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1、第 2 9卷第 6期 2 0 0 9年 l 2月 隧道建设 Tu nn e l Co n s t r u c t i o n V0 l _ 2 9 No 6 De c 2 o 0 9 浅埋偏压段 隧道信 息化 施工监控量测技术及 预报信 息 系统研究 尚海松 , 李春林 , 沈维 ( 1 中铁 西南科 学研 究院有限公司,成都6 1 0 0 3 1 ; 2 中国中铁二院工程集团有限责任公司, 成都6 1 0 0 3 1 ) 摘要: 监控量测在隧道信息化施工中至关重要, 通过现场数据的采集、 分析及反馈, 建立预报信息系统 , 科学地预报隧道重大灾害 具有重要意义。以厦蓉高速( 贵州境) 榕江格
2、龙至都匀段计摆隧道格龙端左线洞 口浅埋偏压段为研究对象, 基于监控量测信息( 收 敛位移 、 拱顶下沉及地表位移等) , 及时分析并运用预报信息系统, 成功预报了洞 口段斜坡滑移趋势, 及时调整设计和施工组织方 案 , 有效控制险 隋进一步的发展 , 确保 了隧道施工安全 。 关键词 : 浅埋偏压; 监控量测; 信息化施工; 预报信息系统;滑移 中图分 类号 : U 4 5 5 文献标志码 : A 文章编号 :1 6 7 2 7 4 1 X( 2 0 0 9 ) 0 6 0 6 1 9 0 7 S t u d y o n M o n i t o r i n g Te c h n o l o g
3、 y a n d Fo r e c a s t i n g I n f o r ma t i o n S y s t e m o f S h a l l o w- b u r i e d As y m me t r i c a l l y - l o a d e d Tu n n e l s S HANG Ha i s o n g ,LI Ch u n l i n ,S HEN W e i ( 1 S o u t h w e s t R e s e a r c h I n s t i t u t e C o , L t d o f C R E C , C h e n g d u 6 1 0 0
4、 3 1 , C h i n a ; 2 C h i n a R a i l w a y 2 n d E n g i n e e r i n g G r o u p C o , L t d , C h e n g d u 6 1 0 0 3 1 , C h i n a ) Abs t r ac t:Mo n i t o r i n g p l a y s a n i mp o r t a n t r o l e i n t h e i n f o r ma t i o n - b a s e d c o n s t r uc t i o n o f t u n n e l s A f o r
5、e c a s t i n g i n f o r ma t i o n s y s t e m i s e s t a b l i s h e d o n ba s i s o f fie l d d a t a c o l l e c t i o n,a n a l y s i s a n d f e e d b a c k S O a s t o s c i e n t i fic a l l y f o r e c a s t t h e ma i n d i s a s t e r s i n t h e t u n n e l c o n s t ruc t i o n T a k
6、 i n g t h e s h a l l o w - b u r i e d a s y m m e t r i c a l l y l o a d e d p o r t a l s e c t i o n( o n G e l o n g s i d e )o f t h e l e ft t u b e o f J i b a i t u n n e l o f G e l o n g D u y u n s e c t i o n o f X i a m e n - C h e n g d u e x p r e s s w a y a s t h e s t u d y o b
