丹海高速公路隧道监控量测及质量检测总结

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辽宁省丹东至锡林浩特东港至海城段高速公路隧道
监控量测及质量检测
年度总结报告
目录
1隧道监控量测及质量检测的目的及意义 (5)
1.1监控量测及质量检测的必要性 (5)
1.2监控量测和质量检测的目的和任务 (5)
2任务及来源 (6)
3监控量测和质量检测依据及主要内容 (7)
3.1监控量测及质量检测依据 (7)
3.2监控量测及质量检测主要内容 (7)
42009年度工作量汇总 (17)
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5监控量测项目测量结果及总结 (18)
5.1掌子面状态观察 (18)
5.2拱顶下沉量测 (19)
5.3周边收敛量测 (28)
5.4初衬与二衬之间压力量测 (37)
5.5二衬混凝土表面应力量测 (38)
6质量检测结果及总结 (39)
6.1断面检测结果及总结 (39)
6.2二次衬砌混凝土强度检测结果及总结 (45)
6.3初期支护雷达检测结果及总结 (45)
6.4二次衬砌雷达检测结果及总结 (47)
7结论及建议 (55)
8丹海高速公路隧道工程施工参数附表 (56)
附表1 罗圈背隧道施工参数附表 (56)
附表2 旧岭隧道施工参数附表 (57)
附表3 杨家堡隧道施工参数附表 (58)
附表4 佟家隧道施工参数附表 (59)
附表5 二道河子隧道施工参数附表 (59)
附表6 乔家隧道施工参数附表 (60)
附表7 韩宝寺隧道施工参数附表 (61)
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1 隧道监控量测及质量检测的目的及意义1.1监控量测及质量检测的必要性
现场监控测量,是在隧道施工过程中,对围岩和支护系统的稳定状态进行监测,为初期支护和二次衬砌的调整参数提供依据,它是隧道施工的重要内容之一,是隧道施工的一个必不可少的重要环节。

是按科学制定的并已为实践所证明的原则和思想修建隧道,其基本精神就是运用各种手段(开挖方法、支护形式、测量及地层预处理等)抑制围岩变化,最大限度地利用围岩自身的承载能力,使隧道施工更安全、更经济;而其安全性和经济性就是通过现场监控测量围岩、支护的变形信息,并及时反馈到下一阶段的设计和施工中实现的。

因此,快速、准确地进行现场监控测量和反馈,是隧道施工的关键。

隧道施工过程中使用各种类型的仪表和工具,对围岩和支护、衬砌的力学行为以及它们之间的力学关系进行量测和观察,并对其稳定性进行评价,统称为监控量测。

隧道质量检测,是在隧道施工的各个阶段,采用相应的检测设备和技术手段对隧道施工的各种参数进行检测,以及早发现存在的问题和缺陷,为后续的施工工序打下良好的基础,保证其符合设计要求。

保证工程质量是建设者们的基本要求,因此检测技术作为质量管理的重要手段越来越为人们所重视。

隧道工程是一项隐蔽性很强的工程,其施工也是一个动态的过程,因此在工程检测中,也按照施工的先后顺序分成三个阶段进行:即施工前、施工中和施工后检测。

1.2监控量测和质量检测的目的和任务
通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化,判断围岩的稳定性、支护、衬砌的可靠性;
用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足,并把监测结果反馈设计,指导施工,为修改施工方法,调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据;
通过监控量测对施工中可能出现的事故和险情进行预报,以便及时采取措施,防患于未然;
通过监控量测,判断初期支护稳定性,确定二次衬砌合理的施作时间;
通过监控量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点,为今后类似工程或该施工方法本身的发展提供借鉴,依据和指导作用。

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通过质量检测,判断隧道施工的各个阶段相应的参数是否达到设计要求,达到对隧道施工质量进行控制的目的。

