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1、云南交通科技TheCommunicationScienceandTechnologyinYunnan第18卷第5期2002年10月Vol.18.No.5Oct.2002监控量测在大官市隧道中的应用张铁柱刘建彪(大保高速公路建设指挥部,云南昆明,671000)摘要本文从监控量测的必要性、理论基础、实施方法、数据处理等方面全面阐述了监控量测的概念并介绍了监控量测在大官市隧道中的应用。关键词监控量测隧道应用工程概况大官市隧道是云南大理至保山高速公路的关键工程之一,位于保山大官市,按单向行车双洞双车道设计,单洞总长1537m,上、下行
2、线隧道两测设中线间距离约36m。四个进口段中三个位于缓和曲线上,另外一个位于直线上。覆盖层厚度4～71m,纵坡为单向0.8%。本隧道穿越第四系残坡积灰黄色亚粘土夹砾石、碎石地层和寒武系上统灰色、灰黄色、青灰色泥质砂岩细砂岩地层,围岩类别为Ⅱ、Ⅲ类。隧道被两条南北走向和一条北西、南东走向断裂包围。地下水为地表孔隙水和基岩裂隙水,隧道防、排水采用防、排、堵、截的相结合的综合处治措施,洞身使用复合式衬砌,按新奥法设计、施工。施工全过程进行监控量测。中与围岩共同变形,进而在支护能够提供一定的支护反力的同时改善、提高并充分发挥了围岩的自
3、承载能力。以往习惯上人们试图在隧道施工之前通过对钻探所取得的地质资料分析并进行各种简化,建立某种计算模型,然后通过解析法或数值法评价围岩的稳定性并确定出最优的开挖支护方案。然而由于地质情况变化极其复杂,任何预设计都不能合理的符合开挖后的围岩实际情况,即使目前广泛使用的CAM(计算机模拟仿真分析)技术也无法全面的反映各种因素对结构的影响。监控量测则通过对岩层产状、岩体节理裂隙发育情况、岩石的物理力学特征、地下水作用、应力历史和时间等各种因素在初级支护上综合作用结果———位移和围岩稳定性进行观察、量测分析,科学的判断各种支护参数的
4、合理性、支护的施作质量并提供施作二次衬砌的最佳时间。1隧道工程的监控量测监控量测是新奥法(NATM)的灵魂。新奥法认为围岩不仅是荷载的来源,而且有一定的自承载能力,它的力学基础是支护变形和支护反力曲线,从该曲线上我们可以看到两种情况:(1)随着变形的增加,支护反力在不断的减小,当达到某种程度时,变形不再发生,支护反力亦不再变化;(2)随着变形的增加,支护反力随之减小,当达到某一程度后,变形继续发展,支护反力开始持续增大。因此新奥法以喷射混凝土和锚杆为主要支护手段,这种柔性支护在地下洞室开挖后立即施作,然后在其强度形成过程2监控
5、量测的项目和方法隧道监控量测的主要目的在于了解围岩的稳定性和支护的工作状况。在施工过程中能够监测到的主要信息有:掌子面的地质和支护表面状况、周边位移、拱顶下沉、地表下沉、围岩内部位移、围岩压力及围岩与支护间的接触压力、锚杆应力及抗拔力、支护衬砌内力、超前地质状况等。根据施工时效性要求,大官市隧道选择了地质和支护状况观察、超前地质预报、周边位移等三项进行监测,见表1。3收稿日期:2002-08-10云南交通科技·68·第18卷表1监控量测项目和方法表2收敛点安装时间1-15天16-31天1-3个月3个月以上观测频次1-2次/天1
6、次/2天1-2次/周1-3次/月表3质界面的反射波。通过对接收到的反射波进行分析就可以推断地下地质情况。位移速率距工作面距离观测频次100mm/日以上10-5mm/日5-1mm/日1mm/日1-2次/日1次/日1次/日1次/周0-12m12-24m24-60m60m以上3.1地质和支护状况观察开挖后掌子面暴露出来的地质情况是最真实、最准确的地质情况,是指导施工的最有用信息之一;支护表面状况是支护工作状态最直观的表现,观察记录支护表面可能发生的工程现象,并结合围岩工程地质条件对这些工程现象图1地质雷达反射原理图根据波动理论,电磁
7、波的波动方程为:的发生发展机制进行综合分析,一定的工程决策。3.2超前地质预报从而可以进行L-j(wt-ar)*L-βr(1)P=
8、P
9、上式中第二个指数-βr与时间无关,它表示电磁波在空间各点的场值随着离场源的距离增大而减小β,为吸收系数。式中第一个指数幂中的ar表示电磁波传播时的相位项,a为相位系数,与电磁波的传播速度v的关系为:地下的地质情况是瞬息万变的,掌子面的地质情况不能代表随着施工的继续进行,前方地质情况会比当前掌子面的地质越来越好。超前地质预报可以对掌子面以里一定长度范围内的地质条件、围岩类别、围岩物理力学特性和成
10、洞能力进行预测,在此基础上提出合理的开挖方案和支护措施,供下步施工使用。超前地质预报可采用超前地质钻探、弹性波测试、电磁波测试三种方法,大官市隧道采用地质雷达探测方法。(2)a=w/v当电磁波的频率极高时,电磁波的速度可由下式计算:(3)V=C/eC为电磁波在真空中的传播速度