7、j e c t ,t h e a u t h o r s s a c - c e s s f u l l y f o r e c a s t t h e s l o p e s l i d e t e n d e n c y i n t h e t u n n e l p o r t a l s e c t i o n o n b a s i s o f t h e mo n i t o r i n g r e s u l t s( c o n v e r g e n c e , d i s p l a c e m e n t ,c r o w n s e t t l e m e n t ,
8、g r o u n d s u r f a c e d i s p l a c e me n t , e t c )a n d t h e f o r e c a s t i n g i n f o rma t i o n s y s t e mT h e r e f o r e 。 t h e d e s i g n a n d c o n s t ruc t i o n o r g a n i z a t i o n p l a n o f t h e t u n n e l a r e a a j u s t e d , t h e ri s k a r e e f f e c t i
9、v e l y c o n t r o l l e d a n d t h e t u n n e l i n g s a f e t y a r e g u a r a n t e e d Ke y wo r ds:s h a l l o w b u rie d a s y mme t ric a l l y l o a d e d t un n e l ;mo ni t o rin g;i nfo rm a t i o n b a s e d c o n s t ruc t i o n;f o r e c a s t i n g i n f o r - ma t i o n s y s t
10、 e m ;s l i d e 0 引言 隧道洞 口浅埋偏压段具有 围岩稳定性 差、 力学特 性复杂的特点, 施工稍有不慎就会造成 围岩变形过大 而导致失稳。变形迹象是破坏 的外在表现 , 隧道信息 化施工过程中, 最易获得 围岩和支护变形 , 有效控制隧 道变形极为关键。 研究隧道施工过程 中围岩和支护变形的方法主要 有 3种 : 1 是现场监控量测方法 ; 2是相似物理模 型试 验方法 ; 3是数值模拟仿真方法 j 。 隧道重大地质灾害包括 : 洞 口斜坡变形 、 洞 口浅埋 偏压段隧道支护结构整体偏移、 洞内围岩和支护变形 、 松动圈围岩松弛 、 坍方 、 大变形 、 岩爆 、 突水 、
11、 突泥及瓦 斯爆炸等 J 。根据各隧道灾害类型 的特征量 , 初步建 立对应的预报信息系统。 针对洞口斜坡变形 、 浅埋偏压 、 隧道支护结构整体 偏移 、 洞内围岩和支护变形及坍方等特征, 初步建立预 报信息系统 , 将现场变形监测数据分析结果输入 系统 模型 , 科学合理地预报潜在的地质灾害类 型, 及时采取 相应的处理措施 , 确保施工安全。 1 计摆隧道格龙端左 线洞 口段 工程概况 厦蓉高速( 贵州境) 榕江格龙至都匀段是连接贵 州与珠三角地区的重要通道, 对促进全省经济与社会 的快速发展都具有非常深远的战略意义。该段总长为 9 8 4 2 4 k m的高速公路 , 隧道就占总长的4
12、 0 7 , 计摆 收稿 日期 : 2 0 0 9一l O一2 9 ; 修 回 日期 : 2 0 0 91 12 7 作者简介 :尚海松 ( 1 9 8 O 一 ) , 男 , 2 0 0 1 年毕业于兰州铁道学院铁 道工程专业 , 工程师 , 主要从事隧道 及地下工程研究工作。 隧道建设 第2 9 卷 隧道即为其中之一。 I I 工程地质环境 计摆隧道属中型隧道 ( 左线长 6 7 0 m, 右线长 7 4 5 m) , 隧道穿越强烈剥蚀切割的低山区, 最大埋深约 1 3 0 m, 隧址区工程地质条件 差。洞 口段围岩 以震旦系南 沱组冰碛砂跞岩为主, 多呈薄层状 , 风化强 , 节理较发
