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1、长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n摘要：摘要：结合青兰高速公路马鞍山长大隧道施工过程,通过对该隧道的围岩变形进行现场监测与分析,获得了隧道围岩在复杂地质条件下,各施工阶段的地表沉降、拱顶下沉和水平收敛情况,有效地控制了隧道围岩变形。在施工过程中对隧道的现场测试与分析,不仅为隧道的支护体系设计优化提供依据,而且起到了指导隧道现场施工的作用。n n关键词：关键词：长大隧道；浅埋；施工监测； 长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n1 1 工程及地质概况工程及地质概况工程及地质概况工程及地质概况n n马鞍山隧道左线长马鞍山隧道左线
2、长4320 m4320 m，右线长，右线长4370m4370m，隧道最大埋，隧道最大埋深深307m307m。隧道进口段为浅埋段，左右线浅埋段共长约。隧道进口段为浅埋段，左右线浅埋段共长约900 900 mm，最小埋深为，最小埋深为2.5 m2.5 m。隧道设计采用分离的双洞单向三。隧道设计采用分离的双洞单向三车道隧道，隧道最大宽度约车道隧道，隧道最大宽度约16.81m16.81m，开挖高度约，开挖高度约11.75m11.75m，隧道衬砌采用复合式衬砌断面。，隧道衬砌采用复合式衬砌断面。n n隧道穿越地层主要为古生界寒武系中统徐庄组，张夏组及隧道穿越地层主要为古生界寒武系中统徐庄组，张夏组及上统
3、崮山组，长山组和风山组地层，出口处局部为第四系上统崮山组，长山组和风山组地层，出口处局部为第四系沉积层，岩性相当复杂，变化频繁，从硬质灰岩到软岩体沉积层，岩性相当复杂，变化频繁，从硬质灰岩到软岩体如砂岩，无粘结力的碎石土，节理裂隙发育，地下含水以如砂岩，无粘结力的碎石土，节理裂隙发育，地下含水以基岩裂隙水分布最为广泛。因此，无论从自然地理、地质基岩裂隙水分布最为广泛。因此，无论从自然地理、地质构造、地层岩性、水文地质条件各方面来说，隧道的施工构造、地层岩性、水文地质条件各方面来说，隧道的施工条件都相当恶劣。条件都相当恶劣。长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n2 2 施工与监控方案
4、施工与监控方案施工与监控方案施工与监控方案n n鉴于隧道断面大、隧道长、地质条件复杂、在施工中采取鉴于隧道断面大、隧道长、地质条件复杂、在施工中采取反馈设计与信息化施工手段进行隧道开挖，将新奥法反馈设计与信息化施工手段进行隧道开挖，将新奥法(NATM)(NATM)思想融入设计、施工、监理、监测、管理的各个方思想融入设计、施工、监理、监测、管理的各个方面，将施工过程中捕获的各种信息及时反馈、分析和处理，面，将施工过程中捕获的各种信息及时反馈、分析和处理，以对原设计和施工方法、支护参数进行跟踪监控以对原设计和施工方法、支护参数进行跟踪监控, ,遇有不适遇有不适当之处及时进行修改调整当之处及时进行修
5、改调整, ,并总结经验。并总结经验。n n在隧道开挖与围岩支护等环节中，可能会出现各种不可预在隧道开挖与围岩支护等环节中，可能会出现各种不可预见的因素，对施工进度与人员安全造成影响。因此，加强见的因素，对施工进度与人员安全造成影响。因此，加强隧道施工全过程的监控量测，实现信息化施工，及时掌握隧道施工全过程的监控量测，实现信息化施工，及时掌握围岩与支护动态，确保隧道施工过程中围岩稳定与支护安围岩与支护动态，确保隧道施工过程中围岩稳定与支护安全；同时为二次衬砌支护合理时间的选择、验证支护结构全；同时为二次衬砌支护合理时间的选择、验证支护结构形式及支护参数，评价支护结构与施工方法的合理性，并形式及支
6、护参数，评价支护结构与施工方法的合理性，并为优化设计参数，调整施工工艺提供最直接、最有效的原为优化设计参数，调整施工工艺提供最直接、最有效的原始数据至关重要。始数据至关重要。长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n量测工作是新奥法构筑隧道非常重要的一环，根据施工环量测工作是新奥法构筑隧道非常重要的一环，根据施工环境的实际情况选择监测项目，并充分利用监测成果，应用境的实际情况选择监测项目，并充分利用监测成果，应用信息化施工技术，乃项目部提高工程质量信息化施工技术，乃项目部提高工程质量“ “ 降低工作成降低工作成本本” ” 保证安全和工期的重要举措。隧道动态反馈设计与保证安全和工期的重要
