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公路隧道監(jiān)測項目選擇與測點布置

UPTATED:2023/02/16 | 分類:橋梁隧道邊坡
摘要:本文通過在杭千高速隧道群監(jiān)測的實踐,對隧道監(jiān)測項目的選擇和測點布置問題進行了詳細闡述,提出了在不同監(jiān)測目的下選擇合適的監(jiān)測項目和合理的測點布置,可以起到事半功倍的效果,以供隧道監(jiān)測工作者參考。

引言
自從奧地利的拉布西維茲( V.Rabcewicz) 于1948 年提出新奧法以來,新奧法已在我國各山嶺公路隧道中得到了廣泛應用。眾所周知,監(jiān)控量測作為新奧法的三要素之一,對于隧道施工安全和施工過程控制都起著至關重要的作用[1]。然而在隧道施工監(jiān)控量測過程中,監(jiān)測項目的選擇和測點的布置是檢驗監(jiān)控量測效果的關鍵所在。如果監(jiān)控項目選擇不合適,不但浪費人力物力,也會使監(jiān)測效率大打折扣,而測點布置位置的選擇更是監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性的保證。
數(shù)據(jù)采集的高效和可靠性是隧道監(jiān)控量測有效性的保證。所以要高效就需要根據(jù)隧道圍巖狀況對規(guī)范中所規(guī)定的量測內容有選擇性的進行動態(tài)布置。而可靠性就是要有選擇性的對隧道關鍵位置進行布置,不能死搬硬套的按規(guī)范斷面布置間距或位置進行布置,這就需要監(jiān)測工作者對隧道的地質圍巖狀況非常了解,并實施監(jiān)測位置的動態(tài)布置,只有這樣才能保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時性和有效性。所以在目前公路隧道施工監(jiān)測中,監(jiān)測內容的選擇和測點位置的布置已越來越受到監(jiān)測工作者的重視。下面筆者就根據(jù)在浙江省杭千高速公路隧道群施工中監(jiān)測的經驗,總結如何進行監(jiān)測項目的選擇和測點的布置,以供參考。

1 公路隧道的監(jiān)測項目選擇
在選擇監(jiān)測項目時,首先需明確隧道監(jiān)測的目的,根據(jù)不同要求進行確定。從監(jiān)測目的出發(fā),通??梢詮娜齻€方面進行監(jiān)測項目的選擇,包括優(yōu)化施工順序、施工安全和科學研究。
通常在隧道施工過程中,相關四方包括建設方、設計方、施工方和監(jiān)理方關心的就是隧道施工安全,而優(yōu)化施工順序也是必不可少的,如果需要為相似工程提供更多的經驗和數(shù)據(jù),以進一步指導隧道設計和施工,則需進一步進行相關的科學研究。下面就說明如何從以上三個方面出發(fā)進行監(jiān)測項目的選擇,并以杭千高速公路隧道施工安全監(jiān)測為例說明監(jiān)測項目的選擇。

1.1 優(yōu)化施工順序
如果單從優(yōu)化施工順序來說,我們關心的是隧道圍巖變形的情況。所以從這個角度出發(fā),監(jiān)測項目中的變形監(jiān)測項目是需要重點選擇的。
從施工經驗出發(fā),一般選用的監(jiān)測項目是周邊收斂和拱頂下沉,可以說這兩個項目在一般隧道監(jiān)測中都是必不可少的。因為根據(jù)《公路隧道施工技術規(guī)范》(JTJ042-94)規(guī)定[2],判定圍巖變形是否穩(wěn)定主要靠這兩項數(shù)據(jù),通過其決定下一步采取何種施工方案。如規(guī)范規(guī)定:①當位移-時間曲線出現(xiàn)反彎點時,則表明圍巖和支護已呈不穩(wěn)定狀態(tài),此時應密切監(jiān)視圍巖動態(tài),并加強支護,必要時暫停開挖。②二次襯砌的施工應滿足周邊收斂速率小于0.1~0.2mm/d,或拱頂下沉速率小于0.07~0.15mm/d。
通過以上分析表明,只要有通過圍巖位移的測量就可以判定下一步所采取的施工措施了,從優(yōu)化施工順序角度出發(fā),通常選擇周邊收斂和拱頂下沉就可以滿足要求了,如果是隧道淺埋處則還需增加地表下沉量測項目,如洞口位置。

