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江苏省宁南京淮淮安高速公路老山隧道监控量测阶段工作汇报中交二院

'江苏省宁南京淮淮安高速公路老山隧道监控量测阶段工作汇报中交二院'
江苏省宁(南京)淮(淮安)高速公路老山隧道 监控量测阶段工作汇报 中交第二公路勘察设计研究院 宁淮高速老山隧道监控量测项目组 2004年10月20号 一、老山隧道监测工作汇报 一、监测工作的目的 ? 监控量测的目的主要为,确保工程施工安全;信息反馈指导施工; 为优化变更设计方案提供依据等。监控量测是隧道新奥法施工的三 要素之一,由于隧道是地下工程,与地面工程不同,具有隐蔽性、 复杂性和不可预见性的特征,监控量测主要是在隧道施工过程中, 通过对隧道结构和围岩的受力、变形的监测,判断隧道和围岩是否 稳定和安全,评定初支和二衬设计的合理性。从而指导施工,通过 反馈信息,对设计进行优化。n 根据老山隧道的环境条件、地质条件、施工方法和支护类型等,确 定的监测项目主要有地表沉降、隧道拱顶下沉、水平收敛、围岩压 力、钢支撑内力、二衬钢筋应力、接触压力以及地质与支护状况观 察等。 二、目前完成的监测工作(1) 1、根据施工进度,按实施监测方案在一号、二号隧道进出口进行了拱顶下 沉、水平净空变形测点的埋设及保护工作。测点断面按Ⅱ类10m、Ⅲ类 20m、Ⅳ类40m间距布设,特殊地段(断层破碎带等软弱地段)测点布 置加密。已埋设测点数量如表1所示 表1 老山一、二号隧道测点阶段汇总表 序 号 监 测 项 目 一 号 隧 道 测 点 数 二 号 隧 道 测 点 数 1 地 表 沉 降 79 40 2 隧 道 拱 顶 下 沉 280 160 3 隧 道 净 空 收 敛 170 110 地 质 和 支 护 状 况 观 察 每 两 天 一 次 测 试 频 率 : 一般 2 天一次,特殊情况:1 天 12 次 图1 拱顶和收敛测点布置图 二、目前完成的监测工作(2) 2、在老山二号隧道出口左线ZK6+280、ZK5+488,右线 YK5+583和一号进口左线ZK3+494 、右线YK3+500处进行围岩压力、初支内力、初支与二衬间接触压力及二衬应力测点埋设及保护工作。 图2 围岩压力及初支内力测点布置图 图3 二衬应力测点布置图 二、目前完成的监测工作(3) 3、按照监测方案测试频率进行日常现场测试和 地质素描,并及时进行数据的分析处理和信息反馈, 及时向省、市高指、监理提交监测分析周报和月报, 一、二号隧道共提交周报56份,月报18份。 表2 老山一、二号隧道测点阶段汇总表 序 号 监 测 项 目 一 号 隧 道 测 二 号 隧 道 测 点 数 1 钢 支 撑 内 力 点 数28量 14 2 围 岩 与 初 支 接 触 压 力 18 9 3 二 衬 应 力 28 14 4 初 支 与 二 衬 接 触 应 力 14 7 测 试 频 率 : 埋设初期 2 天一次,后期 3 天 1 次 三、监测成果分析(1) ? 1、基本掌握了洞内拱顶下沉和收敛变形规律,变形大小主要受 地层条件、施工方法、支护参数、洞室断面等因素控制,位移在开挖 面前后5m发展最快。 根据监测数据和变形曲线分析得出各施工阶段(上、下部开挖和仰拱开挖 等)引起的拱顶下沉、收敛变形统计规律见表3、表4、表5。 