13、育, 局部夹软弱夹层 , 岩体被严重切割 , 呈松散结构, 围 岩 自稳能力差 ; 该段埋深较浅 , 覆盖层主要是第四系残 坡积土, 厚度 35 m, 透水性强 , 受降雨作 用影响较 大; 洞 口段左侧为一冲沟 , 隧道旁山穿越 , 洞 L 1 段 明显 存在地形偏压现象 , 且岩层倾向与左侧边坡坡 向几乎 一 致, 属顺层边坡 , 岩层 的空问展布不利于隧道及其左 侧边坡稳定 。 1 2水文地质条件 隧道穿越 的岩层受长期 风化作用及构造裂隙影 响 , 岩体裂隙较发育 , 含有风化裂隙水与构造裂 隙水, 地下水补给有利 , 基岩裂隙水的含量较丰富; 地下水受 地表水人渗补给 , 地表水与地
14、下水存在补排关系; 径流 条件受风化、 构造裂隙发育程度的影响, 含水性、 富水 性不均匀; 隧址区内夏季多暴雨, 秋季常有连阴雨, 降 水强度较大 。 1 3 隧道施工方法和施工关键步序 隧道施工按新奥法组织实施 , 主要工序采用机械 化作业 , 出碴采用无轨运输方式 , 二次衬砌采用模板台 车, 对隧道V级围岩地段采用单侧壁导坑开挖施工 , 级围岩地段采用上下台阶法施工。隧道断面尺寸及支 护参数见图 1 。 浅埋偏压段隧道极为重要的施工工序有 2道 , 1 是洞内开挖和支护; 2是洞外 防排水和支挡结构。前 者需本着弱爆破、 强支护、 及时支护的理念 , 降低开挖 对原岩的扰动程度; 后者
15、必须在进洞之前完成 , 并做好 反压回填工序 , 消除偏压荷载 , 提高隧道稳定性。 图 1 计摆隧道 断面尺寸及支护参数 图( 单位 : e m) F i g 1 C r o s s s e c t i o n d i me n s i o n a n d r e i n f o r c e me n t p a r a me t e r s o f J i b a i t u n n e l ( c m) 2 监控量测预报信息系统 2 1 数据 采集 根据施工设计图和现行规范的要求 , 结合计摆 隧 道工程实际需要, 现场开展静空收敛、 拱顶下沉 、 地表 沉降、 地表位移等量测项 目,
16、见表 l , 按照规范 及现 场工作要求进行测读, 测试频率见表 2 。 2 2 预报信息系统的建立及应用 隧道施工现场最易获取 的是围岩和支护变形资 料 , 因此 , 该预报信息系统 以“ 变形 ” 这一特征量作为 主要评价指标 , 快速科学地预测潜在的隧道地质灾害 类型 , 为工程技术人员科学决策提供可靠依据。 数据分析包含定性和定量两方面 , 定性分析是指 表 1 计摆 隧道现场量测项 目表 T a b l e 1 F i e l d mo n i t o r i n g i t e ms o f J i b a i t u n n e l 第 6期 尚海松 , 等 : 浅埋偏压段隧道信
17、 息化施工监控量测技术及预报信息 系统研究 6 2 1 一 频率 一 7 7 1 5 1 53 0 3 09 0 9 0以上 l 2次 d ( 01 )口2次 d 1次 d( 1 2 )B 1 次 d 1次 2 d ( 2 5 )B 1 次 2 d 1次 3 d 5 B 1次 周 1次 周 1 O 5 0 O 5 一1 0 O 2 一O 5 O 2 2次 d 1次 d 1次 2d 1次 3 d 1次 周 注 : 三者控制指标均要满足 ; B表示 隧道横 向开挖宽度 。 通过洞内外地质现象 的观察 , 初步认识围岩应力 、 应变 状态 ; 定量分析是指通过对监控量测成果的分析 , 建立 一 套合
18、理的评价体系 , 优化设 计和施工组织。隧道监 控量测预报信息系统构成如图 2 。 监控预报信息系统 洞内外观察 I 1 现场量测 j I 数值计算 萋 j 霎 lj奏 II茎 l j l菱 ll !l篓 l!萋 j J萎 萎 l!菱 羹 定性与定 量分析 处理措施 卜 _ l 隧道地质灾害预测 鲥 安 全 监控预警 安 全 下一施工工序 施 工结柬 图 2 隧道施工监控量测预报信息 系统 Fi g2 Mo n i t o r i n g a nd f o r e c a s t i n g i n f o r ma t i o n s y s t e m f o r t u n ne l c
