淺談TANAFINIT水工隧道監控量測技術

摘 要:摩洛哥王國OUM-RRR，BIA水電整治項目TANAFINIT水工隧道因其開挖斷面小、圍巖類型變化大，給隧道施工帶來很大的困難。為保證整個工程按時、安全完成，我們在施工中引入測量監控技術，測量監控是新奧法隧道施工的特征之一，采用此技術可有效掌握隧道施工中圍巖動態變化過程，通過對監控數據的回歸分析可以全面預測圍巖的實時位移、沉降，進而準確地指導隧道在施工中采用相應的開挖及支護方法，同時對圍巖和支護在施工過程中的力學動態及穩定程度得以最大程度的準確預測，為保證施工安全、調整掘進進尺和施工作業方法的選擇提供了可靠信息依據。本文擬以某較破碎段地質圍巖類型為例，探討了采用監控量測技術在隧道施工中的實施及應用，說明隧道監控量測對施工過程的重要影響。

關鍵詞:監控量測方案監控量測回歸分析

中圖分類號:U455.4文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(c)-0058-02

1 工程概況

摩洛哥OUM-RRR，BIA水電整治項目TANAFINIT水工隧道全長2942.43m，工程包含:岸塔式進水口、壓力隧洞、平衡井、頭閥室、壓力管道開挖和廠房基礎開挖等幾部分，隧道穿越圍巖類別較多且巖性經常變化，圍巖節理裂隙發育，地下水易滲入導致圍巖軟化而失去穩定。根據結構受力特點洞室凈空除:0+846.16～1+268.16開挖斷面為4.05m屬鋼板襯以外，其余地段開挖斷面為:3.70～4.05m，襯砌后直徑均為:3.0m，以錨桿濕噴鋼纖維混凝土為初期支護，并根據不同的圍巖類別輔以超前砂漿錨桿和工字鋼拱架等輔助支護措施，以鋼筋混凝土和鋼纖維混凝土為二次襯砌。該隧道區址處于中低山構造侵蝕--河谷地貌區，山體坡度峻陡，多大于50°，河谷呈“V”字形。隧道區址地表水主要為大氣降水，由于隧道洞底設計標高低于OUM-RRR，BIA河底標高10m左右，故滲透地下水豐富，在隧道中線沿線及掌子面有泉水涌出，流量較大。區址內標高一般在1060～1135m，最高在1+580.00處，地表標高1135m，最低在隧道出口處，標高1070m，相對高差65m，隧道走向與山脊走向多近于平行。

2 隧道監測項目及目的

(1)地質及支護狀況觀察:對所選擇的開挖面的巖性、巖層產狀、結構面、斷層等工程地質和水文地質情況以及初期支護完成后噴射混凝土層表面的裂縫狀況進行觀察和描述，預測開挖面前方的地質條件，并為判斷圍巖的穩定性提供地質資料，觀測有無錨桿被拉脫或墊板陷入圍巖內部現象，分析初期支護的可靠程度。(2)隧道周邊水平收斂和拱頂下沉量測:為判斷隧道穩定性提供可靠信息，以圍巖變位速率為標準判斷二次襯砌的支護時機，利用量測信息的反饋，判斷初期支護設計與施工方法是否穩妥，從而達到修改支護設計和指導施工的目的，洞內監控量測點布置如圖1所示:(3)地表沉降:了解地表下沉的范圍以及下沉量的大小，地表下沉量隨工作面推進的變化規律，地表下沉穩定的時間。(4)圍巖內部位移量測:了解隧道圍巖松弛區位移量及圍巖應力隨深度的分布，了解圍巖內位移范圍，判斷錨桿長度是否適宜，為準確判斷圍巖的變形發展提供數據。

3 監控量測方案設計與監控量測方法

3.1 監控量測方案流程(圖2)

