隧道围岩变形量测是新奥法现场量测的首要内容,是确认或修改支护设计参数和判别围岩稳定的依据,是保证隧道施工安全的一项重要措施。为了保证隧道的设计净空断面,监理人员应严格要求施工单位按规定进行拱顶下沉和净空量测,量测数据及分析结果应及时与设计进行比较,掌握地表沉陷、围岩和支护的工作状态,对围岩稳定性作出评价,确定或调整支护结构、支护参数和支护时间;评价支护结构的合理性及其安全性,并对设计和施工的合理性进行评估和信息反馈,以确保施工安全和隧道的稳定。
1 隧道围岩的量测
1.1 隧道监控量测的必测项目
为了保护隧道的顺利开挖及二次衬砌的时间,隧道围岩的量测必测项目一般包括地址及支护状况观察、周边收敛量测、拱顶下沉量测、地表下沉。地质及支护状况观察包括岩性、岩层产状、结构面、溶洞、断面描述、
支护结构裂缝等;周边收敛量测是量测隧道周边位移,了解收敛状况、断面变形状态,判断稳定性;拱顶下沉量测是监视拱顶下沉,了解断面的变形状态,判断隧道拱顶的稳定性;地表下沉是根据地表下沉位移量判定隧道
开挖对地表下沉的影响,以确定隧道支护结构。
1.2 隧道监控量测的选测项目
隧道围岩量测的选测项目:围岩内部位移量测、锚杆轴力量测、衬砌应力量测、围岩压力量测及支护压力、型钢支撑应力量测及弹性波测试。围岩内部位移量测是了解隧道围岩的松弛区、位移量及围岩应力分布,为准
确判断围岩的变形发展提供数据;锚杆轴力量测是根据锚杆所承受的拉力,判断锚杆布置是否合理;衬砌应力量测是根据量测二次衬砌内应力、喷射混凝土层内轴向应力,了解支护衬砌内的受力情况;根据围岩压力及层间
支护压力,判断复合衬砌中围岩荷载大小,判断初期支护与二次衬砌各自分担围岩压力情况;量测型钢支撑内应力,推断作用在型钢支撑上的压力大小,判断型钢支撑尺寸、间距及设置型钢支撑的必要性;通过声波测试,
判断围岩松动区大小、裂隙发育情况。
2 隧道围岩量测的手段要求
量测数据的质量好坏直接影响监控的成败。监控现场量测手段应满足下列要求:
1)尽快埋设测点。隧道开挖过程中,围岩压力场、位移场的变化与开挖作业面的空间位置密切相关。一般情况下,位移的变化在量测断面前后总计两倍洞径范围内最大。为了全面量测应力、位移的变化值,要求测点
埋设紧靠开挖作业面,且要尽快埋设,以减少对施工的干扰。第一次测试宜在埋设测点后立即进行,以便取得初始数据。应注意一次量测的时间宜尽量短。
2)所埋设的长期有效的传感元件要有较好的防振、防冲击波的能力。
3)测试的数据应直观、正确、可靠。隧道开挖、支护作业是连续循环进行的,信息反馈必须及时、全面,不影响施工。为了便于信息反馈,测试数据以直观为好,即测得的数据不需经过复杂的计算就可直接应用。
4)测试仪器要有足够的精度。
3 量测方法
3.1 地质及支护状况观察
每次爆破后和初喷后,通过肉眼观察、地质罗盘仪和锤击检查隧道各个掌子面,描述和记录围岩地质情况,岩层产状、裂隙、溶洞、地下水及支护效果,对围岩稳定性进行评价,判断围岩类别是否与设计相符。必要时
应拍照、测量地下水流量,每一量测断面均要填写记录表并画出地质素描图。对开挖断面附近的初期支护状态进行观察和描述,是直接判断围岩、隧道稳定性和支护结构参数合理性的重要手段。
3.2 围岩周边收敛的量测
隧道主办收敛是隧道周边相对方向两个固定点连线上的相对位移值,它是隧道开挖所引起围岩变形最直观的表现,采用收敛计进行量测。隧道开挖爆破后应尽早在隧道两侧边墙、拱腰水平方向埋设测杆或球头测桩,埋
设深度约为20 mm~30 mm,钻孔直径为40 mm~50 mm,用快凝水泥固定,测桩球头需设保护装置。量测基线网见图1,周边位移测点为测桩1、测桩2。
3.3 拱顶下沉的量测
通常情况下,浅埋隧道的拱顶下沉及地表下沉是判断围岩是否稳定的重要标志。拱顶下沉会向上传至地表,地表点的下沉值一般比拱顶点的下沉值要小,而围岩又破碎时,地表下沉值接近于拱顶下沉值而形成整体下
沉。通过测定拱顶点的垂直尾翼隧道开挖面的变化情况,即可判断隧道的稳定性。拱顶下沉量通常在周边收敛测量一断面的拱顶轴线处设1个带钩的测桩来吊挂钢卷尺,用精密水准仪量测隧道拱顶绝对下沉量,如图1测点3
所示。
3.4 锚杆轴力的量测
在隧道锚杆孔内埋入测力锚杆,测量隧道围岩内部不同深度锚杆的受力。
3.5 地表下沉的量测
在隧道浅埋的地表测试范围内埋设沉降观测点,用精密水准仪量测观测点的绝对下沉量。
1)测点布置。地表沉降量测在隧道浅埋(H0≤2B)地段为必测项目,其他地段根据设计要求进行。其测点的横向布置范围在隧道中线两侧不小于H0+B,地表有控制性建(构)筑物时,应适当加宽;布置间距2 m~5
m,当地表有控制性建(构)筑物时,应适当加密。布置应与拱顶下沉及周边收敛测量的测点在同一断面内。测点埋设时,在地表钻(或挖)20 cm~50 cm深的孔,竖直放入φ22 mm左右的钢筋,钢筋和孔壁之间可填充
水泥砂浆,钢筋头打磨圆滑,露出地面1 cm左右,并用红油漆标记,作为测点。
地表下沉量测断面纵向间距同隧道埋深的关系见表1。
2)量测仪器的选用。地表沉降通常采用精密水准仪和配套的精密水准尺进行量测。
3)监控量测的方法和实施。首先沿隧道轴线方向每隔
100 m~150 m埋设一个水准工作基点构成水准网,工作基点埋设在稳定的基岩面上并与隧道开挖线保持一定距离,以免受隧道施工影响工作基点的稳定,采用现浇混凝土方式埋设,工作基点按照《二等水准测量规
范》联测,每3个月复测一次,检测出现异常时必须先复查工作基点,特殊情况加密复测频率。对每个断面上的监测点也按照《二等水准测量规范》进行观测,依次对每条断面上的监测点进行闭合或符合水准路线测量。地
表下沉量测应在开挖工作面前方H0+h(隧道埋置深度+隧道高度)处开始,直至衬砌结构封闭,下沉基本停止时为止。量测频率应与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同,初始读数应在开挖后12小时内完成。