19、 o n s t r u c t i on 系统分 3个模块 : 洞内外观察 、 现场量测及数值计 B1 o c k 算 。其中数值计算模块可以实现隧道施工全过程仿真 模拟 , 可计算 出在给定设计方案和施工工艺情况下隧 道围岩的位移场及应力场 , 定量评价该设计方案 和施 工工艺的合理性 。 准确预测出隧道潜在的地质灾害类型后 , 组织专 家会议 , 确定合理的设计 和施工方案 , 控制险情 , 实现 隧道工程真正意义上的信息化施工。 3 应 用实例 重点分析变形成果 , 进行隧道地质灾害预测, 计摆 隧道格龙端左线洞 口地形地貌及测点布置见图 3 。 2 0 0 8年 1 0月底 , 计摆
20、隧道开始洞 口段套拱施工 , 此时洞 口左侧 ( 面向线路前进方 向) 边坡完成了削坡 后停止施工 , 未能及时实施挡土墙及反压 回填工序 , 隧 道掌子面则继续掘进。采用数值仿真技术实现施工过 程 , 计算该工况下洞口边坡位移场 , 同时实施变形监测 工作, 相当于在 1: 1的试验模型 中进行原位测试 , 获 取隧道围岩变形状态 , 为隧道地质灾害预测提供依据。 图 3 洞 口地 形地 貌与地表测点布置 图 Fi g 3 Pi c t ur e o f t un n e l p o rta l a n d l a y o ut o f mo n i t o r i ng po i nt s
21、 3 1 削坡过程中洞 口边坡位移的数值模拟 3 1 1 计算模型的建立 根据岩石力学理论 , 确定计算模型范围如下 : 横向 长度 6 0 m, 纵 向长度 3 0 m, 模型底面距隧道底面约为 2 倍洞径 , 模型顶面至地表 , 削坡范围根据施工设计文件 确定, 计算模型见图 4 、 5 。 其中, 坐标系的定义 : 轴垂直隧道轴线方 向, y 轴平行隧道轴线方 向, z轴沿高程方向。 图4 削坡前后的计算模型 F i g 4 C l c u l a t i o n mo d e l s b e f o r e a n d a f t e r s l o p e c u t t i n g
22、 隧道建 设 第2 9 卷 图 5 初期支护结构计算模型 F i g 5 Ca l c u l a t i o n mo d e l f o r p r i ma r y r e i n f o r c e me n t s t r uc t u r e 本次计算采用弹塑性本构模 型, 屈服准则选用摩 尔库伦准则 ; 以重力场为主, 无构造应力 ; 模型的侧 面和地面采取法 向约束 , 顶面为 自由面。计算模 型采 用的物理力学参数 见表 3 、 4 。 表 3 洞 口段围岩力学参数 T a b l e 3 Me c h a ni c a l p a r a me t e r s o f s
23、ur r o un d i ng r o c k ma s s i n t u n n e l p o r t al s e c t i o n 表 4 初期支护结构力学参数 Ta bl e 4 Me c h a ni c a l pa r a me t e r s o f pr i ma r y r e i n f o r c e me n t s t r uc t u r e 其中钢拱架采用等效处理 , 即将钢拱架 的弹性 模量折算给初期支护 , 计算方法为 = + 学 式中: E、 E 。 分别为折算前、 后喷层弹模 ; S S 为每延 米内钢拱架的截面积和喷层截面积 ; E 为钢拱架所
24、耗 钢材弹模。 3 1 2 计算结果分析 本次计算 中, 隧道周边 方向相对位移 ( 两侧边 墙位移求差运算) 可表现为水平收敛位移 ; 而洞 口仰 坡地表 方向位移则表现为在偏压荷载作用下 , 洞 口 仰坡滑移位移。计算结果及位移云图见图 6 一l 1 。根 据计算结果 , 可知 : C ol l t Ot ff of X - D i s pl acer t x e nt 图6 隧道横向位移云图( 削坡前) F i g 6 C o n t o u r o f t r a v e r s e d i s p l a c e m e n t o f t u n n e l( b e f o r
