輸水隧洞監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析

董波

(中國水電建設(shè)集團十五工程局有限公司,陜西 西安710000)

隨著隧洞的開挖,隧洞地質(zhì)圍巖受力情況產(chǎn)生變化,會導(dǎo)致隧洞產(chǎn)生收斂變形、沉降等,因此隧洞施工根據(jù)隧洞開挖跨徑、隧洞埋深、地質(zhì)條件等因素設(shè)計不同的支護形式,保障后續(xù)施工安全及工程質(zhì)量具有重大意義。因此在隧洞開挖過程中,必須對隧洞采取合適的方法進行監(jiān)控量測,本文以某輸水隧洞為案例,對隧洞變形監(jiān)測的方法、變形數(shù)據(jù)進行分析探討,依據(jù)數(shù)據(jù)判定隧洞收斂變形情況。

1 工程概況

遼西北供水二期工程柴河供水本標(biāo)段主體工程為輸水隧洞工程,隧洞全長14002.199 m,隧洞為有壓隧洞,采用礦山法開挖,開挖斷面為圓拱斜墻形,成洞斷面為圓形D=3.9 m。依據(jù)前期地質(zhì)勘測資料,項目部采取短進尺,弱爆破,分臺階開挖,超前鋼管支護等措施加強支護。

2 監(jiān)控量測意義

2.1 通過監(jiān)控量測了解各施工階段地層與支護結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化,把握施工過程中結(jié)構(gòu)所處的安全狀態(tài),判斷圍巖穩(wěn)定性,支護、襯砌可靠性。

2.2 用現(xiàn)場實測的結(jié)果彌補理論分析過程中存在的不足,并把監(jiān)測結(jié)果反饋設(shè)計、指導(dǎo)施工,為修改施工方法、調(diào)整圍巖級別、變更支護設(shè)計參數(shù)提供依據(jù)。

2.3 通過監(jiān)控量測了解該工程條件下所表現(xiàn)、反映出來的一些地下工程規(guī)律和特點,為今后類似工程或該工法本身的發(fā)展提供借鑒、依據(jù)和指導(dǎo)作用。

3 監(jiān)測方案設(shè)計

3.1 監(jiān)測項目

必測項目為:洞內(nèi)外觀察、凈空水平收斂量測、拱頂下沉量測、地表下沉量測等；選測項目為:圍巖內(nèi)部變形量測、錨桿軸力量測、圍巖壓力量測、支護及襯砌應(yīng)力量測、鋼拱架內(nèi)力及所承受的荷載量測、圍巖彈性波速度測試等。本文選擇凈空水平收斂量測、拱頂下沉量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。

3.2 監(jiān)測方法

本項目主要采用收斂儀:JSS30A,測量范圍0.5 m～30m,使用環(huán)境條件:環(huán)境溫度0℃～40℃,相對濕度不大于93%±3%；分辨率0.01 mm,測量精度0.06 mm；數(shù)顯示值穩(wěn)定度:24h內(nèi)不大于0.01 mm；蘇州一光DSZ2水準(zhǔn)儀,測量精度:每公里往返測高差中數(shù)偶然中誤差±3mm；萊卡TS09PLUS-L全站儀,角度測量精度1″,測距精度1.5 mm±2ppm,極地耐低溫型,工作溫度范圍:-35℃～+50℃等先進測量設(shè)備對隧道拱頂下沉、圍巖收斂、斷面變化等監(jiān)控項目進行量測。結(jié)合測倒尺、全站儀三角高程傳遞、收斂儀監(jiān)測等方法的優(yōu)缺點,根據(jù)施工特點,分別根據(jù)實際情況選擇一種或幾種方法組合進行監(jiān)測。