7、举措。隧道动态反馈设计与信息化施工工作流程图，如下图信息化施工工作流程图，如下图1.11.1n n 图图1.1 1.1 隧道动态反馈设计与信息化施工工作流隧道动态反馈设计与信息化施工工作流程图程图长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n3 3 量测设计量测设计量测设计量测设计n n3.13.1隧道监测的内容隧道监测的内容隧道监测的内容隧道监测的内容n n信息化设计与施工的关键是收集信息，监测技术是信息获信息化设计与施工的关键是收集信息，监测技术是信息获得的主要手段。信息的来源主要分得的主要手段。信息的来源主要分2 2个阶段：一是勘察阶个阶段：一是勘察阶段，通过勘察信息确定初步设计方案
8、和施工方法；二是施段，通过勘察信息确定初步设计方案和施工方法；二是施工阶段，收集施工期间的地质、施工方法信息，反馈分析，工阶段，收集施工期间的地质、施工方法信息，反馈分析，必要时修正初步设计方案和施工方法，达到最优化的设计必要时修正初步设计方案和施工方法，达到最优化的设计和施工方案。和施工方案。n n隧道监测的内容较多隧道监测的内容较多, ,包括地质条件、应力、应变和位移包括地质条件、应力、应变和位移等监测等监测, ,目前在隧道工程中主要进行监测的隧道内现场观目前在隧道工程中主要进行监测的隧道内现场观察、拱顶下沉、周边收敛、锚杆拉拔力等察、拱顶下沉、周边收敛、锚杆拉拔力等, ,其具有稳定可其具
9、有稳定可靠、反映直接、简便经济等优点。在复杂的地质条件下进靠、反映直接、简便经济等优点。在复杂的地质条件下进行隧道工程建设，应该加强多方面的监测，如地表沉降、行隧道工程建设，应该加强多方面的监测，如地表沉降、围岩内部位移、支护结构受力与变形等。围岩内部位移、支护结构受力与变形等。长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n3.2 3.2 马鞍山隧道现场测试方法马鞍山隧道现场测试方法马鞍山隧道现场测试方法马鞍山隧道现场测试方法n n马鞍山隧道切实有效地控制好隧道监测中必测项马鞍山隧道切实有效地控制好隧道监测中必测项目，已能满足大部分隧道项目施工的需要。目，已能满足大部分隧道项目施工的需要。
10、n n3.2.1 3.2.1 地质及支护状况观察地质及支护状况观察n n隧道每次爆破后通过肉眼对掌子面围岩进行观察，隧道每次爆破后通过肉眼对掌子面围岩进行观察，同时通过地质罗盘量测及锤击等手段描述和记录同时通过地质罗盘量测及锤击等手段描述和记录围岩地质情况，包括围岩的岩性、岩石坚硬程度、围岩地质情况，包括围岩的岩性、岩石坚硬程度、风化程度、岩层产状、裂隙发育程度、地质结构风化程度、岩层产状、裂隙发育程度、地质结构面、地下水情况等，从而判断围岩级别是否与设面、地下水情况等，从而判断围岩级别是否与设计相符，进行拍照记录和地下水渗水量测量。计相符，进行拍照记录和地下水渗水量测量。长大浅埋隧道的施工监
11、测长大浅埋隧道的施工监测n n初期支护施作后对喷层支护状态和锚杆工作状态初期支护施作后对喷层支护状态和锚杆工作状态进行观察，观察喷层是否出现脱落、开裂以及脱进行观察，观察喷层是否出现脱落、开裂以及脱落、开裂程度，锚杆工作是否正常等，若发现异落、开裂程度，锚杆工作是否正常等，若发现异常情况及时进行记录和反馈。常情况及时进行记录和反馈。n n3.2.2 3.2.2 地表沉降观测地表沉降观测n n本项目隧道进口埋深较浅，开挖时可能引起地层本项目隧道进口埋深较浅，开挖时可能引起地层深陷，量测的目的是在于了解以下内容：深陷，量测的目的是在于了解以下内容：n n、地表下沉范围、量值；、地表下沉范围、量值；
