dt=019 mm/d＜02 mm/d说明地表达到基本稳定。第3组数据：a=21２／（２×21-28)=315b=1/10ln［21/(28-21)］=011u=315×（１-e-011t)du/dt=-315×(-011)e-011t当t=26 d时，du/dt=019 mm/d＜02 mm/d说明地表达到基本稳定。第4组数据：a=12２／（２×12-13)=139b=1/10ln［12/(13-12)］=0248u=139×（１-e-0248t)du/dt=-139×(-0248)e-0248t当t=12 d时，du/dt=018 mm/d＜02 mm/d说明地表达到基本稳定。由以上四组数据可知，当开挖到26 d时，该断面地表达到稳定。工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道左线观测项目：地表下沉设点里程：lk 27+5424表2马平高速公路老鸦峡2#隧道左线地表下沉观测情况观测日期〖〗测点编号1〖〗2〖〗3〖〗4高程〖〗沉陷量〖〗高程〖〗沉陷量〖〗高程〖〗沉陷量〖〗高程〖〗沉陷量(m)〖〗(mm)〖〗(m)〖〗(mm)〖〗(m)〖〗(mm)〖〗(m)〖〗(mm)2001-06-11〖〗1 876321〖〗0〖〗1 876529〖〗0〖〗1 876.758〖〗0〖〗1 876214〖〗02001-06-12〖〗1 876318〖〗3〖〗1 876527〖〗2〖〗1 876756〖〗2〖〗1 876213〖〗12001-06-13〖〗1 876315〖〗6〖〗1 876525〖〗4〖〗1 876753〖〗5〖〗1 876212〖〗22001-06-14〖〗1 876310〖〗11〖〗1 876524〖〗5〖〗1 876751〖〗7〖〗1 876209〖〗52001-06-15〖〗1 876308〖〗13〖〗1 876521〖〗8〖〗1 876750〖〗8〖〗1 876208〖〗62001-06.16〖〗1 876306〖〗15〖〗1 876520〖〗9〖〗1 876748〖〗10〖〗1 876206〖〗82001-06-17〖〗1 876301〖〗20〖〗1 876515〖〗14〖〗1 876743〖〗15〖〗1 876205〖〗92001-06-18〖〗1 876298〖〗23〖〗1 876511〖〗18〖〗1 876741〖〗17〖〗1 876203〖〗112001-06-19〖〗1 876294〖〗27〖〗1 876508〖〗21〖〗1 876739〖〗19〖〗1 876202〖〗122001-06-20〖〗1 876288〖〗33〖〗1 876502〖〗27〖〗1 876737〖〗21〖〗1 876202〖〗122001-06-21〖〗1 876286〖〗35〖〗1 876501〖〗28〖〗1 876736〖〗22〖〗1 876202〖〗122001-06-22〖〗1 876285〖〗36〖〗1 876501〖〗28〖〗1 876735〖〗23〖〗1 876202〖〗122001-06-23〖〗1 876285〖〗36〖〗1 876501〖〗28〖〗1 876734〖〗24〖〗1 876202〖〗122001-06-24〖〗1 876285〖〗36〖〗1 876500〖〗29〖〗1 876733〖〗25〖〗1 876202〖〗122001-06-25〖〗1 876284〖〗37〖〗1 876500〖〗29〖〗1 876733〖〗25〖〗1 876202〖〗122001-06-26〖〗1.876284〖〗37〖〗1 876499〖〗30〖〗1 876732〖〗26〖〗1 876202〖〗122001-06-27〖〗1 876284〖〗37〖〗1 876499〖〗30〖〗1 876732〖〗26〖〗1 876201〖〗132001-06-28〖〗1 876283〖〗38〖〗1 876498〖〗31〖〗1 876731〖〗27〖〗1 876201〖〗132001-06-29〖〗1 876283〖〗38〖〗1 876498〖〗31〖〗1 876731〖〗27〖〗1 