信息化監(jiān)控量測在大斷面黃土隧道施工中的應(yīng)用

吳國君

(中國中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司，陜西 寶雞721000)

1 工程概況

三元隧道位于甘肅省定西市通渭縣。三元隧道地處黃土高原溝壑、梁峁區(qū)，地面高程一般為2040～2250 m，區(qū)內(nèi)黃土梁峁起伏，溝壑縱橫，自然坡度約20° ～45°之間，隧道頂部溝谷深切多呈“V”字型，山坡上多為風(fēng)積黃土覆蓋，溝心局部基巖裸露，梁頂植被覆蓋較差。隧道起訖里程為DK884 +845 ～DK889 +640，全長4795 m，雙線隧道，最大埋深約157 m，最小埋深越約8 m。洞身DK888 +520.302 ～DK889 +628.039 段位于半徑為R－10004.6 m 的曲線上，其余段落位于直線上。洞身縱坡為18.5‰/4795 m 的單面上坡。隧道進(jìn)口端上跨何家坡村西北側(cè)鄉(xiāng)村公路;出口端下穿天逸公路，且鄰近通渭縣馬營鎮(zhèn)，交通較為便利。

2 地層巖性

隧道洞身通過的地層主要為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂(黏)質(zhì)黃土、沖積礫砂，第三系上、中新統(tǒng)泥巖，華力西期花崗巖及壓碎巖。該隧道位于隴西系內(nèi)旋褶內(nèi)。工點(diǎn)范圍內(nèi)受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造作用影響，發(fā)育有斷層，華力西晚期與上第三系泥巖呈斷層接觸，地質(zhì)構(gòu)造教發(fā)育。斷層:為逆斷層，斷層產(chǎn)狀:N70°/86°S，斷層上、下盤分別為上第三系泥巖、華力西期花崗巖，斷層寬度約425 m，斷層物質(zhì)以壓碎巖為主。受斷層影響，斷層兩側(cè)巖體較破碎。隧道洞身在DK885 +020 ～+445 附近斜交該斷層。

3 信息化監(jiān)控量測的目的

(1)通過信息化監(jiān)控量測，及時了解和掌握隧道圍巖的動態(tài)信息，如隧道圍巖受力和變形狀態(tài)等，以判斷襯砌結(jié)構(gòu)和圍巖是否穩(wěn)定和安全，進(jìn)行信息反饋及預(yù)測預(yù)報(bào)，優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)，以指導(dǎo)現(xiàn)場安全施工，確定不同地質(zhì)條件下合理的開挖方法、支護(hù)方式、支護(hù)時間，為變更設(shè)計(jì)，修改支護(hù)參數(shù)，指導(dǎo)施工第一時間提供直接信息。

(2)通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，反驗(yàn)證預(yù)設(shè)計(jì)和動態(tài)設(shè)計(jì)水平，檢查施工質(zhì)量，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，積累資料，促進(jìn)隧道建設(shè)水平的提高和施工技術(shù)的不斷發(fā)展。

4 測點(diǎn)和測線布設(shè)原則

(1)三元隧道進(jìn)出口地表沉降測點(diǎn)應(yīng)在隧道開挖前布設(shè)。地表沉降測點(diǎn)和隧道內(nèi)測點(diǎn)應(yīng)布置在同一斷面里程，地表沉降測點(diǎn)橫向間距2 ～5 m，在隧道中線附近測點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)加密，隧道兩側(cè)量測范圍不小于H0 +B。

(2)周邊位移量測每個斷面布置約5 個測點(diǎn)。拱頂下沉量測點(diǎn)布置在拱頂上。量測斷面間距根據(jù)圍巖等級和應(yīng)力變化情況設(shè)置(見圖1)。

圖1 監(jiān)測布點(diǎn)圖

5 信息化監(jiān)控量測操作原理

(1)三角布點(diǎn)處用Φ16 螺紋鋼筋一端用砂漿錨入圍巖50 cm 以上，另一端焊接一塊長寬厚為20 ×20 ×5 mm 的鋼板。

(2)在鋼板上貼十字心反射膜片。

(3)全站儀紅外線導(dǎo)向，每次量測沉降和收斂時，將鏡頭的十字心對準(zhǔn)反射膜片的十字心進(jìn)行量測。

(4)全站儀在量測過程中，和藍(lán)牙數(shù)據(jù)庫連接，量測的同時，藍(lán)牙數(shù)據(jù)庫傳輸量測數(shù)據(jù)到量測人員手機(jī)軟件中，軟件自動生成(不可更改數(shù)據(jù))時間－位移曲線。與此同時，手機(jī)軟件將該回歸分析圖及時傳輸?shù)礁骷夘I(lǐng)導(dǎo)手機(jī)中，各級領(lǐng)導(dǎo)第一時間掌握隧道各掌子面圍巖動態(tài)變化情況。

圖2 時間－位移圖

5 安全數(shù)據(jù)等級

(1)根據(jù)位移變化速率判斷圍巖狀況變形基本穩(wěn)定應(yīng)符合下列條件:隧道周邊變形速度有明顯變緩趨勢;拱腳水平相對凈空變化速度小于0.2 mm/d，拱頂相對下沉速度小于0.15 mm/d。

(2)根據(jù)量測結(jié)果及《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，可按“變形管理等級”指導(dǎo)施工。

該方法確保了現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的真實(shí)性和信息反饋的及時性。為及時應(yīng)對各種突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害爭取了時間，該方法在寶蘭隧道施工中得到了廣泛的應(yīng)用。尤其是三元隧道進(jìn)出口淺埋特殊地質(zhì)施工段得以成功應(yīng)用。

6 信息化監(jiān)控量測在施工中的應(yīng)用

三元隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，進(jìn)出口地質(zhì)為濕陷性黃土，開挖后，該段地質(zhì)沉降量很大，設(shè)計(jì)最大沉降量15 cm，實(shí)際最大沉降量達(dá)30 cm。三元進(jìn)口DK885 +290 ～DK885 +260 共計(jì)30 m，按設(shè)計(jì)預(yù)留圍巖沉落量，出現(xiàn)初支局部侵限凈空最大達(dá)10 cm，由于在現(xiàn)場施工中采用了信息化監(jiān)控量測，及時監(jiān)測到該變化的存在，施工現(xiàn)場及時進(jìn)行了初支護(hù)更換拱架，保證了該段初支護(hù)凈空、二襯厚度。

7 優(yōu) 點(diǎn)

能及時量測出圍巖應(yīng)力的釋放情況。采集的數(shù)據(jù)真實(shí)、精度高，指導(dǎo)性強(qiáng)。數(shù)據(jù)采集速度快，對數(shù)據(jù)的分析反饋即時。對現(xiàn)場地質(zhì)突發(fā)事件能及時判斷，即時采取應(yīng)對措施，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

8 結(jié) 語

以上是我在寶蘭客專施工中，總結(jié)出信息化科技手段監(jiān)測長大隧道圍巖應(yīng)力變化的重要性，僅供同行們參考借鑒。

［1］新建鐵路寶雞至蘭州客運(yùn)專線施工圖，雙線隧道復(fù)合式襯砌參考圖，圖號:寶蘭客專施隧201.

［2］新建鐵路寶雞至蘭州客運(yùn)專線施工圖，三元隧道設(shè)計(jì)圖DK884 +845 ～DK889 +640，圖號:寶蘭客專工隧38.

［3］高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南鐵建設(shè)［2010］241 號

［4］鐵路工程測量規(guī)范TB10101－2009 J961－2009