1.2 施工安全
施工安全目前在所有工程項目施工中已經提高到了非常高的高度,各單位都非常關心這一問題,所以這也是為什么目前大多建設方都單獨對隧道監(jiān)測進行招標,可見對其重視程度。從施工安全角度出發(fā),變形方面的監(jiān)測當然是必不可少的,也是判斷圍巖是否安全穩(wěn)定的重要依據(jù)。除此之外,出于安全考慮還應對關鍵部位進行相應的應力量測,綜合判斷圍巖的穩(wěn)定性。
以上分析表明了從施工安全考慮,初次襯砌內的混凝土內應力量測也是非常必要的,所以在選擇周邊收斂和拱頂下沉量測項目上,根據(jù)需要通常還要增加初襯混凝土內應力量測項目。

1.3 科學研究
如果從科學研究需要,則需要根據(jù)研究的要求,盡可能多選擇關于變形和應力方面的相關測試,除周邊收斂、拱頂下沉、地表下沉和初襯混凝土內應力量測外,通常還需要增加以下一些監(jiān)測項目:圍巖內部位移、錨桿內力、二次襯砌內應力、圍巖壓力及層間支護壓力、型鋼支撐應力量測等項目。通過以上這些監(jiān)測項目的實施,然后結合數(shù)值模擬分析等手段,可以在類似工程條件下對隧道設計和施工方案進行優(yōu)化,包括開挖方式的選擇、支護結構及強度的選擇等,有利于進一步優(yōu)化設計和施工組織方案,從而保證隧道建設投資的經濟性、設計的可靠性及施工的安全性。

1.4 監(jiān)測項目選擇實例
對于業(yè)主而言,關心的莫過于隧道施工過程中的安全,所以任何隧道監(jiān)測,安全肯定是放第一位的,所以在地質條件特別差的地段,只有變形方面的監(jiān)測還是不夠的,選測項目中的應力監(jiān)測也是非常必要的,下面就以杭千高速中的石灰?guī)X隧道洞口某一斷面為例,說明應力量測的重要性。
公路隧道監(jiān)測項目選擇與測點布置
圖1 和圖2 分別是石灰?guī)X隧道右線進口

YK117+712 斷面拱頂下沉和混凝土內應力量測的布置示意圖,圖3 和圖4 分別為布置后各拱頂下沉監(jiān)測點的變形曲線和混凝土內應力監(jiān)測曲線。

公路隧道監(jiān)測項目選擇與測點布置

公路隧道監(jiān)測項目選擇與測點布置

通過以上拱頂下沉和初襯混凝土內應力分析可以看出:在第一階段(5 月9 日至5 月30 日),拱頂下沉變化比較小,而其混凝土應力增大卻比較大,是三階段中增大快的;在第二階段(5 月30 日至月11 日),拱頂下沉速率變大,此時混凝土內應力也相應增大,但增大速率較第一階段有所減?。坏谌A段(6 月11 日至6 月14 日)拱頂下沉變小,變形趨于穩(wěn)定;而混凝土內應力僅有E10785 位置有所增大,速率與第二階段接近,而E105580 和E10838卻出現(xiàn)“反常”,其內應力反而減小。
從6 月11 日開始,由于拱頂下沉趨于穩(wěn)定,且混凝土內應力也有所降低,對于這個情況,我們于6月13 日與施工單位進行了口頭通報,對于這反?,F(xiàn)象,施工方認為已基本穩(wěn)定,可以進行掌子面的開挖作業(yè),但監(jiān)測方根據(jù)數(shù)據(jù)有異常,應需再觀測幾天再做決定,業(yè)主也同意我方意見。果不出所料,于6 月15 日上午此斷面處發(fā)生了塌方,拱頂部的所有管棚均被壓斷。由于監(jiān)測所起的作用,使業(yè)主做出了正確的決策,避免了人員的傷亡。
從上述也可以看出,并不是變形及應力數(shù)據(jù)變小了就認為穩(wěn)定了,可以看出經過第二階段的發(fā)展,初襯支撐力已達到了極限值,數(shù)據(jù)減小可認為是達到了一種極限的相對平衡狀態(tài)的表現(xiàn)??梢娫谶@種關鍵位置選擇初襯混凝土監(jiān)測項目的重要性,如果僅憑變形可能會得出變形減小趨于收斂穩(wěn)定的錯誤結論,所以在這種位置通過增加初襯混凝土內應力量測,綜合判斷圍巖穩(wěn)定是非常必要的。

公路隧道監(jiān)測點的布置
選擇了監(jiān)測項目后,就應該進行相應監(jiān)測點的布置,這在規(guī)范中也有相關的規(guī)定,但是否所有斷面的布置都按規(guī)范嚴格進行,這是沒有必要的,如果布置位置不合適或太多,不但會降低監(jiān)測效率,還增加了許多不必要的人力物力。監(jiān)測點的布置也可同監(jiān)測項目選擇的三方面來進行闡述,具體如下。