12、n n、地表及地中下沉随工作面推进的规律；、地表及地中下沉随工作面推进的规律；n n、地表及地中下沉稳定的时间。、地表及地中下沉稳定的时间。长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n在选定的量测断面区域内，首先设一个通视条件在选定的量测断面区域内，首先设一个通视条件较好、测量方便、牢固的基准点较好、测量方便、牢固的基准点( (基准点布置地表基准点布置地表沉降影响区以外沉降影响区以外) )，然后在各个断面埋设地表沉降，然后在各个断面埋设地表沉降测桩，测桩采用测桩，测桩采用1616钢筋制作而成，并用水泥砂钢筋制作而成，并用水泥砂浆埋设牢固。每个断面设浆埋设牢固。每个断面设7 7个测点，测量
13、断面沿隧个测点，测量断面沿隧道纵向延伸（如图道纵向延伸（如图1.21.2）。）。n n地表下沉量测采用水准仪进行量测，测量精度为地表下沉量测采用水准仪进行量测，测量精度为1mm1mm，标高采用绝对标高或相对标高。对于浅埋，标高采用绝对标高或相对标高。对于浅埋隧道地面沉降以及沉降的发展趋势是判断隧道围隧道地面沉降以及沉降的发展趋势是判断隧道围岩稳定性的一个重要标志。岩稳定性的一个重要标志。n n 图图1.2 1.2 地表沉降观测点布置图地表沉降观测点布置图长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n3.2.3 3.2.3 周边收敛量测周边收敛量测
14、n n围岩周边各点趋向隧道中心的变形称为围岩周边各点趋向隧道中心的变形称为“ “收敛收敛” ”，所谓围，所谓围岩周边收敛位移量测主要是指对隧道内壁面两点间连线方岩周边收敛位移量测主要是指对隧道内壁面两点间连线方向的位移的量测，此项量测称为向的位移的量测，此项量测称为“ “收敛收敛” ”量测。收敛量测量测。收敛量测是隧道施工监控量测的重要项目，收敛值是最基本的量测是隧道施工监控量测的重要项目，收敛值是最基本的量测数据，是判断围岩动态最主要的量测项目，必须量测准确。数据，是判断围岩动态最主要的量测项目，必须量测准确。隧道工程施工比较强调围岩变形，因为岩体变形是应力性隧道工程施工比较强调围岩变形，因
15、为岩体变形是应力性态变化的最直观反映，是隧道开挖时围岩动态、围岩条件、态变化的最直观反映，是隧道开挖时围岩动态、围岩条件、支护效果的综合体现，是在隧道全长进行的重要量测项目。支护效果的综合体现，是在隧道全长进行的重要量测项目。此项目的量测结果可用以判断：周边围岩的稳定性；确定此项目的量测结果可用以判断：周边围岩的稳定性；确定支护时间、推算位移速率、最终位移值、初期支护的妥当支护时间、推算位移速率、最终位移值、初期支护的妥当与否及衬砌、仰拱的浇筑时间等。与否及衬砌、仰拱的浇筑时间等。长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n隧道开挖爆破以后，沿隧道周边拱腰和边墙部位分别埋设测桩，测桩的埋
16、设方法与拱顶下沉测桩埋设方法相同。为了便进行数据分析，周边收敛与拱顶下沉测桩布置在同一断面。若隧道采用台阶分步开挖，需布设1、2、3三条量测基线，其基线在上台阶开挖后布设，主要量测上台阶开挖后围岩及支护的变形；下台阶开挖后需及时在同一断面布设4、5、6基线，主要量测下台阶开挖后围岩及支护变形。长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n隧道周边收敛测点布置如图1.3所示。采用JSS30A型系列数显收敛计进行量测，量测时先用温度计测度环境温度用于钢尺温度变形修正，从收敛计钢尺上读出整读数，从数显计上读出微读数，两者之和即为基线的长度，每次量测值之间的差值即为隧道的周边收敛值。n n图1.3
17、 拱顶下沉及周边收敛测点布置示意图长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n3.2.3 拱顶下沉量测n n隧道拱顶内壁的绝对下沉量称为拱顶下沉值，单位时间内拱顶下沉值称为拱顶下沉速度。拱顶下沉量测也属位移量测，对于埋深较浅、固结程度低的地层，水平成层的场合，这项量测比收敛值量测更为重要，其量测数据是判断支护效果，指导施工工序，保证施工质量和安全的最基本的资料长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n隧道开挖后在毛洞拱顶设置带挂钩的预埋件作为隧道开挖后在毛洞拱顶设置带挂钩的预埋件作为拱顶下沉量测测桩拱顶下沉量测测桩( (如图所如图所1.
