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沙子垭隧道的施工动态监测及数据分析

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上海岩联 发表于 2019-11-12 15:35:46 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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依据获取的监测信息,结合经验反馈和回归分析,合理确定支护时机和支护参数,确保施工安全及良好的经济性,有效评价围岩和隧道结构的稳定性,并总结出围岩和隧道结构的变形和受力变化规律,为隧道设计和施工提供参考。

沙子垭隧道全长942m,是省道鸦来公路复线关键工程“两隧一路”中的一座新建隧道,位于鸦来公路复线五峰县境内万(马池)宋(家河)段,距离五峰县城15km。道路等级为二级公路,计算行车速度:40km/h;隧道净宽:9.0m。净高:5m。隧道洞身纵坡为3%的单向坡。沙子垭隧道穿越地带山体雄厚,山顶地面高程1382.19m,地表冲沟发育,且长年有水,植被茂盛。隧道进口在李家湾西侧缓坡坡脚地段,地面高程1032.65m;出口布置在对门坡北侧坡脚地段,地面高程1062.33m。

1 监控量测信息的反馈方法

由于围岩性质较为复杂,同时存在施工等人为因素的影响,在隧道施工中,尽管做了较为充分调查和实验,支护的实际受力和变形状态与力学模型还是有一定的出入。为了确保隧道工程的安全可靠和经济合理,必须在施工阶段实行监控量测,及时收集隧道施工时围岩和支护结构中所产生的位移和应力变化等信息。并且根据相关的标准来判断是否需要预先设计支护结构,使得设计和施工与围岩的实际动态相匹配。


                               
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2 量测信息处理及反馈

2.1 掌子面、洞壁围岩和支护状况观察

根据区域地质知识和经验,并结合分析判断,对掌子面前方的地质情况进行观察,判断围岩情况及类别,并对初期支护结构的支护效果观察,了解支护状况及支护结构的稳定性。

现场施工中,对沙子垭隧道掌子面、洞壁围岩、支护状况观察情况如下:

隧道洞口K192+621~K192+635段为Ⅳ级围岩,围岩为强风化薄层页岩与扁豆状泥灰岩,围岩较为破碎,节理和裂隙发育。

K192+635~K192+680、K193+536~K193+553为Ⅳ级围岩,围岩为强~弱风化页岩、粉砂质页岩夹粉砂岩,页岩页理发育,灰岩呈薄层状,垂直节理较发育,呈碎石状镶嵌结构或碎石状松散结构。

K192+680K193+506段围岩分类为Ⅲ级,围岩为弱风化或微风化页岩夹薄层灰岩,呈碎块状镶嵌结构;其中K193+110~KI93+138.5,K193+055~K193+085段,受地质构造影响严重,节理和裂隙非常发育,有层状软弱面,层间结合较差,多有分离现象。

沙子垭隧道内各类围岩所作初期支护表层较平顺,喷层表面未见裂隙或剥离现象,钢架无明显出露,无曲压现象。沙子垭隧道的支护较及时、支护的稳定性较好。

2.2 周边收敛量测

2.2.1 监测断面布置与量测结果概述

从现场量测结果来看,K193+055~K193+080段及K193+110~K193+140段所布断面周边收敛初期变形明显较大,远超过该类围岩变形的正常范围,围岩变形曲线出现了较大的反弯点。该两处发生了塌方,塌方发生以后,加强了对塌方附近断面的量测,塌方后的3天,该处断面变形较大。以后逐渐趋于稳定。

除了以上塌方段以外,沙子垭隧道其他断面总体收敛不大,均在设计和施工规范要求的范围内,围岩本身结构稳定性好,所有断面测试变化速率在规范允许的范围内,未出现异常情况。

2.2.2 典型断面测试分析

该图为沙子垭隧道处塌方段围岩典型断面测试图,此测试断面位于沙子垭隧道K193+125,从图中可以看出,初期变形较大,在全断面开挖后10天后,累计收敛量达11mm,收敛速率逐渐减小,第21天,该断面拱顶变形比前一天又明显增大,单日周边收敛量为3.50mm,第22天周边收敛为10.48mm,远超过该类围岩变形的正常范围,围岩变形曲线出现了较大的反弯点。

用对数函数对周边收敛位移进行回归分析,所选回归函数形式为:

μ=A+Bln(1+t)                         (1)

式中:A,B一为待求系数

利用两倍时差法求解回归系数A、B后回归函数式为:

μ=1.6135+4.5183ln(1+t)        (2)

用此回归函数计算出回归收敛绘于图1中,将实测值与回归曲线上的对应值进行比较。利用相关系数r来判别选用的对数函数进行回归分析的合理性,由计算得:

r=0.7745

由此证明周边收敛回归分析与时间之间线性并不理想,出现大变形和出现塌方的地段使用函数回归分析意义不大。

3 结论

通过沙子垭隧道的施工动态监测及数据分析,及时获取围岩及支护结构的状态,为合理确定二次衬砌施工时机提供了可靠的依据,为类似的工程提供了可以借鉴的经验,并得出如下的一些结论:

(1)据量测数据计算所得最佳拟合回归方程,可估算围岩最终变形量,并结合量测所得总收敛值与周边允许变形值相比较作辅助判断,借以检验支护结构的工作状态及围岩的稳定性。

(2)经实测与研究表明,用拱顶下沉量和周边收敛可实现对隧道内空变形的有效监测,量测数据反映的规律能较合理地代表围岩变形过程及发展趋势。

(3)沙子垭隧道最佳二次衬砌时机应在围岩产生适量变形并在发生松动破坏之前,即尽量在围岩变形过程中的微小变形期。

(4)将量测的结果及时反馈,对塌方地段发出预警,才能保证施工安全,起到指导施工和优化设计的目的。


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