3.3 監(jiān)測頻率

拱頂下沉量測與凈空水平收斂量測宜用相同的量測頻率,應(yīng)從表1中根據(jù)變形速度和距開挖工作面距離選擇較高的一個量測頻率。

表1 量測頻率

3.4 量測斷面布置與安裝

3.4.1 斷面布置。根據(jù)隧洞施工相關(guān)規(guī)范要求及其他要求,Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段監(jiān)測斷面間距按每15m布置一個監(jiān)測斷面,采用三點三線法,安裝按圖1及圖2進行,其中A點在拱頂,BC在拱肩下處。

3.4.2 測點制成。測點拉環(huán)采用不銹鋼錨固環(huán)；測點錨桿采用Φ22螺紋鋼筋長度20cm。測點拉環(huán)焊接在測點錨桿上。錨桿加工見圖1,安裝見圖2。

圖1 收斂固定標(biāo)點的錨固器大樣圖

圖2 施工期監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

3.4.3 測點埋設(shè)要求。

3.4.3.1 測量放點:按照圍巖類型,確定斷面間距,測量斷面樁號及點位置。3.4.3.2 鉆孔:使用小型沖擊鉆鉆孔。3.4.3.3 埋設(shè):使用錨固劑牢固的把測點錨桿固定在選定的位置上。3.4.3.4 測點應(yīng)埋設(shè)牢固可靠,并加以妥善保護。

4 量測數(shù)據(jù)處理

4.1 收斂變形觀測位移統(tǒng)計及繪制曲線圖(圖3,表2)

圖3

表2

本文以某IV類圍巖監(jiān)測斷面數(shù)據(jù)進行分析,監(jiān)控量測原始數(shù)據(jù)經(jīng)計算統(tǒng)計得到斷面收斂變形位移統(tǒng)計表及曲線圖。

4.2 數(shù)據(jù)回歸分析

4.2.1 測線AB相關(guān)系數(shù)r=0.9765 ,最終位移值u=5.8689 mm。測線AC相關(guān)關(guān)系數(shù)r=0.9845 。最終位移值u=5.5331 mm,測線BC相關(guān)系數(shù)r=0.9347 。最終位移值u=5.2222 mm。△h相關(guān)系數(shù)r=0.9546 ,最終沉降值u=5.3812 mm。

4.2.2 AB測線收斂率98.8 %,AC測線收斂率98.2 %,BC測線收斂率99.5 %,△h沉降率91.1 %。

4.3 圍巖收斂變形分析

4.3.1 通過以上過程的分析計算,判斷該監(jiān)控斷面圍巖收斂變形已經(jīng)基本穩(wěn)定。

4.3.2 采用指數(shù)函數(shù)對實測關(guān)系曲線進行回歸計算,得到的回歸曲線擬和較好。

4.3.3 在觀測斷面出圍巖變形基本穩(wěn)定后,在較短的時間內(nèi),觀測斷面處的位移相對值均達到總相對位移量的90%以上。

4.3.4 建議對圍巖變形基本穩(wěn)定的觀測斷面停止觀測。

5 結(jié)論

5.1 目前隧洞開挖施工沒有完整的軟件能夠清晰地繪制時間-沉降量曲線圖或時間-沉降速率曲線圖,通過該項目不僅解決了工作中遇到的實際問題,而且可根據(jù)項目需要進行修改,方便靈活。

5.2 通過沉降觀測數(shù)據(jù)繪制時間-沉降量曲線圖或時間-沉降速率曲線圖,可以清晰、直觀地反映隧洞圍巖收斂變形隨時間變化的特征,可以監(jiān)控圍巖受力及變形情況,在發(fā)現(xiàn)異常變化時,應(yīng)及時分析原因,采取措施,防止事故發(fā)生。

5.3 將測量數(shù)據(jù)資料繪制成各種曲線,利用數(shù)學(xué)模型,通過定性分析、定量分析、定期分析和綜合性分析,可以驗證工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法是否正確可靠,對不同的地質(zhì)條件與工程結(jié)構(gòu)規(guī)定合理的允許沉降與變形的數(shù)值,為工程的設(shè)計、施工、管理和科學(xué)研究工作提供資料。