25、e s l o p e c u t t i n g ) C ont om “ of X D i s pl accnl cnt i afl fac =O 0OO0+O Exaggerat ed G nd Di s t crt i 1 3 5 83 e - OO 3 t o 一 1 3 0o o e - o o1 一 1 3 O G Oe - O O1 t o 一 1 2 ( X D e - O O1 一 1 2 O O Oe - 00 1 t o一 1 1 O oD e - o o1 一 1 1 O O Oe - 1 c o一 1 O O 3 e - G O 1 一 1 0 OO O e- 0
26、( 3 1 t o 一 9 O O OO o - OO 2 一 9 Oo 0 0e _ 2 t o 一 8 O o ( 3 oe - 00 2 一 8 0O O Oe - O O2 t o 7 0 O 00 2 圈7 00 ( 3 02 t o一 6 o 00 O 争00 2 鞠一 6 0O O O e- 2 t o 一 5 O O O Oe - 00 2 I 一 5 OOoOe- OO2 t o 一4 00e- 002 l 1 4 0OOOe- 002 t o 一3 OO( 3 e- 002 I 翻一 3 OO O O e- C 3 2 t o 一 2 ( 3 0 ( 3 Oe - 0 02
27、 一 2 0O O Oe - 0 02 t o一 1 o 0 。 _ 00 2 一 1 0 00 D 2f o O OO G Oe + G OO O ( 3 O O Oe +O O O t o 4 O3 Oe - 0 ( 3 3 I nt l=1 Oe- C x3 2 图 7 隧道横 向位移云图 ( 削坡后 ) F i g 7 C o n t o u r o f t r a v e r s e d i s p l a c e m e n t o f t u n n e l( a f t e r s l o p e c u t t i n g ) tOI nOI 1 r OI厶-L) l SDl
28、 aCel l l el H M agf ac -1 000e 00o 4 23 39 0 O2 t o一 4 0 0 00e _ 0 02 一 4 00 00 e 0 02 t o一 3 0 0 O0e 一 0 02 一 3 00 00 0 02 t o一 2 0 0 00e - 0 02 一 2 00 0o e - 0 02 t o一 1 00 00e - 0 02 一 1 0 ( 2 0 O6 - O0 2 t o 0 0 D0 0e +D 00 1 0 O0 00 e H ) 0 0 t o 1 00 00 e 0 02 l 戮1 0O 00 e一 0 02 t o 2 00 00 e
29、 - 0 02 2 0O 00 e- 0 02 t 0 3 00 o0 e - 002 I 3 00 00 e一 0 02 t o 4 00 00 e - 002 氍i 4 00 00 e一 0 02 I o 5 00 0 Oe - 002 5 00 00 e一 0 02 I o 6 O0 O 0争002 6 00 00 0 0 02 t o 6 77 6 0e- O02 I nl or val_1 Oe-002 一 图 8 隧道竖 向位移云图( 削坡前 ) F i g 8 C o n t o u r o f v e r t i c a l d i s p l a c e m e n t o
30、f t u n n e l( b e f o r e s l o p e c u t t i n g ) 图 1 0 Z K 1 1 5+1 4 5断面合位移矢量图( 削坡前) F i g 1 0 Di s p l a c e me n t v e c t o r o f Z K1 1 5 + 1 4 5 c r o s s - s e c t i o n f b e - f o r e s l o p e c u t t i n g ) 第 6期 尚海松 ,等 : 浅埋偏压段隧道信息化施工监控量测技术及预报信息系统研究 Cont ot t r of X - D i s pl a c e x
