天恒山隧道_监控量测是确保天恒山隧道施工安全的一项重要措施

来源:农林牧渔 发布时间:2019-04-06 06:21:58 点击:

  一、工程概况   天恒山隧道位于哈尔滨市道外区团结镇、民主乡境内。设计为上下行分离式单向双车道隧道,全长3350米,位于R=5500米的圆曲线内;隧道建筑限界为净宽11.5米,净高5米。设计行车速度120km/h。隧道采用复合式衬砌结构,初期支护以锚杆、钢拱架、钢筋网及喷射混凝土组成联合支护体系,二次衬砌为钢筋混凝土结构,二者之间设塑料防水板阻水,二衬混凝土外设保温层。
  二、工程特点
  1隧道地处严寒地区、2开挖断面大、3全线浅埋、4围岩类别低
  三、监控量测目的、项目
  1量测的目的
  为了掌握围岩在开挖过程中的变形动态和支护结构的稳定状态,确保施工安全并取得较完整的围岩变形数据和信息,施工过程中对隧道进行了监控量测,获得了大量详实的观测数据,这些数据是施工效果的直接反映,是指导安全施工的重要依据。
  2监测项目
  主要考虑如下因素:① 工程地质和水文地质情况;② 隧道的埋深、跨度、结构的类型和施工工艺;③ 隧道施工影响范围内地表建筑物及地下结构物的结构特点、形状及其尺寸等;④ 设计提供的变形及其它控制值以及安全储备系数等;⑤ 业主或合同规定的需特殊注意的项目等;⑥ 监测项目应直观明了,且数据易于处理分析。必测项目是为了确保在施工过程中的围岩稳定和施工安全而进行的经常性量测工作,量测密度大,量测信息直观可靠,是贯穿在施工过程中,对监测围岩稳定、指导设计和施工有较大的作用。在浅埋段洞口应各布设地表下沉测线;必测项目中的隧道洞口段每10m布设一个监测断面,其中拱顶下沉每断面为1~3个测点、台阶法开挖时周边水平收敛每断面为上下2条测线(见图1)
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  必测项目测点测线布置图1
  四、施工过程中具体监测情况
  1水平收敛
  施工中监测人员已经在进口端埋设周边水平收敛监测断面63个。从监测的情况来看,累计水平收敛量基本上小于20mm,累计水平收敛量大多数集中在6~16mm 之间,各个监测断面中的最大收敛速率一般在3~6mm/d,累计收敛值随施工方法和进度的变化较小。周边水平收敛变化曲线主要呈对数型或抛物线型,变形稳定时间一般在埋点后1周内。
  2拱顶下沉
  施工中监测人员已经在进口端埋设拱顶下沉监测断面63。从我们监测的情况来看,各断面的拱顶下沉量比较大,拱顶沉降最大值为89 mm,大多数断面拱顶下沉量基本上介于30~55mm,最大下沉速率一般在4~8mm/d。拱顶下沉一般在埋点后1~2周就基本趋向稳定,其变形曲线主要呈对数型或抛物线型,累计拱顶沉降值随施工方法和进尺的变化较大。
  3地表沉降
  施工中监测人员已经在地表埋设沉降监测断面67个。从监测的情况来看,中线处地表沉降基本上小于80mm,中线地表沉降大多数集中在30~70mm 间,地表拱顶最大沉降值在±5mm范围内。
  4数据分析
  由于各种可预见或不可预见的原因,现场监测所得的原始数据具有一定的离散性,根据实测数据绘制的变形随时间变化的曲线有时出现上下波动的情况,不规则,难以进行分析,有必要应用数学方法对原始数据进行处理,进行误差分析、回归分析和回归整理等去粗存精的分析处理后,才能很好地解释量测结果的涵义,找出被测物理量随时间变化的规律。进行周边位移与拱顶下沉量测是直接获取位移一时间曲线最实用的方式,根据位移值、位移速率判别围岩和支护体系的稳定状态,利用理论分析拟合出与实测值相吻合的回归曲线,这条回归曲线则可视为围岩的特征曲线。