2 任务及来源
丹海高速公路为双向四车道,全长为143.152公里,该路段共7座隧道,单洞总长15514米。

受辽宁省高速公路建设局的委托,我公司承担丹海高速公路第2、4、5、6、7、8、9共7个合同段的施工监控量测及质量检测工作。

各标段隧道名称及长度如表2-1所示。

表2-1 丹海高速公路各标段隧道概况
按照《丹海高速隧道施工监控量测、质量检测技术服务合同》中规定的工作内容,依据《公路隧道施工技术规范》(JTG F60-2009)、《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2004)、《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)及各隧道施工中有关监测项目的设计,目前开展的主要工作内容有必测项目、选测项目和隧道质量控制项目等三个部分,具体内容如下:
必测项目:围岩地质及支护结构状况的实时观察和描述、拱顶下沉量测、围岩周边收敛位移量测。

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选测项目:初衬与二衬之间压力量测、二衬混凝土应力量测。

质量检测项目:二衬混凝土强度检测、二次衬砌施作前断面检测、二衬施作后的净空断面检测、初期支护雷达检测、二次衬砌雷达检测。

3 监控量测和质量检测依据及主要内容
3.1监控量测及质量检测依据
《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2004);
《公路隧道施工技术规范》(JTG F60-2009);
《公路隧道设计规范》(JTG D70—2004);
《铁路隧道衬砌质量无损检测规程》(TB10223-2004);
《铁路工程物理勘探规程》(TB10013-2004);
《铁路隧道工程质量验收标准》(TB10417-2003);
《地下铁道工程施工及验收规程》(GB50229-1999)。

3.2监控量测及质量检测主要内容
3.2.1地质与支护状态观察
细致的目测观察,对于监视围岩稳定性是既省事而作用又很大的监测方法,它可以获得与围岩稳定状态有关的直观信息,应当予以足够的重视,所以目测观察是新奥法量测中的必测项目。

(一)观察目的
(1)预测开挖面前方的地质条件。

(2)为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据。

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(3)根据喷层表面状态及锚杆的工作状态,分析支护结构的可靠程度。

(二)观察内容
(1)掌子面地质水文条件、岩性、结构面产状、有无断层,是否偏压、围岩类别,掌子面自稳情况,地下水的影响情况等,并拍照做好记录。

(2)对初期支护效果观察包括:锚杆的锚固效果、喷层的光洁度、喷层有无裂缝,裂缝的部位、长度、宽度、深度,喷层是否把钢支撑全部覆盖。

(三)观察时间及频率
每次爆破和支护后进行
(四)观察所用仪器设备及工具
数码相机、裂缝观测仪、卷尺、笔、记录本等。

3.2.2周边位移量测
隧道围岩周边各点趋向隧道中心的变形称为收敛。

所谓周边收敛量测主要是隧道内壁面两点连线方向的距离的变形量的量测。

收敛值为两次量测的距离之差。

(一)量测断面间距布置
量测断面间距布置根据围岩级别来定,具体布置见表3-1。

表3-1周边位移量测断面间距布置
(二)量测断面测线及测点布置
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量测断面测线布置根据围岩级别来定,具体布置见表 3-2。

表 3-2周边位移量测断面测线布置
量测断面上各测线位置如图 3-1至图
3-3所示。

起拱线施工基面 图 3-1一条测线 图 3-2两条测线 施工基面起拱线
图 3-3三条测线
(三) 量测频率
量测频率见表 3-3。

表 3-3周边收敛量测频率
3.2.3 拱顶下沉量测
(一) 量测断面间距布置
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量测断面间距布置根据围岩级别来定,具体布置见表3-4。

拱顶下沉的断面布置与周边位移收敛量测的断面保持一致。

表3-4拱顶下沉量测断面间距布置
(二)量测断面测点布置
测点布置在拱顶中心线上,如图3-4所示。

图3-4拱顶下沉量测测点布置
(三)量测频率
量测频率见表3-5。

表3-5拱顶下沉量测频率
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3.2.4 拱顶沉降及周边收敛位移收敛成果分析及反馈
1)每次观测后现场计算位移发展增量出现异常情况,重新测量排除操作失误后立即报告相关部门;
2)每次测回数据交数据处理员输入计算机,进行位移增量、位移发展速率的计算,绘制位移—时间曲线,并应用函数拟合和灰色预测等方法进行位移发展短、长期预测;
3)根据分析结果,判断隧道变形管理等级(见表3-6),其中隧道允许变形量(见表3-7),出现非正常情况,立即向相关部门报告;
4)当隧道周边收敛速度以及拱顶下沉速度明显下降,隧道周边位移收敛速度小于每天0.2mm 或拱顶下沉位移速度小于每天0.1mm ,隧道位移相对值已达到位移总量的80%以上时,建议施做二次衬砌。