监测成果分析(2) 表3 一号隧道台阶法施工各阶段拱顶下沉统计值(mm) 围岩类 上部开 下部开 仰拱(铺底) 总变形 最大 别 挖 挖 开挖 值 值 洞 口 段 7~15 5~7 3~5 14~20 21.28 (Ⅱ) Ⅱ 6~10 3~6 2~4 12~16 19.85 Ⅲ 4~8 3~5 2~3 8~14 16.31 Ⅳ 4~6 3~5 1~2 8~10 16.75 停车加 6~8 8~14 14.43 宽段 Ⅱ类围岩地段比Ⅲ类围岩地段拱顶下沉大,洞口沉降最大,一般在14~20mm左右,其他地段沉降在10~14mm,主要是洞口地层条件差,对地层的扰动也相对较大 。 监测成果分析(3) 表4 二号隧道施工各阶段拱顶下沉统计值(mm) 围岩类 上部开 拆支 仰拱开 总变形 施工方法 下部开挖 最大值 别 挖 撑 挖 值 双侧壁 左线 7~15 2~4 4~6 2~4 15~20 19.75 (Ⅱ) 导坑法 右线 15~20 3~5 10~15 3~5 21~36 36.79 Ⅱ 6~10 3~6 3~5 10~20 24.62 台阶法 Ⅲ 5~8 3~5 2~4 8~15 17.14 Ⅳ 4~7 2~6 1~2 6~10 20.39 全断面法 Ⅳ 5~8 10.01 停车加宽段 6~10 11.81 从统计结果看,二号隧道与一号隧道基本一致,只是二号隧道采用双侧壁导坑法时拱顶下沉反而大一些,主要是二号隧道地层相对差一些,其次双侧壁导坑施工工序多,对地层的扰动也多,再者其下部施工造成了较大的下沉 监测成果分析(4) 表5 隧道台阶法施工各阶段净空收敛统计值(mm) 仰拱开 总变形 最大 围岩类别 上部开挖 下部开挖 挖 值 值 洞口段(Ⅱ) 7~12 5~8 3~4 12~18 16.29 Ⅱ 5~8 2~4 2~3 8~12 11.49 Ⅲ 4~7 1~3 1~2 5~10 10.42 Ⅳ 4~5 2~3 1~2 5~8 8.77 监测成果分析(5)2、从统计分析和拱顶下沉曲线来看,由上半断面开挖引起的拱顶下 沉约占总下沉量的40%~60%,下半断面开挖约占20~30%,仰 拱开挖引起的拱顶沉降约占10~20%。典型的曲线见图4、图5。 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6 6 0 - - - - - - - - - - - - 2 3 6 1 2 2 4 1 1 2 1 8 2 3 0 3 0 7 1 8 挖 右 5 时间 4 拱 6 挖 左 脚 8 开挖 仰 拱10 拱12 脚 开14 开16 左线中218 拱 顶 下 沉 ( m m ) 图4 二号隧道左线中2( ZK6+359)拱顶下沉历时曲线 监测成果分析(6)图5 一号隧道进口左线中4-2(ZK3+342)拱顶下沉历时曲线 监测成果分析(7) 通过监测分析确定:Ⅱ类上台阶法开挖断面过测点20m~30m变形稳定,下台阶开挖断面过测点10m~20m变形稳定,Ⅲ类围岩上台阶开挖过测点10m~20m稳定,下台阶过测点10m~20m稳定。因而为充分发挥围岩的自承力,使围岩适度变形,以减小支护负荷,并考虑施工干扰,台阶长度可不小于20m,在距仰拱20m~30m就可以施作二衬。但由于洞内地下水较少,围岩较为稳定,因而各施工阶段引起的变形值不大,施工较为顺利,台阶长度长,可以同步作业,减少各工序的施工干扰,有利于施工进度,台阶长度大小对施工安全和围岩稳定的影响不大,可按照对施工有利的方向确定台阶长度,对于围岩较好地段(Ⅲ类以上),台阶长度可为40~50 m。 监测成果分析(8) ? 3、一、二号隧道部分地段都存在着下部开挖时由于开挖进尺多、 支护不及时,使拱部长时间悬空造成拱顶下沉较大的现象,根据 监测数据绘出拱顶下沉历时曲线如图6、图7所示。 下半断面开挖引起的拱顶下沉约有15~20mm。