876201〖〗132001-06-30〖〗1 876282〖〗39〖〗1 876497〖〗32〖〗1 876730〖〗28〖〗1 876201〖〗132001-07-01〖〗1 876282〖〗39〖〗1 876497〖〗32〖〗1 876730〖〗28〖〗1 876201〖〗132001-07-02〖〗1 876282〖〗39〖〗1 876497〖〗32〖〗1 876729〖〗29〖〗1 876201〖〗132001-07-03〖〗1 876281〖〗40〖〗1 876497〖〗32〖〗1 876729〖〗29〖〗1 876201〖〗13根据表3数据计算如下：数据处理：a=122/(2×12-16)=18b=1/10ln［12/(16-，围岩量测技术在老鸦峡隧道中的应用
娄奕红1 王秉勇2 (1佛山科学技术学院土木工程与建筑学系，广东佛山528000；2中铁西北科学研究院，甘肃兰州730000) 摘要：以实际工程为例，系统地阐述了隧道工程中围岩量测技术的量测方法、注意事项、量测数据的处理，以及围岩稳定性的判别方法；通过施工现场监测， 娄奕红1 王秉勇2(1佛山科学技术学院土木工程与建筑学系，广东佛山528000；2中铁西北科学研究院，甘肃兰州730000)摘要：以实际工程为例，系统地阐述了隧道工程中围岩量测技术的量测方法、注意事项、量测数据的处理，以及围岩稳定性的判别方法；通过施工现场监测，掌握围岩和支护在施工中的力学动态及稳定程度。关键词：隧道工程；围岩量测；方法；数据处理1 工程概况马平高速公路老鸦峡2#隧道是分离式双洞(左右线)单向行驶隧道。隧道出口段地质围岩分为三类：洞口段为ⅰ类围岩，地质情况为卵石，砂土填充，无胶结，同时存在采空区(在隧道进洞之前已对采空区进行了回填封堵灌浆处理)，易发生大的塌方；紧接ⅰ类围岩为ⅲ类围岩，地质情况为石英闪长岩，小节理裂隙发育，局部受风化影响节理裂隙发育；然后是ⅳ类围岩段，地质情况为石英闪长岩，小节理裂隙发育。整条隧道地下水位于设计高程以下，不发育，隧道开挖最大跨度为155 m，最小为13 m，开挖高度为11 m。2 量测项目根据现场实际情况，进行了以下几项量测：洞内观察，地表下沉量测，拱顶下沉量测，周边收敛量测。3 量测3.1 洞内观察隧道在开挖后要进行地质观察，在支护完成后对已支护地段要进行观察。对开挖的围岩观测包括以下几项：(1)节理裂隙发育程度及方向；(2)开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌现象；(3)涌水情况：涌水的位置、涌水量、水压等；(4)是否有底板隆起现象。对初期支护段围岩观测主要有以下几项：(1)是否发生锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；(2)喷混凝土是否发生裂隙和剥离或剪切破坏；(3)钢拱架有无被压变形情况。3.2 地表下沉量测地表下沉量测布置在4 b～6 b(b主洞室宽)范围，中线附近密些，外侧渐稀。(1)测点埋设：在埋设点挖长、宽、高均为20 mm 的坑，然后放入沉陷测点，测点一般采用25 mm 长、350 mm半圆头钢筋制成。测点四周用混凝土填实。在开挖影响范围以外设置水平基点2个 ～3个。水平基点埋设方法同上。(2)量测——沉陷量计算：使用普通水准仪和水准尺，测出各沉陷量测点的标高，然后按下式计算沉陷量。un=a0-（a基-r后+r前)（1）式中un——第n次量测下沉量，mm；a０——测点初始标高，mm；ａ基——水准基点标高，mm；r后——第n次量测后视读数，mm；r前——第n次量测前视读数，mm。3.3 拱顶下沉在拱顶部位布设一个测点，中线两侧2 m处拱腰部位布置两对称测点，三个点位于一个断面，布设时采用全站仪测放，量测断面的间距为ⅰ类围岩段10 m，ⅲ类围岩段15 m，ⅳ类围岩段20 m，量测间隔时间：1d～15d1次/d；16 d～1个月1次/2d；1个月～3个月1次/周。下沉量计算：un=a０-（ａ基-r后+r前)(2)式中un——第n次量测下沉量，mm；a０——测点初始标高，mm；ａ基——水准基点标高，mm；r后——第n次量测后视读数，mm；r前——第n次量测前视读数，mm。