表3-6变形管理等级
注:0U -实测变形值;n U -允许变形值。

表3-7隧道周边允许相对位移值(%)
注:1.相对位移值系指实测位移与两测点间距离之比,或拱顶下沉实测值与隧道宽度之比; 2.脆性围岩取表中较小值,塑性围岩取表中较大值; 3.I 、V 、Ⅵ级围岩可按工程类比初步选定允许值范围; 4.本表所列数值可在施工中通过实测和资料积累作适当修正。

3.2.5 二次衬砌混凝土应力量测
(一) 衬砌混凝土应力测试目的
(1)了解混凝土层的变形特性以及混凝土的应力状态; (2)掌握喷层所受应力的大小,判断喷射混凝土层的稳定状况; (3)判断支护结构长期使用的可靠性以及安全程度; (4)检验二次衬砌设计的合理性,积累资料。

(二) 测试断面选择及测点布置
根据合同要求,在Ⅴ级围岩里程范围内选一个测试断面,断面内布置5个测点,具体布置情况如图 3-5所示。

单位:mm
3
图 3-5二次衬砌应力量测测点布置
三) 量测频率
量测频率见表3-8。

表3-8二次衬砌应力量测频率
3.2.6初衬与二衬之间压力量测
隧道开挖后,围岩要向净空方向变形,而支护结构要阻止这种变形,这样就会产生围岩作用与支护结构上的围岩压力。

围岩压力量测,通常情况下是指围岩与支护或喷层与二次衬砌混凝土间的接触压力的测试。

(一)量测仪器与原理
接触压力量测仪器根据测试原理和测力计结构不同分为液压式测力计和电测式测力计。

目前隧道中多用电测式。

弦测法原理:在传感器中有一根张紧的钢弦,当传感器受外力作用时,弦的内应力发生变化,随着弦的内应力改变,自振频率也相应地发生变化,弦的张力越大,自振频率越高,反之,自振频率越低。

(二)测试断面选择及测点布置
在每类围岩里程范围内各选一个测试断面,每个断面布置3个测点,具体布置情况如图3-6所示。

13
单位:mm
3
图 3-6初衬与二衬之间压力量测测点布置
(三)量测频率
量测频率见表 3-9。

表 3-9初衬与二衬之间压力量测频率
3.2.7 二次衬砌混凝土强度检测
运用回弹仪对二次衬砌混凝土的强度进行检测,判断混凝土强度是否满足设计要求。

(1)采用部位检测方式检测,每一版为一个“部位”; (2)每一部位测10个测区; (3)相邻测区间距为0.4m ;
(4)测区距门洞端部或施工缝的距离为0.4m ;
(5)每个测区大小为0.2×0.2m ,在“部位范围内”均匀分布,并避开预埋件; (6)每个测区按4×4的均匀排列方式读取16个回弹值。

3.2.8二次衬砌施作前断面检测及二次衬砌后净空断面检测
在二次衬砌施工前,将激光断面仪架设在检测横断面上对初期支护后隧道净空断面进行检测,对实测数据进行分析处理,得出隧道二次衬砌前拱墙的净空断面,对初期支护是否侵入二次衬砌净空进行判断,保证二次衬砌厚度。

(一)测试断面间距
每30m一个断面,每条隧道不少于5个断面。

(二)测试部位
二次衬砌前、初期支护后的截面。

(三)测试频率
每次开挖和初期支护施工完成后。

对部分二次衬砌施工后的净空断面进行抽测,对二次衬砌是否侵入行车净空进行判断,保证行车安全。

3.2.9初期支护雷达检测
1、采用地质雷达对隧道初期支护混凝土厚度、钢支撑及平均间距分布、喷射混凝土密实状况及背后回填等情况进行分析和判定。

2、地质雷达检测测线的布置方式一般为:沿隧道轴线按拱顶(1条)、左右拱腰各1条,共3条连续测线。

各测线的具体分布见图3-7。

检测过程中结合现场施工情况,选取适合检测的位置进行检测。

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说明:
1-拱腰测线
2-拱顶测线
3-拱腰测线
图3-7初期支护地质雷达检测测线布置示意图
3.2.10二次衬砌缺陷雷达检测
1、采用地质雷达对隧道二次衬砌混凝土厚度及内部缺陷等情况进行分析和判定。

