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1、项目八 施工监控量测的必测项目本项目提要：必测项目包括洞内外地质和支护状态观察、周边位移、拱顶下沉、锚杆抗拔力四项，是用以判断围岩的变化情况，测定支护结构工作状态，为设计、施工中确保围岩稳定，并通过判断围岩的稳定性来指导设计、施工的经常性量测。这类量测方法较简单，费用较少，可靠性较高，但对监视围岩稳定性、指导设计与施工却有直接意义。故本项目主要讲述洞内外地质和支护状态观察、洞周收敛、拱顶和锚杆抗拔力的量测，以及测点布置、数据采集及数据处理。任务一 洞内观察与地质素描一、洞内观察 实践证明，隧道开挖工作面的工程地质与水文地质观察和描述，对于判断围岩稳定性和预测开挖面前方的地质条件是十分重要的；开
2、挖工作面（又称掌子面）附近初期支护状况的观察和裂缝描述，对于直接判断围岩的稳定性和支护参数的检验也是不可缺少的。因此，将该两项观察规定为各类围岩都应采用的第一项必测项目。在公路隧道工程中，开挖前的地质勘探工作很难提供非常准确的地质资料，所以，在施工过程中对前进的开挖工作面附近围岩的岩石性质、状态应进行目测，对开挖后围岩动态，以及被覆后围岩动态也应进行目测，这一点在新奥法量测项目中占有很重要的地位。 1观察目的 细致的目测观察，对于监视围岩稳定性是既省事而作用又很大的监测方法，它可以获得与围岩稳定状态有关的直观信息，应当予以足够的重视，所以目测观察是新奥法量测中的必测项目。隧道目测观察的目的是：
3、 (1)预测开挖面前方的地质条件。 (2)为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据。 (3)根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。2目测观察内容 (1)对开挖后没有支护的围岩进行目测，主要是了解开挖工作面的工程地质和水文地质条件。 岩质种类和分布状态，分界面的位置和状态。 岩性特征：岩石的颜色、成分、结构、构造。 地层时代及产状。 节理性质、组数、间距、规模，节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，充填物的类型和产状等。 断层的性质、产状，破碎带宽度、特征。 地下水类型、涌水量大小、涌水位置、涌水压力、水的化学成分、湿度等。 开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象。 (2)绘
4、制图件。对于目测观察到的有关情况和现象，应详细记录并需绘制成以下图册。 绘制隧道开挖工作面及两帮素描剖面图。要求每个监测断面绘制剖面图1张。 剖面图位置及间距。一般情况下剖面图的间距应随岩性、构造、水文地质条件不同而异。V级围岩剖面素描图间距为l0m;级围岩剖面素描图间距为20m;级围岩剖面素描图间距为40m;级围岩剖面素描图间距为50l00m。 现场绘出草图，室内清绘成正规图件，装订成册。 (3)开挖后已支护段的目测内容如下： 初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况的描述和记录。 有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象。 喷射混疑土是否产生裂隙或剥离，要特别注意喷射混凝土是否发生剪切破坏
5、。 有无锚杆和喷射混凝土施工质量问题。 钢拱架有无被压屈现象。 是否有底鼓现象。 观察中，如果发现异常现象，要详细记录发现时间、距开挖工作面的距离以及附近测点的各项量测数据。 (4)观察时间。每次隧道开挖工作面爆破后立即观察情况及有关现象，按要求及时记录整理。 3目测观察中围岩的破坏形态分析 (1)危险性不大的破坏。构筑仰拱后，在拱肩部出现的剪切破坏，一般都进展缓慢，危险性不大，特别是当拱肩部的剪切破坏面上有锚杆穿过时，因锚杆的抵抗作用，更不会发生急剧破坏。 (2)危险性较大的破坏。在没有构筑仰拱的情况下，当隧道内空变位速度收敛很慢且内空变位量很大时，拱顶喷射混凝土因受弯曲压缩而产生的裂隙常常
6、进展急剧，时常伴有混凝土碎片飞散，是一种危险性较大的破坏。(3)塌方征兆的破坏。拱顶喷射混凝土层出现对称的、可能向下滑落的剪切破坏的现象时，或侧墙发生向内侧滑动的剪切破坏，并伴有底鼓现象时，这两种情况都是塌方事故产生的先兆。 4利用目测结果修改设计、指导施工 (1)开挖后目测到的地质情况与开挖前勘测结果有很大不同时，则应根据目测的情况重新修改设计方案。 变更后的围岩级别、地下水情况以及围岩稳定性状态等，由设计单位和监理组确认，报主管部门审批后，对原设计进行修改，以便选择可行的施工方法并合理地调整有关设计参数。 (2)当发现开挖工作面自稳时间少于1h的情况时，则可采取下列措施： 采用环形切割法进
7、行开挖，先使核心部残留、支护后再开挖核心部。 采用分块开挖法。 对开挖工作面前方拱顶用斜锚杆支护后再开挖。 对开挖工作面做喷射混凝土防护后再开挖。 用水平超前锚杆或玻璃纤维束锚杆对开挖工作面加固后再开挖。 对围岩进行注浆加固后再开挖。 (3)开挖后没有支护前，发现顶板剥落现象时，可采用下列措施： 开挖后尽快施作喷射混凝土层，缩短掘进作业时间。 对开挖工作面前方拱顶用斜锚杆进行预支护后再开挖。 缩短一次掘进长度。 采用分块开挖法。 增加钢拱架加强支护。 对围岩进行注浆加固后再开挖。 (4)开挖工作面有涌水时，可根据涌水量大小，由小到大依次选取下列措施中的一项或几项： 增加喷射混凝土中的速凝剂含量
