摘 要:本文介紹了半坡隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測的項目和方法,分析了典型斷面施工中的圍巖穩(wěn)定性,判斷圍巖穩(wěn)定程度和支護結(jié)構(gòu)的狀態(tài),對圍巖變形和應力的分布特征進行了探討。
關(guān)鍵詞:監(jiān)控量測 圍巖 穩(wěn)定
一、工程概況
半坡隧道位于貴州省黔南州,為一座上、下行分離的四車道高速公路中隧道,左線長950m,右線長960m,最大埋深約150m。隧道地處貴州高原南部中低山峰叢,穿越泥盆系石英砂巖夾泥巖和白云巖、灰?guī)r互層;節(jié)理裂隙發(fā)育,有多條斷裂線,地下水豐富,軟質(zhì)巖遇水后易軟化,因而圍巖穩(wěn)定性差。其巖性主要為:亞粘土、碎石土、強風化白云巖、弱風化頁巖、砂巖及泥質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r;弱風化白云巖、泥灰?guī)r,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎~極破碎,圍巖自身穩(wěn)定性差。
二、量測項目
監(jiān)控量測可以及時提供地下結(jié)構(gòu)的變形和受力情況等信息,判斷施工工藝的可行性、設計參數(shù)的合理性,提出更加恰當?shù)氖┕し椒ê秃侠淼闹ёo措施,實現(xiàn)隧道信息化動態(tài)施工控制,達到既能安全快速施工,又能節(jié)省工程造價的目的。根據(jù)規(guī)范要求,結(jié)合半坡隧道施工的實際工程情況,開展了以下的現(xiàn)場監(jiān)控量測工作:
必測項目:(1)地質(zhì)和支護觀察、(2)周邊收斂量測、(3)拱頂下沉量測、(4)錨桿內(nèi)力量測。必測項目量測方法簡單,量測密度大,量測信息直觀可靠,貫穿在整個施工過程中。
選測項目:(1)地表下沉量測、(2)圍巖內(nèi)部位移量測、(3)圍巖與噴射混凝土間接觸壓力量測、(4)噴射混凝土與二次襯砌間接觸壓力量測、(5)噴射混凝土內(nèi)應力量測、(6)二次襯砌內(nèi)應力量測、(7)鋼支撐內(nèi)力量測。埋設選測項目斷面遵循的原則是①地質(zhì)惡劣,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖石破碎;②圍巖類別漸變;③隧道埋深較淺;④偏壓嚴重;⑤斷層破碎帶;⑥施工方案變更時所處斷面。以便更深入地掌握圍巖穩(wěn)定狀態(tài)與支護效果,對支護措施有效監(jiān)控,作出安全性評價,指導施工。
三、數(shù)據(jù)采集和分析
現(xiàn)場監(jiān)控量測人員按規(guī)范和監(jiān)控量測大綱規(guī)定的頻率堅持每天到洞內(nèi)采集數(shù)據(jù)和進行地質(zhì)跟蹤調(diào)查,如發(fā)現(xiàn)量測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化或圍巖地質(zhì)情況變差,則及時分析引起變化的原因并通知有關(guān)各方,使問題得到及時處理,同時量測頻率在規(guī)范規(guī)定的基礎上增加。
隧道圍巖監(jiān)控量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)所生成的時間空間效應曲線和深孔量測項目圍巖內(nèi)部分布圖,在一張圖紙上綜合反映了量測斷面樁號、量測斷面隧道埋深、施工方法、工程進度、測點位置等信息,能夠全面地分析隨著時間的推移和掌子面的向前推進,量測斷面的圍巖變形和支護結(jié)構(gòu)受力的大小和發(fā)展趨勢,準確判斷圍巖和支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,圍巖內(nèi)部的松動范圍,對每一個斷面的各量測項目分別進行分析,判斷變形和應力是已趨于穩(wěn)定或是有繼續(xù)發(fā)展的趨勢,給出一個明確的判斷,對隧道施工起到了積極的指導作用。
四、斷面圍巖穩(wěn)定性分析
ZK234+365斷面位于半坡隧道貴陽端涌水處治地段,該段裂隙水很大,呈股狀、線狀的涌水點達十多處,采用局部注漿堵水、排堵結(jié)合。斷面巖性為灰色、褐黃色薄~中層狀含砂泥質(zhì)板巖,巖石板理發(fā)育,巖石質(zhì)軟,破碎,局部為褐灰色粘土層,粘土固結(jié)差、松散,斷面巖石自穩(wěn)能力極差,易掉塊或坍塌。