3.2 監控量測方法

(1)地質方法:每次爆破后由專業地質工程師進洞進行地質素描，內容包括:掌子面正面及側面巖石走向及穩定狀態、巖層產狀、巖性風化程度、節理裂隙發育程度、掉塊現象、涌水情況、水質情況、水的影響等，地質變化處和重要地段需要照片記載。初期支護完成后應進行噴射混凝土層表面的觀察和記錄并進行裂縫描述，同時定期對地表水文環境進行觀測和監測記錄，及時了解隧道施工對地表水的影響，確定施工控制措施。(2)周邊水平收斂量測:周邊水平收斂量是隧道圍巖應力狀態變化的最直觀反映。是洞內監測的重要內容之一，隧道斷面的收斂量測包括:量測凈空水平收斂、拱頂下沉兩部分，水平收斂量測斷面的間距通常為:IV類及以上圍巖不大于40m，III類圍巖不大于25m，II類圍巖應小于20m，圍巖變化處應適當加密，在各類圍巖變化的起始地段增設拱頂下沉測點1～2個，水平收斂1～2對，當發生較大涌水時，II、III類圍巖量測斷面的間距應縮小至5～10m。凈空水平收斂測點的布置應根據施工方法、地質條件、量測斷面所在位置、隧道埋置深度等條件確定。考慮到本隧道涌水狀況按每10m一個量測斷面采用DQD1-XJG-21型隧道位移計(收斂計)進行量測，從而獲得該量測斷面上兩點在連線方向上的相對位移(即收斂值)，通過對周邊位移的量測可以掌握圍巖的變形趨勢和規律，為支護系統、施工方法的選擇提供詳細資料。拱頂下沉量測是隧道周邊水平收斂量測的有力補充。TANAFINIT水工隧道采用精密水準儀進行數據采集，在水平收斂測點的同一斷面拱頂軸線處埋設一個監控量測點，通過對拱頂下沉絕對值的量測，了解斷面變形并判斷其穩定情況。測量時盡量保證前后視距相等，以減少誤差。(3)地表下沉量測:此項量測僅在隧道淺埋地段進行，其測點的布置與拱頂下沉及周邊收斂測量的測點在同一斷面內，地表下沉量測在開挖面前方(h+8)m處開始(h為隧道埋深)，直到開挖面后方40～65m下沉基本停止時為止。其量測頻率原則上采用1次/d～2次/d的頻率。

4 監控量測項目的管理基準:

據施工圍巖類別和現場圍巖監控量測條件、支護類型和施工方法，監控量測項目分為必測項目(A類量測)和選擇項目(B類量測)兩大類，采用《水工隧道噴錨構筑法技術規則》的三級監測管理并配合位移速率作為監測管理基準。即將允許值的2/3作為警告值，允許值的1/3作為基準值，將警告值和允許值之間稱為警告范圍，實測值落在此范圍應提出警告，說明應商討并采取加固方案避免發生較大程度安全事故，預防最終位移值超限。警告值和基準值之間稱為注意范圍，在此范圍內基本說明圍巖變形很小只需在施工中注意掉石、裂縫的觀察。實測值落在基準值以下，說明圍巖是穩定的。現場監測時，可根據監測結果所處的管理階段來選擇監測頻率:一般Ⅲ級管理階段監測頻率可放寬些，Ⅱ級管理階段則注意加密監測次數，I級管理階段則應加強監測，通常監測頻率為1次/d或2次/d。

5 量測數據的處理及應用

根據現場量測數據利用Excel統計繪圖功能，繪制位移一時間曲線，在位移－時間曲線趨平緩時進行回歸分析，據推算最終位移掌握位移變化規律。依位移變化速率判斷圍巖穩定狀況:凈空變化速率大于1.0mm/d時，圍巖處于急劇變化狀態，此時應與施工部門及時勾通宜采用:超前小導管施工或加強系統錨桿施工如有必要還需輔助鋼拱架施工加強初期支護系統，必要時應停止掘進。當凈空變化小于0.2mm/d時圍巖達到基本穩定(圖3)。

6 結語

現場監控量測是監控施工中圍巖穩定性、圍巖收斂變形及其程度的重要手段，在監控量測實施過程中應嚴格落實:“定員、定時、定儀器、定點、固定方法”的“五定”原則，避免使監控流于形式。搞好監控量測可及時將量測信息反饋到施工組織中去，在第一時間掌握圍巖及支護在施工過程中的力學動態及穩定程度，為保障施工安全，評價、修改初期支護設計參數，調整掘進進尺和施工方法選擇及二次襯砌施作提供重要信息依據。

參考文獻

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