31、ne nt 0 00+o00 图 1 1 Z K 1 1 5+1 4 5断面合位移矢量 图( 削坡后 ) Fi g 1 1 Di s pl a c e me n t v e c t o r o f ZK1 1 5 +1 45 c r o s s s e c t i o n f a f t e r s l o p e c u t t i n g ) 1 ) 左侧边坡开挖前 ( 据 图 6 ) , 洞 口段隧道 两侧边 墙水平绝对位移方向均指向左 侧山沟 , 且大小 ( 1 。 2 5 1 7 5 c m) 相差甚小 , 可见净空收敛很小 ( 相对位移较 小) , 表现出隧道整体 向左偏 移 (
32、偏移量 0 5 01 7 5 c m) ; 地表沉降主要出现在洞 口段右拱腰部位上覆局 部岩体 , 沉降值约 2 O 0 3 O 0 c m; 洞 口仰坡 向左侧山 沟一侧滑移 的位移在 1 O 0 2 O 0 c m; 2 ) 左侧边坡开挖后( 据图 7 ) , 洞 口段隧道净空收 敛较小, 隧道整体 向左侧偏移 5 0 0 6 0 0 c l n ; 地表沉 降主要 出现在洞 口段右拱腰部位上覆岩体 , 沉降值约 8 O 0 9 O 0 c m; 洞口仰坡 向左侧 山沟一侧滑移 的位移 8 0 1 0 0 c m ; 3 ) 削坡前后 , 隧道围岩横 向位移增 大近 5倍 , 但 收敛位移
33、不明显 , 均表现为隧道整体向左侧偏移 , 偏移 量增大 3 4倍; 地表沉降增大 3 4倍。 为进一步分析削坡前后隧道围岩变形特征, 提取 Z K 1 1 5+1 4 5断面( 计算模型中 Y=1 0处 ) 合位移 ( 矢 量表示) 和横 向位移 ( 云图表示 ) 成果 ( 见 图 1 0和图 1 1 ) , 可知 : 1 ) 洞 口浅埋偏压段隧道开挖后 , 隧道仰拱高程 以 上岩体变形较明显 , 且靠近山体一侧 的隧道周边 围岩 变形向临空面发展 , 表现为净空收敛趋势; 而靠近坡体 一 侧的隧道周边围岩则在偏压作用下向临空面相反方 向产生位移 , 总体表现为净空扩张趋势 ; 2 ) 削坡
34、前 后 , 隧道 围岩合位 移矢量方 向基本 一 致 , 均指 向左侧山沟 , 但削坡后的矢量及倾角增大( 竖 直分量明显增大) , 位移增大近 5倍 , 矢量倾 角增大 1 倍 , 可见削坡后 明显提高边坡滑移趋势。 针对上述计算结果 , 通 过监控预报信息系统的应 用 , 初步预测该工况下左侧边坡存在失稳的可能 , 边坡 变形 已达到预警值 , 最终会引起洞 口段隧道整体偏移 ; 立即进行监控预警 , 召开专家会议 , 建议及时施作左侧 挡土墙并反压回填。 3 2 围岩和支护变形监测结果及分析 3 2 1 收敛位移和拱顶下沉 收敛位移“+” 表示收敛 , “一” 表示扩张; 拱顶下 沉“+
35、” 表示上升 , “一” 表示下沉。Z K 1 1 5+1 3 7断面 水平收敛及拱顶下沉监测结果见图 1 2 、 1 3 。 ( )j 阿口里程:Z I ( 1 5 + 1 3 5 : 掌子面复工 。 ( , ) n 韭 月 底,壅拱施作完 毕,掌子面 r 、 Z K 1 1 5 + 0 Z K 【 7 停 工 【 月 1 日 掌 子 面复 21 2 ; 3) 月 日 , 掌 寻 面 ZK1 5+ 1 5 0停 工 : r ( 1: !月 j , 下 台 十开 挖 , 2 3 甘 至 。 I 下 台阶开耪 l Z 【 1 1 5 + 1 4 , ( ) 1 2 月2 日,下台阶 停工, 掌子
36、面 l 复 工,0 9 年2 月2 【 日掌 子面 l 降雨作 用 l 八 z x l 1 5 + 2 1 停工 : 一 一 , - _ _ 0 n 卜 0 一 0 H i i 1 i I I I I 一 一 N 0 0 0 0 0 0 0 0 日期 图 1 2 2 0 0 8 -2 0 0 9年 Z K1 1 5+1 3 7断面水平收敛累计值时态 曲线 Fi g1 2 Ho riz o n t a l c o n v e r g e nc e c u r v e o f ZK1 1 5 +1 3 7 c r o s s - s e c t i o n f r o m 2 0 08 t o 2