施工采用上下導坑法開挖,其中上導坑預留核心土開挖。主要支護參數(shù)如為:1、初期支護:(1)C20噴射混凝土厚26cm。(2)20b工字鋼鋼拱架,間距60cm。(3)D25中空注漿錨桿,L=300cm,間距60cm(縱)x100cm(環(huán)),按梅花形布置。(4)φ8雙層鋼筋網(wǎng),間距20cmx20cm。2、二次襯砌:C25鋼筋混凝土砼厚團50cm。地表采用水泥¬-水玻璃注漿加固,洞內(nèi)輔助施工措施采用超前小導管。
地表下沉:其變化曲線呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性,從時間空間變化曲線進行分析,總體上分三個階段(1)緩慢增長階段,從洞內(nèi)開挖逐步靠近本量測斷面開始,直到開挖面距離本量測斷面為5m,平均變形速率在0.061~0.194mm/d之間;(2)快速增長階段,從開挖面距離本量測斷面5m開始,直到開挖面離開本量測斷面10m,平均變形速率在0.925~4.93mm/d之間,該階段下沉完成總下沉量的85%以上;(3)緩慢增長---逐漸趨穩(wěn)階段,為開挖面離開本量測斷面10m以后,平均變形速率在0.15~0.35mm/d之間之間。5個測點的地表下沉穩(wěn)定值分別為:44mm、60mm、64mm、37mm、16mm,呈現(xiàn)出明顯的左側(cè)下沉大、右側(cè)下沉小的狀態(tài),與本地段偏壓的狀態(tài)吻合。
拱頂下沉:本斷面的拱頂下沉波動較大,三個測點的變化趨勢基本一致,測點埋設初期,在左側(cè)偏壓的作用下,拱頂下沉測點先向上移動,三個測點的最大量測值分別為-2mm、-7mm、-9mm,上臺階開挖面逐漸遠離本斷面后,測點逐漸向下移動,穩(wěn)定下沉值分別為6mm、2mm、-2mm,圍巖變形較小,處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。
周邊收斂:拱腰的周邊收斂逐漸增大,總體上分兩個階段,上臺階開挖初期,拱腰的周邊收斂增加速度較快,后逐漸減緩,下臺階開挖時,拱腰的周邊收斂又短暫地有所增加,其穩(wěn)定收斂值為12.4mm,邊墻的的周邊收斂量測值很小。
接觸壓力:圍巖與噴射混凝土接觸壓力呈中間大兩側(cè)小地狀態(tài),拱頂測點的接觸壓力最大,接觸壓力達到0.433Mpa,30天后則趨于穩(wěn)定,噴砼與二次襯砌接觸壓力很小,處于穩(wěn)定狀態(tài)。
內(nèi)部應力:噴射混凝土內(nèi)部應力呈現(xiàn)出左側(cè)受拉右側(cè)受壓的狀態(tài),與本斷面左側(cè)埋深大右側(cè)埋深小,呈偏壓狀態(tài)吻合,真實地反映了的結(jié)構(gòu)的真實受力狀態(tài)。其中右側(cè)拱腰的噴射混凝土內(nèi)部應力較大,測點埋設初期增加較快,量測20天后受力趨于穩(wěn)定,其穩(wěn)定量測值為1.9Mpa,二次襯砌內(nèi)部應力較小,量測值小于0.4Mpa。
鋼支撐內(nèi)力:拱頂測點的鋼支撐內(nèi)力最大,測點埋設后的變化很快,30天后拱頂測點的鋼支撐內(nèi)力已逐漸趨于穩(wěn)定,穩(wěn)定量測值為21KN,其余測點的量測值很小。
圍巖內(nèi)部位移:本斷面的圍巖內(nèi)部位移較大,表明隧道施工開挖對圍巖有所擾動,其中左側(cè)拱腰圍巖壁面和圍巖內(nèi)部0.7m處的位移最大,量測值分別為10mm、8.5mm,均為向隧道內(nèi)空移動,右側(cè)拱腰圍巖內(nèi)部2.1m處的位移最大,量測值為6mm,為向隧道外移動,分析表明在偏壓的作用下,圍巖和隧道結(jié)構(gòu)有向右移動的現(xiàn)象。
錨桿軸力:本斷面的錨桿軸力以受壓為主,基本上都呈現(xiàn)出往圍巖內(nèi)部軸力逐漸減小的狀態(tài),穩(wěn)定量測值均小于8KN,分析表明錨桿的作用尚未充分發(fā)揮出來,因此,可適當增加錨桿的長度。
五、結(jié)論
通過對半坡隧道圍巖類型典型斷面的穩(wěn)定性分析,得出以下結(jié)論:
(1)半坡隧道出口淺埋偏壓段的支護措施和施工方法是恰當?shù),支護結(jié)構(gòu)形成了比較穩(wěn)定的承載拱,洞內(nèi)變形較小,圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。
(2)通過對現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的分析,得到圍巖變形的初步發(fā)展規(guī)律和分布特征。
。3)通過現(xiàn)場監(jiān)控量測可以準確地判斷施工中圍巖和支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,避免塌方事故的發(fā)生,實現(xiàn)了隧道信息化動態(tài)施工控制,達到了安全快速施工、節(jié)省工程造價的目的。