2、地质雷达检测测线的布置方式一般为:沿隧道轴线按拱顶(1条)、左右拱腰各1条,共3条连续测线。

各测线的具体分布见图3-8。

检测过程中结合现场施工情况,选取适合检测的位置进行检测。

说明:
1-拱腰测线
2-拱顶测线
3-拱腰测线
图3-8二次衬砌地质雷达检测测线布置示意图
4 2009年度工作量汇总
根据《丹海高速公路隧道监控量测及质量检测技术服务合同》的要求,甲方委托乙方对本路段隧道进行以下内容的技术服务:
1.对罗圈背隧道、旧岭隧道、二道河子隧道、乔家隧道未开挖段进行监控量测工作;
2.对全路段隧道未施作二次衬砌的初期支护总长的30%进行地质雷达质量抽测、二次衬砌施作前隧道净空断面抽测(按规范要求频率的20%抽测);
3.对全路段隧道的二次衬砌砼进行100%地质雷达质量检测;
4.根据工程进度情况,定期提交监控量测报告;质量检测完成后及时提交质量检测报告。

2009年度项目组在丹海高速公路各隧道完成的监控量测及质量检测工程量与合同量对比结果见表4-1。

表4-1 2009年度监控量测及质量检测实际完成工作量月合同要求工作量对比表
合计
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5 监控量测项目测量结果及总结
5.1掌子面状态观察
隧道目测观察的目的是预测开挖面前方的地质条件,为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据,根据喷层表面状态及锚杆的工作状态,分析支护结构的可靠程度。

其观察内容主要包括:掌子面地质水文条件、岩性、结构面产状、有无断层,是否偏压、围岩类别,掌子面自稳情况,地下水的影响情况等,并做好记录。

根据《隧道施工第三方监测实施方案》,结合业主要求和工程实际情况,每次爆破进行后监控组及时对爆破后隧道的地质状况进行了观察并记录,在支护完成后对掌子面和支护的裂缝等情况进行了观察和记录,并每隔15~20m填写1张围岩施工地质及支护状况观察与描述记录卡片。

截止2009年12月31日,项目组在各隧道的掌子面观察工作量汇总如表5-1所示。

这为施工围岩级别的正确划定、预测开挖面前方的地质条件以及判断围岩、隧道的稳定性提供了很好的依据和保证。

丹海高速公路隧道2009年掌子面及支护状态观察工作量汇总
表5-1丹海高速公路隧道2009年度掌子面观察工作量汇总
根据掌子面及支护状态观察结果,对各隧道2009年度隧道开挖及支护状态总结如下:
D2合同段(罗圈背隧道)围岩观测段(K17+674~K18+156,YK17+607~YK18+120)总体状况较好,洞内渗水较少,掌子面围岩较为完整,均属于Ⅱ级围岩,实际围岩性质与设计符合较好。

D4合同段(旧岭隧道)围岩观测段(K35+385~K25+685,K35+076~K35+272,YK35+109~
YK35+610)总体状况较好,大部分属于Ⅱ级围岩,但部分区段围岩较破碎,属于Ⅳ级或Ⅴ级围岩,且洞内出现较多渗水,但实际围岩性质与设计符合较好。

对于围岩较差的区段,经过施工单位采取加强超前支护、缩短爆破进尺、台阶开挖等有效措施,隧道施工过程较为平稳,未出现安全事故。

D5合同段(杨家堡隧道)围岩观测段(K37+740~K38+106,YK37+800~YK38+140)总体状况较好,属于Ⅱ级或Ⅲ级围岩,洞内渗水较少,实际围岩性质与设计符合较好。