  通过进一步的分析可知,水平收敛一般经过三个阶段:
  第一阶段为急剧变形期,该阶段是施工和监测过程的主要阶段,其特征为累计变形量大,能够占到整个量测阶段的50�以上,但经历的时间并不是很长,大概为1~2个星期。
  第二阶段为缓和变形期,这一阶段,围岩相对稳定,初期支护的强度得到很大强化和提高,并且随着掌子面的掘进,当掌子面和测点的距离超过3倍的隧道开挖直径时,施工扰动也会变小,因此和第一阶段相比,该阶段速率明显下降,该阶段的变形比较缓和,但累计变形量仍会继续增加,不容忽视这一阶段的监测工作。
  第三阶段为基本稳定期,收敛速率进一步降低,累计收敛缓慢增加,收敛速率小于0.2mm/d,围岩应力重分布以基本完成,围岩变形趋于基本稳定,可在适时施作二衬。
  在沉降的整个过程中,中线的沉降值始终大于左侧和右侧,而左侧和右侧的沉降值相当。一般情况下,掌子面离监测断面越近,对监测断面的影响越大,地表沉降也就越大;隧道开挖对中线的影响最大,离中线距离越远的测线,其沉降值越小,当测线偏离中线一定距离后,其沉降是可以忽略的,开挖隧道的影响范围是有限的。对于大部分断面来说中线的沉降比两侧的沉降要大,但也有例外,如上行线K88+710断面,该断面左侧的沉降大于中线处,是由于山体偏压造成的
  五、 量测结论
  从现场监控量测及观察到的情况分析,我们得出以下几点结论:
  1、通过围岩变形监测已经确定围岩已趋于稳定的左右洞段均应按照隧道施工规范要求及时跟进施作二次衬砌砼层,以利于安全施工。
  2、在开挖之后的围岩要及时施作喷锚支护,初期支护要与掌子面紧跟,避免围岩暴露时间过长,尤其是仰拱能否及时封闭,建议严格施工方法、施工工序, 做到“短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”,以确保围岩稳定和安全施工。
  3 、6月29日在上行线K88+960断面 1号洞边墙发现一环向裂缝,长约3米,底部宽1毫米,上部宽5毫米,拱顶偏右一裂缝长约20厘米,宽1厘米。在6月27~28日期间,该段拱顶下沉速率较大(达到15mm/d),我们及时提高了监控量测频率,采取有效加固措施,防止了事故的发生。通过对大量量测资料的整理、分析、反馈,能判断施工是否安全、科学、合理,能及时发现施工中存在的问题,为采取有效的防范措施提供信息,以指导安全施工。
  4、通过初步分析监测数据可以看出,天恒山隧道围岩最基本的变形曲线一般经过三个阶段:第一个为急剧变形期,第二阶段为缓和变形区,第三阶段为基本稳定期。在急剧变形期里水平收敛几乎可以达到该断面整个累积收敛值的50�以上。有的截面还体现了开挖仰拱对围岩位移的影响,曲线重复出现上述性态。
  5、总的来看,土质均匀,隧道变形对地表影响较大,体现了浅埋隧道的特征。
  6、通过监测,可得到如下经验:一般当监测断面距离掌子面大于40米时,监测断面处围岩就基本稳定了。进口端容许拱顶下沉速率大概为10mm/d,出口端约小,当下沉速率超过容许值时,一定要加大监测频率,掌握围岩的变形动态,并及时通知施工人员,采取有效的措施,确保施工安全
  7、应加强对该隧道土性的认识,特别是施工对土体物理力学性质的扰动,进一步了解土质隧道的致灾机理。进口端采用CRD施工方法,挖掘机在开挖时施工扰动特别大,容易引起初期支护开裂或未开挖土体的结构性变化,可能给施工带来安全隐患,尽可能地减少施工扰动或采取其它措施,避免土体坍塌。
  

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