这说明下半断面的开挖对拱顶下沉影响很大,主要是下部开挖时,下部拱脚进尺长、暴露悬空时间长,拱部初支一侧悬空,在上部荷载的作用下,极易发生大的沉降,变形主要是由拱部悬空引起的拱脚沉降 图6 一号隧道右线中5( YK6+402)拱顶下沉历时曲线 ,因而在下部开挖时,应尽量缩短拱架架立时间,减小开挖进尺、及时喷砼,及时安设侧向锚杆和锁脚锚杆、早做仰拱,使初支结构尽早封闭成环。 图7 二号隧道右线中2( YK6+478)拱顶下沉历时曲线 监测成果分析(9) 4、净空收敛变形发展与拱顶下沉基本一致,纵向影响距离约为两倍 的洞径范围,开挖初期变形快,后期变形曲线趋缓。 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 5 6 - - - - - - - - - - - - 0 2 2 4 1 1 2 2 9 1 2 3 6 2 1 8 1 8 5 6 3 测试0 日期 4 6 左 8 右 拱 仰 10 脚 拱 脚 拱 12 开 施 挖 开 14 挖 工 16 ZS2 18 收 敛 值 ( 图8 二m 号隧道左线ZS2(ZK6+359)收敛历时曲线 m ) 同样的与拱顶下沉一样,下部开挖过程中也存在着收敛数值相对较大的问题(图9),下部拱脚开挖后,收敛增加3~4mm,这部分变形约占总变形量的20%~40%,所占比例较大,这是因为下部开挖,洞室高度增加,并再次扰动地层,在地质相对较差地段,围岩侧向水平压力增加大,地应力以位移的形式从洞室侧向释放,导致水平侧向变位增加多,因而应严格按设计施工,及时安设侧向锚杆和锁脚锚杆,并早做仰拱,以控制侧向变位。 监测成果分析(10)图9二号隧道左线ZS8(ZK6+210)收敛历时曲线 监测成果分析(11) ? 5、及时掌握分析断层破碎带等软弱地段的围岩变形信息,如在1号出口 左线ZK4+745处得出的围岩变形监测信息,为确定施工方案和施工决策 提供了参考。 图10一号隧道出口断层中8-2(ZK4+749)拱顶下沉历时曲 线 此处断层破碎带宽度不大,影响范围小,且断层两侧岩层稳定,围岩整体性能好,此处设计施工参数适当,采取的措施较好,因而此处隧道各项变形较小,变形发展与其他地段一致,下部支护后很快趋于稳定。 监测成果分析(12)? 6、二号隧道紧急停车带变形异常分析 紧急停车带段累计下沉11.83mm,扩挖初期沉降速率较大,3~4天后变 形速率减小,曲线趋缓,8~9天后变形有加速的迹象,主要是开挖初期施加 锚支护后,变形受到抑制,但由于此处跨度大,在后续爆破开挖的持续扰动 下,由于未及时安设钢拱支撑,变形加剧,此后通过及时安设钢拱支撑和喷 砼支护手段,增加支护刚度和强度,其变形得到遏制,并很快趋于稳定。在 设置钢拱支撑后扩挖段下沉约1mm左右,这说明在扩挖段设置钢支撑是非常 有必要的。 7 7 7 7 8 8 8 8 8 0 - - - - - - - - - 1 2 2 3 4 9 1 1 2 5 0 5 0 4 9 4 日期 2 4 安 设 6 撑 钢 8 支 10 12 下 沉 值 ( m 图 二号隧m 道紧急停车带 拱顶下沉历时曲线 11 ) ( YK6+70) 监测成果分析(13) ? 7、围岩压力测试表明:一、二号隧道围岩压力在1.25×10-3~8.40×10- 1 Mpa之间,围岩压力都较小,围岩压力在下部拱脚和仰拱开挖通过测 试断面时,其围岩压力表现为有增有减,围压处于不断变化的多次重分 布阶段,调整阶段压力变化规律不明显,总体上分布规律性差,相对来 说,拱腰和墙脚处压力较大。围岩压力分布如图12、图13所示。 