2.1 優(yōu)化施工順序
從這方面出發(fā),通常需要在斷面上布置拱頂下沉和周邊收斂等量測項目,以檢驗圍巖變形是否收斂,作為對二次襯砌的參考。此時布置時,對于拱頂下沉的三個監(jiān)測點可分別布置于兩側拱腰和正中的拱頂,而對于周邊收斂,如果此斷面有拱頂下沉監(jiān)測點了,可只選擇水平向位移,即只測水平收斂即可,相當于一個斷面布置5 個測點。這樣就比較便于量測,量測收斂時只需進行水平向量測,而拱頂?shù)娜齻€測點直接就可以通過全站儀進行方便的量測。這樣可大大提高監(jiān)測效率,同時也保證了監(jiān)測的可靠性。

2.2 施工安全
通常施工安全的測點布置需根據(jù)圍巖地質狀況而定,如果在洞口附近,由于通常圍巖較差,也是監(jiān)測點布置的重點位置,通常需布置地表下沉、周邊收斂、拱頂下沉及初襯混凝土內應力量測點。對于具體的布置,如地表下沉主要需沿著邊仰邊的走向方向進行布置,特別是對于有松散堆積層高陡邊仰坡一定要在關鍵位置布置監(jiān)測點,監(jiān)測邊仰邊的變形,預測是否會發(fā)生洞口滑坡等地質災害。對于周邊收斂和拱頂下沉則與優(yōu)化施工順序類似,至少需布置5 個測點,水平進行收斂量測,而在拱頂和兩側的拱腰進行拱頂下沉的布置。因為拱腰通常是應力較為集中之處,實踐也證明了許多隧道塌方均在拱腰位置出現(xiàn),所以拱頂下沉監(jiān)測點宜布置此處,
如果此處圍巖特差,可適當增加拱頂下沉監(jiān)測點數(shù)量,在拱頂和拱腰之間根據(jù)需要可適當加密布置。

2.3 科學研究
如果需進一步進行相關的科學研究,則在布置面時的監(jiān)測點應盡量布置完整,從而能得到完整數(shù)據(jù)進行分析,通??梢园匆?guī)范進行布置即可,斷面不宜太多,盡量選擇較為典型的斷面進行各監(jiān)測項目內容的布置,這樣在一個斷面監(jiān)測項目多得到的數(shù)據(jù)也越完整,經過計算分析后可以驗并進一步優(yōu)化設計方案。

結論
通過上述分析可以看出,監(jiān)測項目的選擇及測的布置需根據(jù)監(jiān)測目的來進行選擇,不應死套規(guī),這對于監(jiān)測工作者來說是至關重要的。選擇或置合適可以使監(jiān)測效率事半功倍,反之則會浪費必要的人力物力且監(jiān)測效率低下,下面總結幾點驗。
(1)監(jiān)測的首要目的肯定是保證施工的安全,別是在隧道數(shù)量比較多時,一定要提高監(jiān)測效率,然肯定顧此失彼,所以在選擇監(jiān)測項目和測點布時一定要有的放矢,不能盲目進行。
(2)通常在隧道口布置時,可以選擇地表下沉、周邊收斂、拱頂下沉和初襯混凝土內應力四個監(jiān)測項目;而在隧道內時,周邊收斂、拱頂下沉一般是必不可少的,初襯混凝土可根據(jù)圍巖狀況,有選擇的加以布置。
(3)周邊收斂、拱頂下沉通常是在同一斷面布置,所以布置時如果只考慮施工安全和優(yōu)化施工順序,周邊收斂可只量測水平向的,而拱頂下沉三個測點分別安裝在拱頂和兩側拱腰,這樣有利于提高監(jiān)測效率且能保證監(jiān)測的可靠性。
(4)根據(jù)使用經驗,拱頂下沉由于量測方便、布置簡單且效果顯著,筆者認為它是所有監(jiān)測項目的選擇,拱頂下沉可以加大布置密度,這樣可以顯著提高施工安全和監(jiān)測效率。

參考文獻
[1]李曉紅. 隧道新奧法及其量測技術[M]. 北京: 科學出版社,2002.
[2] 交通部重慶公路科學研究所. 公路隧道施工技術規(guī)范(JTJ042-94)[S].北京:人民交通出版社, 1995.

信息來源:《工程勘察》,作者:王國欣,肖緒文,中國建筑第八工程局, 上海 200135

 
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