18、31.3示示) )，埋设前先用小，埋设前先用小型机具在待测部位钻孔，然后将测桩放入孔内，型机具在待测部位钻孔，然后将测桩放入孔内，用快凝水泥或早强锚固剂固定，在施工易破坏的用快凝水泥或早强锚固剂固定，在施工易破坏的位置用红色油漆做好标记并在测桩头设保护罩。位置用红色油漆做好标记并在测桩头设保护罩。对于较差的围岩，测桩可在初期支护施作后布置。对于较差的围岩，测桩可在初期支护施作后布置。采用精密水准仪采用精密水准仪( (精度精度0.1mm)0.1mm)和铟瓦水准尺从洞和铟瓦水准尺从洞外或洞内基准点转点至量测断面附近外或洞内基准点转点至量测断面附近( (见图见图1.4)1.4)，然后将钢尺垂直悬挂在
19、拱顶挂钩上，通过水准仪然后将钢尺垂直悬挂在拱顶挂钩上，通过水准仪前视钢尺读数，通过温度修正后可得钢尺读数，前视钢尺读数，通过温度修正后可得钢尺读数，由此可得拱顶对基准点的相对高程，相隔一定时由此可得拱顶对基准点的相对高程，相隔一定时间后用同样的方法可得拱顶的相对高程，则即为间后用同样的方法可得拱顶的相对高程，则即为该段时间的拱顶沉降值。该段时间的拱顶沉降值。长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n4 4 现场测试结果现场测试结果现场测试结果现场测试结果n n4.14.1地质及支护状况观察情况地质及支护状况观察情况n n以马鞍山隧道左洞为例：
20、左洞洞口为弱风化灰岩，以马鞍山隧道左洞为例：左洞洞口为弱风化灰岩，致密结构，条带状构造，条带宽致密结构，条带状构造，条带宽1 13cm3cm，夹灰黑，夹灰黑色泥质条带，层间结合一般，裂隙较发育，一般色泥质条带，层间结合一般，裂隙较发育，一般间距间距0.25-0.4m,0.25-0.4m,裂面较粗糙，不规则，延伸较短，裂面较粗糙，不规则，延伸较短，岩体层间干燥，隧道轴线与岩层走向近于正交，岩体层间干燥，隧道轴线与岩层走向近于正交，与主要裂隙呈小锐角相交，弱风化的薄层岩层与与主要裂隙呈小锐角相交，弱风化的薄层岩层与较发育的裂隙交切，易产生层间滑移、拱顶剥落、较发育的裂隙交切，易产生层间滑移、拱顶剥
21、落、掉块等岩体局部失稳现象，应注意初期支护时机掉块等岩体局部失稳现象，应注意初期支护时机及层间滑移产生的侧压力。及层间滑移产生的侧压力。长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n4.2 马鞍山隧道左线地表量测数据分析n n在隧道左线进口浅埋段沿隧道轴线方向布设5个量测断面，隧道右线进口浅埋段沿隧道轴线方向布设7个量测断面。隧道上部测点间距5 m，隧道两侧测点间距5m。 n n 图1.5 ZK153+390断面各测点地表沉降时态曲线长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n根据量测结果可以看出
22、：根据量测结果可以看出：n n(1) ZK153+390(1) ZK153+390断面断面2 2点地表沉降值较大，为点地表沉降值较大，为74mm74mm，其余，其余各点地表沉降值均在各点地表沉降值均在35mm35mm以内；以内；n n(2) (2) 地质条件越差，隧道施工引起的地表沉降越大，地质条件越差，隧道施工引起的地表沉降越大， ZK153+390ZK153+390断面左侧为松散土层，出现小面积的塌方，地断面左侧为松散土层，出现小面积的塌方，地质条件比其他部位差，地表沉降也明显其他部位大；质条件比其他部位差，地表沉降也明显其他部位大；n n (3) (3) 在隧道开挖过程中，上台阶开挖引起
23、的地表沉降最大；在隧道开挖过程中，上台阶开挖引起的地表沉降最大；n n（4 4）从位移）从位移- -时间曲线图看，围岩变形表现为大速率，暂时间曲线图看，围岩变形表现为大速率，暂时稳定，再急剧变形，并逐渐趋于稳定。当开挖掌子面到时稳定，再急剧变形，并逐渐趋于稳定。当开挖掌子面到达达ZK153+390ZK153+390附近时，地表沉降出现明显的变化。附近时，地表沉降出现明显的变化。n n4.3 马鞍山隧道左线拱顶沉降量测数据分析长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n从拱顶下沉时态曲线可看出：从拱顶下沉时态曲线可看出：n n (1)(1)马鞍山隧道拱顶下沉值在马鞍山隧道拱顶下沉值在公路隧