37、0 0 9 图 1 3 2 0 0 8 -2 0 0 9年 Z K 1 1 5+1 3 7断面拱顶下沉累计值 时态 曲线 F i g 1 3 T i me d e p e n d e n t c u r v e s o f a c c u mu l a t e d c r o w n s e t t l e me n t o f Z K1 1 5+1 3 7 c r o s s s e c t i o n f r o m 2 0 0 8 t o 2 0 0 9 O nv O 0 n nv O i;5 1 1 1 1 一 一 瑚 警 #嚼 O O 0 0 nu 0 O 7 4 1 8 5 1 2
38、 2 3 一 一 一 一 g g + 1 噼 蟪二 L 酚 阵 耀篷建 议 第2 9 卷 3 2 2 地表沉降和地表位移 如图 3所示布置地表测点 , 采用水准测量获取地 表沉降成果 , 在隧道坐标 系统中采用全站仪获取地表 测点平面坐标成果 , 计算出各地表测点位移见表 5 , 根 据监测成果绘制的沉降时态曲线见 图 l 4 、 l 5 。洞 口仰 坡地表合位移矢量示意图见图 1 6 。 网 三 j 图 1 4 2 0 0 8 -2 0 0 9年第 1 排地表沉 降时态 曲线( Z K 1 1 5+1 3 9 ) F i g 1 4 T i m e d e p e n d e n t c h
39、 i v e s o f g r o u n d S l l r f a c e s e t t l e me n t me a s u r e d a t t h e fi r s t r o w o f mo n i t o r i n g p o i n t s( Z K 1 1 5 +1 3 9 )f r o m 2 0 0 8 t o 2 0 09 O O 一 2 0 0 一 4 0 o 蓉 餐一 6 0 0 _、 增 P t I 苫 誉 = 譬 苫 = 占 上 三 上 上 土 土 土 日期 图 1 5 2 0 0 8 -2 0 0 9年第 2排地表沉降时态 曲线 ( Z K 1 1
40、 5+ 1 4 2 ) F i g 1 5 T i m e d e p e n d e n t c H I v e s o f g r o u n d s u rf a c e s e t t l e m e n t m e a s u r e d a t t h e s e c o n d l O W o f mo n i t o r i n g p o i n t s ( Z K 1 1 5 +1 4 2 )f r o m 2 0 0 8 t o 2 00 9 表5 地表位移监测结果 3 2 3 初期支护断面轮廓测量成果 编号 A A Y 编号 A A 24 一6 4 1 2 13 9 7
41、 0 7 26 一7 3 0 9 11 一8 5 0 0 2 8 一8 8 5 5 10 一6 5 0 8 12 一6 7 1 2 注 :截至 2 0 0 9年 2月 2 7日。 图 1 6 洞口仰坡地表合位移矢量示意图 F i g 1 6 Di s p l a c e me n t v e c t o r o f g r o u n d s u r f a c e d i s p l a c e me n t a t f r o n t s l o p e o f t u nn e l p o r t a l 根据隧道设计文件, 获取隧道平曲线、 竖曲线及初 期支护断面尺寸要素 , 采用全站
42、仪测量坐标 的方法获 取隧道现场初期支护横断面上点的坐标 , 然后绘制实 测横断面图并与设计断面对 比分析。以 Z K 1 1 5+1 3 6 横断面轮廓测量成果为例( 单位 : c m, 2 0 0 9年 1月 9日 测量) 其成果图见图 1 7 , 绘图比例为 1: 1 0 0 。 3 2 4 变形监测成果分析 变形监测结果表 明, 洞内初期支护变形和洞 口边 坡变形特征如下: 1 ) 拱顶下沉和净空收敛受施工影 响较 大。下台 阶开挖和临近掌子面复工 时, 变形明显 ( 12 C IT I ) ; 拱顶下沉时态曲线呈典 型的台阶状 ; 而净空收敛结 果则说 明在施 工过程 中隧道 净空先