8、，加快凝结速度。 使用编织金属网改善喷射混凝土的附着条件。 对岩面进行排水处理。 设置防水层。 打排水孔或设排水导坑。 对围岩进行注浆加固。 (5)友现有锚杆拉断或垫板陷入围岩壁面内的情况时，可采取下列措施：加大锚杆长度。 使用有弹簧垫圈的垫板。 使用高强度锚杆。 (6)发现有喷射混凝土与岩面黏结不好的悬空现象时，可采取下列措施： 开挖后尽早进行喷射混凝土作业。 在喷射混凝土层中加设编织金属网。 增加喷射混凝土层厚度。 增长锚杆或增加锚杆数量。 (7)发现钢拱架有压屈现象时，可采取下列措施： 适当放松钢拱架的联结螺栓。 使用可缩性U形钢拱架。 喷射混凝土层留出伸缩缝。加大锚杆长度。(8)发现喷
9、射混凝土层有剪切破坏时，可采取下列措施： 在喷射混凝土层增设金属网。 施作喷射混凝土时留出伸缩缝。 增加锚杆长度。 使用钢拱架或U形可缩性钢拱架。 (9)发现有底鼓现象或侧墙向内滑移现象时，可采取下列措施： 尽快施作喷射混凝土仰拱，使断面尽早闭合。 在仰拱部打设锚杆。 原设计方案采用全断面开挖时，可用台阶法开挖；原设计方案采用长台阶或短台阶开挖时，可缩短台阶长度或改用小台阶法开挖，以缩短支护结构形成闭合断面的时间。 上述这些根据目测结果修改设计的措施，可以根据破坏现象程度的不同，单独采用一项或同时采用几项。在确定采用某项措施时，有时还需参考一些其他量测结果，特别是参考洞周收敛量测结果进行综合分
10、析后再作决定。新发现的破坏现象，必须排除因施工质量不合要求所导致的结果，否则难以对破坏现象作出正确的判断。二、地质素描图8-1 随道掌子面地质素描图 与隧道施工进展同步进行的洞内围岩地质和支护状况的观察和描述，称为地质素描。图8-1所示为地质素描图。在隧道设计和施工过程中，它是不可缺少的一项重要的现场的地质详勘工作，是围岩工程地质特性和支护措施合理性、有效性的最直观、最简便、最经济的描述和评价。 配合量测对综合测试断面的地质素描，应详细准确，如实反映情况。一般除前述洞内观察内容的观测外，还应包括以下内容： (1)综合测试断面的位置、形状、尺寸及编号； (2)岩石名称、结构、颜色； (3)岩体层
11、理、片理、节理、裂隙、断层等各种软弱面的产状、宽度、延伸情况、连续性、间距等； (4)岩石各结构面的成因类型、力学属性、充填物成分及泥化、软化情况； (5)岩脉穿插情况及其与围岩接触关系，软硬及破碎程度，围岩的自稳时间与自稳性能； (6)岩体风化程度、特征、抗风化能力； (7)地下水的类型、出露位置、水量及对喷锚支护的影响； (8)施工开挖方法、支护参数及循环时间； (9)围岩内鼓、弯折、变形、岩爆、掉块、坍塌的位置、规模、数量和分布情况； (10)溶洞、黄土、流沙、膨胀性围岩、瓦斯地层等特殊地质条件的描述；(11)喷层开裂、底鼓、剥落情况的描述；(12)地质断面展示图或纵横剖面图，必要时应附
12、彩色照片等。三、围岩的工程分级 隧道围岩分级是评价围岩性质，确定围岩压力，判定隧道围岩稳定性的新方法，也是合理选择隧道支护类型及施工方法的重要依据。我国公路隧道设计规范( JTG D70-2004)中关于围岩分级是根据控制隧道围岩稳定性的围岩结构特征和完整状态为基本因素进行的，其次考虑了围岩岩石强度、地下水作用及风化程度、围岩组合特征等因素，分为I共6个级别，具体见表8-1。公路隧道围岩分级 表8-1围岩级别围岩或土体主要定性特征围岩开挖后的稳定状态I坚硬岩，岩体完整，巨整体块状或巨厚层状结构围岩稳定，无坍塌，可能产生岩爆坚硬岩，岩体完整，块状或厚层状结构；较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构暴露
13、时间长，可能会出现局部坍塌，侧壁稳定，层间结合差的平缓岩层，顶板易塌落坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎（石）状镶嵌结构；较坚硬岩或较软硬岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结构拱部无支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定，爆破震动过大易塌落坚硬岩，岩体破碎，碎裂结构； 较坚硬岩，岩体较破碎一破碎，镶嵌碎裂结构：较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整。校破碎，中薄层状结构拱部无支护时可产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定 土体:1.压密或成岩作用的黏性土及砂性土；2.黄土( Q1、Q2)； 3.一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土V较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎一破碎；极破碎各类岩体，碎、裂
14、状，松散结构 围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌，浅埋时易出现地表下沉（陷）或坍至地表一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石土、圆砾、角砾土及黄土( Q3、Q4)。非黏性土呈松散结构，黏性土及黄土呈松软结构软塑状黏性土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等围岩极易坍塌，有水时土沙常与水一齐涌出，浅埋时易坍至地表 注：本表不适用于特殊条件的围岩分级，如膨胀性围岩、多年冻土等。四、围岩描述的定性特征 1岩石的坚硬程度根据坚硬程度，将岩石分为两大类：硬质岩和软质岩，其中硬质岩又细分为：坚硬岩和较坚硬岩两类；软质岩细分为：较软岩、软岩和极软岩三类，其定性特征见表8-2。 岩石坚硬程度定性划分 表8-2名称定性鉴定代表性岩石硬质岩坚硬岩锤击声清脆，有回弹，振手，难击碎；浸水后大多无吸水反应未风化一微风化