24、道施工技公路隧道施工技术规范术规范(JTJ042-94)(JTJ042-94)允许范围内，该断面拱顶下允许范围内，该断面拱顶下沉值约沉值约13mm13mm，稳定时间约，稳定时间约20203030天。天。 n n(2) (2) 隧道开挖初期拱顶下沉速率较大，当隧道开隧道开挖初期拱顶下沉速率较大，当隧道开挖通过一定距离，前方隧道开挖对后方已支护断挖通过一定距离，前方隧道开挖对后方已支护断面影响不大以后，拱顶沉降下沉速率逐步减小并面影响不大以后，拱顶沉降下沉速率逐步减小并最终趋于稳定。最终趋于稳定。n n4.3 4.3 马鞍山隧道左线收敛量测数据分析马鞍山隧道左线收敛量测数据分析n n周边收敛量测结
25、果中负值表示向内收敛，正值表周边收敛量测结果中负值表示向内收敛，正值表示向外扩张。示向外扩张。长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n从周边收敛时态曲线可看出：从周边收敛时态曲线可看出：n n（1 1）从监测开始到掌子面掘进）从监测开始到掌子面掘进10m10m的范围内，位移呈直的范围内，位移呈直线增长，此阶段位移量达总量的线增长，此阶段位移量达总量的70%-80%70%-80%；n n（2 2）位移经过初期较快的增长后，速率减小，可见周边）位移经过初期较快的增长后，速率减小，可见周边收敛受掌子面推进的影响明显变小。同时位移出现波动，收敛受掌
26、子面推进的影响明显变小。同时位移出现波动，说明收敛受施工因素的影响，如喷混凝土、立工字钢、打说明收敛受施工因素的影响，如喷混凝土、立工字钢、打锚杆等；锚杆等；n n（3 3） 但掌子面推进到但掌子面推进到30m30m，即大约，即大约2 2倍洞径时，位移基倍洞径时，位移基本收敛，不再发生变化，可见该隧道的空间影响大约为本收敛，不再发生变化，可见该隧道的空间影响大约为2 2倍洞径。倍洞径。n n（4 4）从理论上讲，曲线反映出初期支护在开挖后）从理论上讲，曲线反映出初期支护在开挖后6 6天左右天左右进行最理想进行最理想( (急剧变形期之后急剧变形期之后) )，但由隧道围岩完整性较差，但由隧道围岩完
27、整性较差，断面较大，所以初期支护在隧道开挖后及时进行施作。断面较大，所以初期支护在隧道开挖后及时进行施作。长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n5 5 结论结论结论结论n n1 1、由于大跨径浅埋隧道围岩应力和变形具有多变、由于大跨径浅埋隧道围岩应力和变形具有多变的特点，采取量测手段，跟踪掌握围岩应力和变的特点，采取量测手段，跟踪掌握围岩应力和变形，及时调整支护参数，是长大隧道施工技术工形，及时调整支护参数，是长大隧道施工技术工作的一项重要内容。施工中应当自始至终地坚持作的一项重要内容。施工中应当自始至终地坚持“ “勤量测勤量测” ”的原则，以实现支护结构的合理性隧的原则，以实现支
28、护结构的合理性隧道施工和监控量测工作要放在首要位置，准确掌道施工和监控量测工作要放在首要位置，准确掌握围岩沉降、收敛规律以及支护压力，便于及时握围岩沉降、收敛规律以及支护压力，便于及时调整施工参数。同时也为二次衬砌施作时间提供调整施工参数。同时也为二次衬砌施作时间提供了准确的信息依据。了准确的信息依据。长大浅埋隧道的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n2、与一般地段相比较，大跨径隧道施工过程中围岩变位受开挖的影响更大。在进行现场监控量测工作时应密切注意各种监控信息的变化，及时进行分析研究找出其内在原因，并及时反馈给施工与监理单位；以便于及时发现问题和解决问题，以免造成重大安全事故。长大浅埋隧道
29、的施工监测长大浅埋隧道的施工监测n n参考文献参考文献: :n n11夏才初夏才初. .地下工程测试理论与监测技术地下工程测试理论与监测技术M. .M. .同济大同济大学出版社学出版社. .n n2 2 李晓红李晓红. .隧道新奥法及其量测技术隧道新奥法及其量测技术. M. M北京北京. .科学出科学出版社版社.2001.2001n n33朱汉华朱汉华. .公路隧道设计与施工新法公路隧道设计与施工新法M.M.北京北京: :人民交人民交通出版通出版n n44徐林生徐林生. .公路隧道围岩变形量测及应用公路隧道围岩变形量测及应用. .公路隧道。公路隧道。20022002n n55中华人民共和国行业标准编写组中华人民共和国行业标准编写组. . 公路隧道施工公路隧道施工技术规范技术规范n n(JTGD702004)M. (JTGD702004)M. 北京：人民交通出版社，北京：人民交通出版社，20042004