43、收敛 , 穿越顺层 边坡 中的隧道在偏 压荷载下 , 因降雨作用岩 土体 强 度降低 , 使隧道两侧边墙产 生不均匀位移导致净空 扩 张 1 5 c m。 第6期 尚海松, 等 : 浅埋偏压段隧道信息化施工监控量测技术及预报信息系统研究 图 1 7 Z K 1 1 5 4 - 1 3 6横断面轮廓测量图 Fi g 1 7 Co nt o u r me a s u r e me nt r e s ul t s o f ZK1 1 5 4-1 3 6 c r o s s s e e t i o n 2 ) 在掌子面反复 的停工 、 复工过程 中, 地表沉 降 呈典型的台阶状 , 最大沉 降值近 1
44、 0 c m, 可见浅埋偏压 段边坡在隧道开挖过程 中稳定性极大降低 , 因此洞 口 边坡加 固措施极为重要 。 3 ) 地表位移监测成果表 明, 洞 口边坡整体 向左侧 边沟滑移近 1 0 c m, 地表出现多条与隧道轴线平行 的裂 缝 , 据此定性判断的主滑移方 向与地表位移矢量几乎 平行 , 与 3 1节中的数值结算结果相吻合 ; 可见洞 口段 顺层边坡因左侧削坡产生临空面 ( 挡墙未及时反压回 填) , 在降雨及施工影响下 , 易产生滑移 。 4 ) 断面轮廓测量结果表 明, 在偏压荷 载作用下 , 隧道右拱腰部位出现明显变形 ( 近 5 c :m) , 且隧道 中心 整体向左侧偏移一
45、定距离。 3 3 洞 内外观察 结果 1 ) 洞内两侧边墙处初期支护 出现沿隧道轴 向的 裂缝群 。其 中右侧裂缝群以压裂缝为主 , 多处出现 喷 射混凝土剥落现象 ; 左侧以拉裂缝为主, 出现不同宽度 的曲线状裂缝 , 左侧拱脚部位与二次衬砌矮边墙脱离 近 1 c m( 二次衬砌矮边墙浇注时两者是密贴 ) ; 可见 , 隧道右侧在偏压荷载作用下承受压应力场 , 而左侧则 是因边坡滑移而产生拉应力场。 2 ) 洞 口仰坡出现多条平行于隧道轴线的裂缝 , 且 全是张裂缝 , 通过裂缝观测 , 在施工过程中及降雨作用 下 , 裂缝宽度和深度在缓慢扩大 , 一般垂直于平行裂缝 群的方 向为滑坡主方
46、向, 由此可定性确定滑坡体的存 在及规模。 3 4隧道地质灾害预测 现场变形监 测结 果验证 了数值计算 结果 的合理 性, 综合分析上述成果 , 计摆隧道左线洞 口浅埋偏压段 边坡发生滑移地质灾害的可能性很大 , 施工过程 中, 隧 道洞内外已产生明显变形迹象 , 在雨季即将来临之际, 如不及时加 固洞 口边坡 , 在降雨作用下 , 岩土体强度大 大降低 , 边坡 内应力场不断调整 , 趋于不平衡状态 , 洞 口边坡极易失稳 , 从而摧毁洞 口段隧道工程。通过本 次监控量测预报信息系统 的及时预测, 采取 了有效措 施 , 确保洞 口边坡稳定 , 排除了险情 。 4 结论 1 ) 结合计摆
47、隧道 格龙端左线 洞 口浅埋偏压段 隧 道工程实践 , 初步建立了隧道监控量测预报信息系统 ; 并应用该系统准确地预测 了边坡滑移地质灾害 的存 在 , 及时进行排险 , 确保隧道施工安全; 2 ) 采用数值仿真技术进行隧道施工过程模拟 , 可 以预知在一定的工 况下 ( 某一设计参数 和施工工序) 隧道 围岩的位移场和应力场 , 即可评价该工况的合理 性 , 从而为设计和施工决策提供科学依据 ; 3 ) 现场变形监测成果验证 了本次数值计算 的合 理性 : 穿越顺层边坡 中的计摆隧道在左侧挡土墙及反 压回填施作不及时的情况下, 洞口边坡产生位移近 1 0 c m, 矢量方向指向左侧边沟 ; 4 ) 浅埋偏压段 隧道靠 近山体一侧 的初期支护易 产生压裂缝 , 靠近坡体一侧的易产生拉裂缝。 参考文献 1 佘健 , 何川 软弱围岩段隧道施工过程中围岩位移的三维 弹塑性数 值模拟 J 岩石力学与工程学报, 2 0 0 6 , 2 5 ( 3 ) : 6 2 36 2 9 2 肖林萍, 赵玉光, 李永树 单拱大跨度隧道信息化施工监 控量测技术研究 J 中国公路学报, 2 0 0 5 , 1 8 ( 4 ) : 6 2 6 7 3 秦小华 , 付成华, 魏斌 地下洞室施工监测预报信息系统 研究 J 武汉 大
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