D7合同段(二道河子隧道)围岩观测段(K67+595~K67+635,YK67+569~YK67+610)D7合同段围岩总体较差,四类、五类围岩较多,为四、五类围岩集中区域,洞内围岩较破碎,稳定性较差;实际围岩性质与设计符合较好;经施工单位采取到“短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”等有效措施后,隧道整体施工较为顺利,未发生安全事故。

D8合同段(乔家隧道)围岩观测段(K74+705~K74+800,K74+482~K74+596,YK74+652~YK74+767,YK74+554~YK74+600)总体状况较差,四类、五类围岩较多,洞内围岩较破碎,稳定性较差;部分区段实际围岩性质与设计不符,如K74+755~K74+785区段约30米长度范围内围岩节理较为发育,其中以K74+760~K74+770区段围岩最为破碎,稳定性差,与设计给定的Ⅲ级围岩形状不符,根据隧道实际情况,监控单位建议对K74+760~K74+770段采取ZL5支护参数进行支护,对K74+755~K74+760以及K74+770~K74+785区段采用ZL4支护参数进行支护,施工单位最终采用该建议,保证了隧道施工的安全。

D9合同段(韩宝寺隧道)围岩观测段(K90+658~K90+995,K90+381~K90+583,YK90+405~YK90+939,YK90+308~YK90+521)有较长区段实际围岩性质与设计不符,如K74+440~K74+583区段,原设计为Ⅲ级围岩,但开挖后发现该范围内围岩节理较为发育,稳定性差,与设计给定的Ⅲ级围岩形状不符,根据隧道实际情况,监控单位建议对该区段用Z4支护参数进行支护,施工单位最终采用该建议,保证了隧道施工的安全。

5.2拱顶下沉量测
拱顶下沉量测数据是确认围岩的稳定性,判断支护效果,指导施工工序,预防拱顶崩塌,保证施工质量和安全的最基本的资料。

2009年度监控组在丹海高速公路各隧道中拱顶下沉量测的工作量及各标段监测结果汇总如表5-2所示。

各级围岩典型的拱顶沉降曲线如图5-1~图5-4所示。

19
表5-2 丹海高速公路隧道2009年度拱顶沉降量测工作量及各标段监测结果汇总
21
23
25
27
累积沉降(m m )
时间(d)
图 5-1旧岭隧道右线出口YK35+601断面拱顶下沉变化曲线图(Ⅱ级围岩)
图 5-2韩宝寺隧道左线出口K90+887断面拱顶下沉变化曲线图(Ⅲ级围岩)
图 5-3韩宝寺隧道左线进口K90+427断面拱顶下沉变化曲线图(Ⅳ级围岩)
累积沉降(m m )
时间(d)
图 5-4二道河子隧道左线K67+594断面拱顶下沉变化曲线图(Ⅴ级围岩)
根据各隧道拱顶沉降的量测结果分析,可以得出以下结论:稳定后各断面的拱顶下沉量一般都不大,基本上都小于15mm ;拱顶下沉一般在埋点后15天就基本趋向稳定,其变形曲线前期主要呈抛物线型,15天之后基本上为水平线,且根据围岩状况的不同,一般来讲,Ⅱ、Ⅲ级围岩拱顶下沉量较小且稳定较快,一般在一周左右,Ⅳ、Ⅴ级围岩拱顶下沉量较大且稳定时间较长,一般在10天之后趋于稳定。