8.40E-1 9.38E-02 4.04E-02 7.52E-02 1.17E-2 8.07E-02 1.34E-2 2.29E-02 1.87E-2 2.14E-2 1.84E-02 3.19E-03 2.19E-02 5.54E-03 2.23E-2 1.13E-2图12 一号隧道右线(YK3+500)围岩压力分布图(MPa) 图13 二号隧道(ZK5+488)围岩压力分布图(MPa) 监测成果分析(14) 从监测的结果看,Ⅱ类围岩比Ⅲ围岩地段的压力大,二号隧道左线的围压相对较大,这与此处为Ⅱ类围岩,地层相对较差有关。左线围岩压力最大值为8.40×10-1Mpa(在拱顶处,拱顶地层较差),一号隧道围岩压力最大值为9.38×10-2Mpa(在左拱腰处),实测压力值在以往隧道统计数值范围内,围岩压力小,一方面是围岩本身较为稳定,同时围岩和喷锚联合支护体系也发挥了较好的稳定围岩的作用,另一面也表明初支提供的支护抗力较为安全。 根据监测数据,绘出围压历时曲线如图14、15所示。 图14 一号隧道右线(YK3+500)围岩压力随时间变化图 图14可以看出,一号隧道右线下部开挖后压力变化较大,,主要是地层相对要差一些,下部开挖对压力影响大,但围岩压力总值小,虽然该段围岩较差,但由于施工支护及时,支护较强,使围岩发挥了较好的自承力,因而整体上围岩压力总值小。 图15 二号隧道围岩压力随时间变化图两测点的变形起伏基本一致,前期受下半断面和仰拱开挖影响,在爆破震动的影响下,局部时间段内压力变化有反复,但总体上围岩压力变化幅度较小,与此处围岩较好和施工短开挖,及时支护有关,后期变化平缓。 监测成果分析(16) 8、初支应力监测表明:同围岩压力相对应,在下部拱脚和仰拱开挖通 过测试断面时,其初支内力也表现为有增有减,内力处于多次重分布调 整阶段。不过总的来看,初期支护的内缘和外缘基本保持受压状态,初 支受力状态良好,应力分布如图16、图17所示。 -0.36 初支应力在0.02~- 0.32 -0.31 7.36MPa间,初支轴力分布边墙 相对大一些,一号隧道左线最大 0.02 -0.20 喷砼压应力1.19MPa,拉应力 0.35Mpa;右线最大喷砼压应 力1.36MPa,拉应力0.22MPa, -0.54 -0.24 比左线稍大。二号隧道左线最大图16 一号隧道左线初支外缘应力分布图(Mpa) -2.03 喷砼压应力为7.36MPa,拉应力 为0.53Mpa。总的来说,其值 -1.45 -0.06 都较小,初支内力和钢拱架应力 远小于喷砼和工字钢的屈服强度, -0.62 -0.59 这表明初支状态较为安全。 -7.36 -0.79 图17 二号隧道左线(ZK5+488)初支内缘应力分 布图(Mpa) 监测成果分析(17) 10363 9、初支与二衬间接触压力在4.78×10-3~8.09×10-2Mpa之间,数值较小,一号隧道左线最大接触压 7.59E-3力为8.09E-02 Mpa(右拱腰处), 1.01E-2右线最大接触压力为3.68E-02 Mpa 9.27E-3(左墙脚处);二号隧道左线最大接 3.71E-2触压力为3.71E-02 Mpa。接触压力 1.78E-2大小受二衬与初支间协调变形和两者间密实度影响,由于二衬是在初支变 3.22E-2形稳定后施作,因而接触压力大小主 1.63E-2要与两者间接合紧密程度有关,实测压力表明二衬泵送密实度较好,压力 图18二号隧道初支与二衬接触应力分布图(MPa) 分布如图18所示,边墙与拱脚处大一些,这与二衬在这些部位泵送更为密实有关。 