华东公路2002年第4期2002年第4期娄奕红，王秉勇：围岩量测技术在老鸦峡2#隧道中的应用3.4 周边位移周边位移量测主要量测两侧边墙收敛值。布设测点如下：在ⅳ类围岩中，每隔50 m布置一个断面；ⅰ类、ⅲ类围岩每隔20 m布设一个断面。每个断面布置3对测点，在楔形体范围内大致布置于上中下，每组两个测点保持在水平位置。4 量测数据的处理采用隧道净空变化值(收敛值)作为信息反馈值。收敛值指隧道周边两测点连线方向上相对位移值，所以必须把它换算成两测点的绝对位移值，换算的方法按几何关系有：(ui-uj)cosaij+(vi-vj)sinaij=dij(3)式中ui、uj、vi、vj——i、j两测点绝对位移的水平和垂直分量；a——ij连线与水平方向夹角，按逆时针方向为正；d——基线ij方向的收敛值。采用一元非线性回归方程。指数方程：u=a(1-e-bt)(4)当量测时间t１=t2时，则解得回归系数a=u２１/(2u1-u2)b=1/tln［u１／（u２-u１)］(5)当量测时间t2=2t1，则用拉格朗日插值方程求解2t1时www.gong66.com的量测值u，然后再用两倍时差求解a、b值，u=［(t3-2t1)u2+(2t1-t2)u3］/(t３t2)(6)得出回归方程后，可以绘出位移时间曲线，得出某一时刻位移速率，从位移时间形态、位移速率与某临界值相比较，确定采用何种支护结构及支护结构施作时间。施工规范中规定隧道周边允许相对位移值(%)如表1。5 围岩稳定性判别标准位移——时间曲线的形态，根据岩体的流变特性，岩体破坏前的变形曲线分成三个区段。分别如下。(1)基本稳定区：变形速率不断下降，d2u/dt＜0时，表明围岩趋于稳定，支护是安全的。(2)过渡区：变形速率长时间保持不变，d2u/dt=0，表明支护要加强同时及时调整施工程序。(3)破坏区：变形速率逐渐增加，d2u/dt＞0时，曲线出现反弯点，表明围岩已达到危险状态，必须立即停工加固。表1规范规定隧道周边允许相对位移值围岩类别〖〗覆盖层厚度(m)小于50〖〗50～300〖〗大于300允许相对位移值ⅳ〖〗010～030〖〗020～050〖〗040～120ⅲ〖〗015～050〖〗040～120〖〗080～200ⅱ〖〗020～080〖〗060～160〖〗100～300注：①相对位移值指实测位移值与两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比；②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。6 工程实例根据表2数据计算如下：第1组数据：a=332/(2×33-39)=4033b=1/10ln［33/(39-33)］=017u=4033×(1-e-017t)du/dt=-4033×(-017)e-017t当t=22 d时，du/dt=014 mm/d＜02 mm/d说明地表达到基本稳定。第2组数据：a=272/(2×27-32)=33136b=1/10ln［27/（32-27)］=0168u=33136×（１-e-0168t)du/dt=-33136×(-0168)e-0168t当t=20 d时，du/dt=019 mm/d＜02 mm/d说明地表达到基本稳定。第3组数据：a=21２／（２×21-28)=315b=1/10ln［21/(28-21)］=011u=315×（１-e-011t)du/dt=-315×(-011)e-011t当t=26 d时，du/dt=019 mm/d＜02 mm/d说明地表达到基本稳定。第4组数据：a=12２／（２×12-13)=139b=1/10ln［12/(13-12)］=0248u=139×（１-e-0248t)du/dt=-139×(-0248)e-0248t当t=12 d时，du/dt=018 mm/d＜02 mm/d说明地表达到基本稳定。由以上四组数据可知，当开挖到26 d时，该断面地表达到稳定。