5.3周边收敛量测
收敛量测是隧道施工监控量测的重要项目。

周边位移是隧道围岩应力状态变化最直观的反映,通过周边位移量测可以达到以下目的。

⑴判断隧道空间的稳定性;⑵根据变位速度判断围岩稳定程度和二次衬砌施作的合理时机;⑶指导现场的施工。

2009年度监控组在丹海高速公路各隧道中拱顶下沉量测的工作量如表 5-3所示。

各级围岩典型的周边收敛沉降曲线如图 5-5~图 5-8所示。

表 5-3丹海高速公路隧道2009年度拱顶沉降量测工作量及各标段监测结果汇总
各标段拱顶沉降监测结果汇总
29
31
35
12
345678水平收敛(m m )
时间(d)
图 5-5旧岭隧道右线出口YK35+601断面下测线收敛变化曲线图(Ⅱ级围岩)
图 5-6韩宝寺隧道左线出口K90+887断面累积收敛变化曲线图(Ⅲ级围岩)
图 5-7韩宝寺隧道左线进口K90+427断面累积收敛变化曲线图(Ⅳ级围岩)
123456789101112131415161718水平收敛(m m )
时间(d)
图 5-8二道河子隧道左线K67+594断面收敛变化曲线图(Ⅴ级围岩)
根据各隧道周边收敛的量测结果分析,可以得出以下结论:周边收敛规律与拱顶沉降规律相近,稳定后各断面的收敛量一般都不大,基本上都小于20mm ;周边收敛一般在埋点后15天就基本趋向稳定,其变形曲线前期主要呈抛物线型,15天之后基本上为水平线,且根据围岩状
况的不同,一般来讲,Ⅱ、Ⅲ级围岩收敛量较小且稳定较快,一般在一周左右,Ⅳ、Ⅴ级围岩收敛量较大且稳定时间较长,一般在10天之后趋于稳定。

5.4初衬与二衬之间压力量测
隧道开挖后,围岩要向净空方向变形,而支护结构要阻止这种变形,这样就会产生围岩作用与支护结构上的围岩压力。

围岩压力量测,通常情况下是指围岩与支护或喷层与二次衬砌混凝土间的接触压力的测试。

其目的是了解围岩压力的量值及分布状态;判断围岩和支护的稳定性,分析二次衬砌的稳定性和安全度。

根据合同要求,监控组在在施工单位的配合下,于2009年10月28日对YK74+380断面安装压力盒,检测围岩与衬砌混凝土之间的接触压力,从2009年10月29日开始采集数据,历史一个月,图5-9表示了一个月来各测点压力的时程变化图,从中可以看出衬砌各个位置压力的大小及分布规律。

图5-9乔家隧道YK74+380断面初衬和二衬间压力变化
本断面各埋设点的接触压力变化曲线均呈抛物线型,自拱顶→拱腰→边墙,对应部位的接触压力依次减小。

到第27天时基本上个测点值都趋于稳定,并且值很小,说明围岩变形较小,满足了二衬施作的要求。

拱顶位置的接触压力量测值最大,自埋设26天后趋于的稳定值为0.21MPa ;左、右侧拱腰部位的接触压力变化曲线基本一致,说明该断面上下短台阶新奥法开挖施工过程中无偏压现象发生,它们自埋设27d 后所趋于的稳定值分别为0.085和0.0962MPa ;埋设在边墙部位的接触压力值则较小,例如左侧边墙部位自埋设27d后所趋于的稳定值就仅为0.0481MPa。

图中各测点压力图都有一个先增大又减小又增大的一小段,这是混凝土硬化过程的一个体现。

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5.5二衬混凝土表面应力量测
混凝土应力量测是指二次衬砌模筑混凝土应力量测。

其目的是了解混凝土层的变形特性以及混凝土的应力状态;掌握其所受应力的大小,判断喷射混凝土层的稳定状况;判断支护结构长期使用的可靠性以及安全程度;检验二次衬砌设计的合理性,积累资料。

根据合同要求,在施工单位的配合下,项目组于2009年10月28日对YK74+365断面安装传感器,检测衬砌混凝土在施工期间应力的变化,从2009年10月29日开始采集数据,历史一个月,图5-10表示了一个月来各测点应力的时程变化图,从中可以看出二衬各个位置应力的大小及分布规律。

图5-10二衬混凝土间应力变化
本典型断面拱顶部位的喷砼层内部应力值最大,自埋设27d后所趋于的稳定值为4.2MPa;左、右侧拱腰部位的混凝土内部应力变化曲线也基本一致,自埋设27d后均趋于的稳定值分别为1.7MPa和1.924MPa;边墙部位混凝土内部应力值也较小,例如左侧边墙处自埋设27d 后所趋于的稳定值就仅为0.962MPa,说明设计的喷砼层是很安全的。

从图中可以看出:
(1)二衬应力小,不超过5MPa,说明初期支护已经稳定,围岩变形小,满足了二衬施作的要求。

(2)二衬应力随着时间不断波动,说明随着时间的推移,二衬的强度储备作用逐渐发挥。

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