监测成果分析(18) 10、二衬应力0.02~-1.52MPa数值很小,二衬有较大的安全储备,二衬 砼的内缘和外缘基本处于受压状态,受力状态良好,目前一号隧道左线最大 压应力为1.35 MPa,最大拉应力为0.02 MPa;右线最大压应力为1.40MPa ,最大拉应力为0.03 MPa。二号隧道最大压应力为1.52 MPa,二衬应力分 布如图19、20所示。 -0.77 -202.40 -245.89 -1.03 -279.02 -0.42 -265.44 -1.16 -0.23 -121.23-0.93 -0.68 -287.32 -261.77图19 一号隧道左线二衬外缘应力分布图 图20 一号隧道右线(YK3+500)二衬 内力分布图(KN/m) 四、结论与建议 (1)? ⑴、局部地方虽有不尽如人意的地方,如开挖进尺、支护的及时性、台 阶长度、工序衔接等,施工总体上控制相对较好,隧道各个地段(洞口、 软弱围岩段、断层带、停车带大跨段等)由施工引起的各项变形均控制 在安全允许范围之内,设计参数和采取的施工方法是合理的。考虑到施 工误差和超欠挖影响,目前各围岩类别的洞室予留变形量是合理的。从 揭露的围岩情况看,总体上施工条件也较好 ⑵、测试断面的围岩压力和初支内力随施工开挖处于不断变化的多次重 分布阶段,有较大变化,但总值较小,初支喷砼压应力和拉应力均远小 于其极限允许值,支护设计参数安全保守,初期支护的内缘和外缘基本 处于受压态势,初支受力状态良好。 初支与二衬间接触压力、二衬内力数值较小,二衬承载能力有较 大的安全储备,实测压力表明二衬泵送密实度较好,二衬砼的内 缘和外缘基本处于受压状态,受力状态良好。 四、结论与建议(2)? ⑶、由于洞内地下水较少,围岩较为稳定,因而各施工阶段引起的变 形值不大,施工较为顺利,台阶长度长,可以同步作业,减少各工序 的施工干扰,有利于施工进度,目前台阶长度大小对施工安全和围岩 稳定的影响不大,可按照对施工有利的方向确定台阶长度,对于围岩 较好地段(Ⅲ类以上),台阶长度可为40~50 m。 ⑷、下台阶法施工对围岩和支护结构位移影响很大,因而下部开挖时 ,特别是围岩较差地段,应避免开挖进尺长使上部结构长时间悬空, 应尽量缩短拱架架立时间,及时喷砼,及时安设侧向锚杆和锁脚锚杆 、早做仰拱,使初支结构尽早封闭成环。 四、结论与建议(3)? ⑸、紧急停车段各项变形数值较小,但比正常段相对要大,主要是其断面 比正常段大,其一次开挖面积及爆破规模跟正常段比较相对要大些,由围 岩应力释放而引起的变形也相对要大些。目前变形虽控制较好,但应吸取 二号隧道停车段的经验,特别是下部开挖,支护应及时施作,以确保施工 安全。 ⑹、二号隧道从台阶法转为全断面法施工,施工中各项变形控制在较小范 围内,施工方法转换是成功的,全断面开挖引起的拱顶下沉初期变形速率 大,与台阶法相比,其一次开挖面积、爆破规模都比台阶法大,由围岩应 力释放而引起的变形也要比上台阶开挖大一些,但累计变形则比台阶法的 小,主要是台阶法施工多次扰动围岩,因而累计变形值相对较大。全断面 法在Ⅲ、Ⅳ类地层应用较好,但在围岩较差地段应慎重,特别是对于大断 面隧道。 五、监测实施效果(1) ? 老山隧道通过对围岩、支护的时空变形、应力、压力的量测数据分析, 在确保施工安全、优化设计、指导施工等多方面发挥了较好的作用, 达到了预期效果,通过监控数据分析,施工始终处于可控状态,业主、 设计、监理、施工各方对施工动态基本做到心中有数,具体体现在以 下几点: ⑴、一、二号隧道洞口地表沉降异常,数次电话报警,使得洞口及时采 取弃渣换填、临时挡护等措施,确保了地层较差的洞口仰坡施工顺利, 避免了仰坡滑移影响洞内施工。 ⑵、指导下部开挖施工:下部开挖时部分地段由于开挖进尺长、支护 不及时,使拱部长时间悬空造成拱顶下沉较大,出现安全隐患,在监测 过程中,监测组及时指出和分析了这些现象,建议施工及时采取措施, 避免和减少了这些现象,确保了安全。 五、监测实施效果(2) ⑶、指导施工方法调整:二号隧道七月上旬根据地层状况和监测结果,开挖方法从台阶法转换为全断面法,全断面施工具有快速、工序少、便于施工组织、对围岩的总体扰动小等优点,规范一般要求在Ⅳ类及以上地层优先选用,监测结果表明,全断面施工引起的各项变形控制在较小范围内,施工方法转换是成功的。10月初,二号隧道地层变得相对差一些,市高指、监理组根据地层情况、监测信息建议,又将全断面施工改为台阶法施工,并对台阶施工进行了优化,将以往的台阶法分三次开挖优化为两次开挖。 ⑷、根据监控量测数据和分析,积极与设计单位现场配合,设计单位退回施工单位要求降低围岩类别、增强支护的设计变更十余次。 ⑸、及时掌握分析断层破碎带等软弱地段的围岩变形信息,如在一号出口左线断层ZK4+745处得出围岩变形基本稳定的结论,为确定施工方案和施工决策提供了参考,指导施工安全顺利地通过了这一断层。 五、监测实施效果(3) ⑹、二衬脱模时间:二衬脱模时间直接关系到二衬结构的安全,过早脱模会使二衬承受的内力小于混凝土龄期强度,从而影响二衬安全,过晚会影响二衬施工进度。从监测结果看,二衬所承受的内力随时间逐渐增长,但增长缓慢,特别是二衬浇注7天后的最大压应力只有0.7Mpa,小于混凝土一天龄期的强度,根据这一结果,二号隧道缩短了二衬脱模时间,从以往的两天缩短为一天,二号隧道二衬施工较为滞后,距离初支远,这一调整对于二衬及时跟上及确保安全和二衬进度是有利的。 五、监测实施效果(4) ⑺、对二号隧道紧急停车带ZK6+070处变形加速现象及时报警,使市高指及时下发通知,使此处紧急停车带的初支得以快速安设,抑制和避免了大跨段围岩失稳趋势,确保了紧急停车带大跨段的安全,指导了后续停车带的施工,根据监控量测数据和分析,市高指、监理组加强了对紧急停车带大跨段施工安全和支护质量的检查和督促,一、二号隧道在紧急停车带的施工较好,支护及时,使这些地段的位移控制得较好。感谢各位领导、专家对 监测工作的大力支持 宁淮高速老山隧道监控量测项目组 2004年10月20 日 江苏省宁(南京)淮(淮安)高速公路老山隧道 监控量测阶段工作汇报 中交第二公路勘察设计研究院 宁淮高速老山隧道监控量测项目组 2004年10月20号 一、老山隧道监测工作汇报 一、监测工作的目的 ? 监控量测的目的主要为,确保工程施工安全;信息反馈指导施工; 为优化变更设计方案提供依据等。监控量测是隧道新奥法施工的三 要素之一,由于隧道是地下工程,与地面工程不同,具有隐蔽性、 复杂性和不可预见性的特征,监控量测主要是在隧道施工过程中, 通过对隧道结构和围岩的受力、变形的监测,判断隧道和围岩是否 稳定和安全,评定初支和二衬设计的合理性。从而指导施工,通过 反馈信息,对设计进行优化。n 根据老山隧道的环境条件、地质条件、施工方法和支护类型等,确 定的监测项目主要有地表沉降、隧道拱顶下沉、水平收敛、围岩压 力、钢支撑内力、二衬钢筋应力、接触压力以及地质与支护状况观 察等。 二、目前完成的监测工作(1) 1、根据施工进度,按实施监测方案在一号、二号隧道进出口进行了拱顶下 沉、水平净空变形测点的埋设及保护工作。测点断面按Ⅱ类10m、Ⅲ类 20m、Ⅳ类40m间距布设,特殊地段(断层破碎带等软弱地段)测点布 置加密。已埋设测点数量如表1所示 表1 老山一、二号隧道测点阶段汇总
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