工程名称：马平高速公路老鸦峡2#隧道左线观测项目：地表下沉设点里程：lk 27+5424表2马平高速公路老鸦峡2#隧道左线地表下沉观测情况观测日期〖〗测点编号1〖〗2〖〗3〖〗4高程〖〗沉陷量〖〗高程〖〗沉陷量〖〗高程〖〗沉陷量〖〗高程〖〗沉陷量(m)〖〗(mm)〖〗(m)〖〗(mm)〖〗(m)〖〗(mm)〖〗(m)〖〗(mm)2001-06-11〖〗1 876321〖〗0〖〗1 876529〖〗0〖〗1 876.758〖〗0〖〗1 876214〖〗02001-06-12〖〗1 876318〖〗3〖〗1 876527〖〗2〖〗1 876756〖〗2〖〗1 876213〖〗12001-06-13〖〗1 876315〖〗6〖〗1 876525〖〗4〖〗1 876753〖〗5〖〗1 876212〖〗22001-06-14〖〗1 876310〖〗11〖〗1 876524〖〗5〖〗1 876751〖〗7〖〗1 876209〖〗52001-06-15〖〗1 876308〖〗13〖〗1 876521〖〗8〖〗1 876750〖〗8〖〗1 876208〖〗62001-06.16〖〗1 876306〖〗15〖〗1 876520〖〗9〖〗1 876748〖〗10〖〗1 876206〖〗82001-06-17〖〗1 876301〖〗20〖〗1 876515〖〗14〖〗1 876743〖〗15〖〗1 876205〖〗92001-06-18〖〗1 876298〖〗23〖〗1 876511〖〗18〖〗1 876741〖〗17〖〗1 876203〖〗112001-06-19〖〗1 876294〖〗27〖〗1 876508〖〗21〖〗1 876739〖〗19〖〗1 876202〖〗122001-06-20〖〗1 876288〖〗33〖〗1 876502〖〗27〖〗1 876737〖〗21〖〗1 876202〖〗122001-06-21〖〗1 876286〖〗35〖〗1 876501〖〗28〖〗1 876736〖〗22〖〗1 876202〖〗122001-06-22〖〗1 876285〖〗36〖〗1 876501〖〗28〖〗1 876735〖〗23〖〗1 876202〖〗122001-06-23〖〗1 876285〖〗36〖〗1 876501〖〗28〖〗1 876734〖〗24〖〗1 876202〖〗122001-06-24〖〗1 876285〖〗36〖〗1 876500〖〗29〖〗1 876733〖〗25〖〗1 876202〖〗122001-06-25〖〗1 876284〖〗37〖〗1 876500〖〗29〖〗1 876733〖〗25〖〗1 876202〖〗122001-06-26〖〗1.876284〖〗37〖〗1 876499〖〗30〖〗1 876732〖〗26〖〗1 876202〖〗122001-06-27〖〗1 876284〖〗37〖〗1 876499〖〗30〖〗1 876732〖〗26〖〗1 876201〖〗132001-06-28〖〗1 876283〖〗38〖〗1 876498〖〗31〖〗1 876731〖〗27〖〗1 876201〖〗132001-06-29〖〗1 876283〖〗38〖〗1 876498〖〗31〖〗1 876731〖〗27〖〗1 876201〖〗132001-06-30〖〗1 876282〖〗39〖〗1 876497〖〗32〖〗1 876730〖〗28〖〗1 876201〖〗132001-07-01〖〗1 876282〖〗39〖〗1 876497〖〗32〖〗1 876730〖〗28〖〗1 876201〖〗132001-07-02〖〗1 876282〖〗39〖〗1 876497〖〗32〖〗1 876729〖〗29〖〗1 876201〖〗132001-07-03〖〗1 876281〖〗40〖〗1 876497〖〗32〖〗1 876729〖〗29〖〗1 876201〖〗13根据表3数据计算如下：数据处理：a=122/(2×12-16)=18b=1/10ln［12/(16-，围岩量测技术在老鸦峡隧道中的应用
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