隧洞施工中围岩收敛观测及分析
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图 1 收敛观测测点及测线布置 F ig. 1 L ayou t of m ea su ring po in ts and
lines fo r tunnel convergence
2. 2 观测仪器及测桩埋设 观测精度应符合技术规范的要求, 如使用的温
度计的精度应小于 0. 5 ℃. 收敛计在使用过程中, 可能会因为弹簧的原因引起很小的基准误差, 必要 时可用率定架对收敛计进行率定. 每次观测完毕 后, 用收敛计测取率定架的两点间的长度, 当读数 与标准长度的差值在 0. 05 mm 以内时, 不必作基 准误差的修正. 否则, 应进行基准误差的修正.
第 31 卷 第 2 期 中国矿业大学学报 V o l. 31 N o. 2
2002 年 3 月 Jou rnal of Ch ina U n iversity of M in ing & T echno logy M ar. 2002
根据 7# 隧洞出口段的地质条件, 布置了 7 个 收敛观测断面, 每个断面布置 4 个测点, 即顶拱、底 板和两侧边墙中部各布置一个测点, 测点及测线的 布置如图 1 所示. 其中, l1, l2, l3 为主要测线, l4, l5, l6 为辅助测线. 辅助测线有可能因为底板测桩的损 坏而中断观测, 因此应尽可能加强对底板测桩的保 护.
开挖达到预计的收敛观测断面后, 紧靠开挖面 布置测桩, 并在下一个开挖前取得初读数. 每次观 测时, 记录开挖面距观测断面的距离、隧洞施工与 支护情况.
观测频率根据围岩变形规律及现场要求确定,
测桩安装后 1～ 15 d, 每天观测 1～ 2 次; 16～ 30 d,
每 2 d 观测 1 次; 1～ 3 月, 每周观测 1～ 2 次; 3 个
3. 3 收敛速率与时间的关系 根据收敛速率与时间关系的观测结果, 可确定
二次支护的最佳时机. 二次支护的时机应满足以下 条件: 1) 隧洞周边收敛明显下降; 2) 收敛量已达 到 总 收 敛 量 的 80%～ 90% ; 3) 收 敛 速 率 小 于 0. 15 mm d, 或顶拱位移速率小于 0. 10 mm d. 3. 4 空间效应分析
部位及岩性 土洞段 土岩交接段 破碎带
岩性稳定段
对应的永久性断面 A - A 断面 B - B 断面 C - C 断面
收稿日期: 2001 09 19 作者简介: 苏华友 (19632) , 男, 四川省新都县人, 西南科技大学副教授, 西南交通大学博士研究生, 从事岩体结构、地应力测试、TBN 施
时间 d
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
各测线累计变形 mm
∃ l3
∃ l2
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1. 57
1. 26
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1. 42
1. 36
7. 43
工技术方面的研究 1
第 2 期 苏华友等: 隧洞施工中围岩收敛观测及分析 19 9
2 收敛观测的主要内容
2. 1 观测断面的布置 根据施工现场的需要, 每一类岩石 (土) 应选择
2～ 3 个断面、每个观测断面应布置 3～ 5 个测点进 行收敛观测.
3. 69
- 2. 92
4. 16
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各测点变形速率 (mm ·d- 1)
文章编号: 100021964 (2002) 0220198203
隧洞施工中围岩收敛观测及分析
苏华友1, 杨有玉2
(1. 西南科技大学 环境工程学院, 四川 绵阳 621002; 2. 大同煤矿集团公司 燕子山矿, 山西 大同 037000)
摘要: 根据“引黄入晋”工程连接段隧洞施工中围岩变形情况, 讨论了隧洞收敛观测断面的布置 原则、现场观测方法以及观测数据的温度修正. 通过对施工过程中量测数据的整理和分析, 得出 了收敛位移随时间变化的规律. 关键词: 隧洞; 断面; 收敛观测; 观测数据修正 中图分类号: TV 554. 16 文献标识码: A
月以后, 每月观测 3 次. 当观测结果表明围岩变形
明显增大时, 应加大观测频率; 当发现观测值有明
显异常时, 应重新观测并查明窄因.
2. 4 观测数据处理及温度修正
观测采用昆明某公司生产的 SL 22 型高精度
机械式收敛计. 若某测线的初始读数为 R 0, t 时刻
的读数为 R t, 则此测线在时间 t 内的收敛变形量
convergence a t the outlet of 7# tunnel
序号
断面 编号
布置桩号
1 CM 1 57+ 042 2 CM 2 57+ 032 3 CM 3 57+ 000 4 CM 4 56+ 980 5 CM 5 56+ 960 6 CM 6 56+ 930 7 CM 7 56+ 920
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- 0. 270
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图 2 CM 2 观测断面各测线累计变形2时间曲线 F ig. 2 Convergence2tim e cu rves fo r section CM 2
隧洞掘进中被列为必测项目. 收敛观测分临时性观测和永久性观测两种. 临
时性观测作为施工期间的临时观测手段, 观测时间 从隧洞开挖至二次支护前; 永久性观测是在较长时 间内 (一般为工程结束后的 1～ 2 a 内) 对隧洞围岩 的变形情况进行观测, 其目的在于掌握隧洞投入运 行后其围岩的变形情况, 以作为对工程总体评价的 依 据 之 一. 7# 隧 洞 收 敛 观 测 设 计 的 主 要 依 据 为 GBJ 86285: 锚杆喷射混凝土支护技术规范.
(3)
测点位移是通过建立三角形 3 条测线的变化
关系式 (3) , 计算出三角形 3 个顶点的绝对位移. 正
值表示测点向洞内的位移, 负值表示测点向围岩内
的位移.
3 观测结果的分析与应用
3. 1 收敛量的控制指标 根据工程要求和工程实际情况, 7# 隧洞出口
段 允 许 的 收 敛 值: 土 洞 段 为 36 mm , 破 碎 带 为 24 mm , 过渡带为 18 mm. 上述指标可作为施工安 全控制的警戒, 当观测值达到或超过允许的收敛值 时, 应报警并采取加强支护的措施. 3. 2 收敛变形与时间的关系
据下列公式进行修正
∃L c = K L (Σ0 - Σt) ,
(2)
式中: ∃L c 为温度修正值, m ; K 为修正系数, K =
12 × 10- 6m (m ℃) ; Σt 为 t 时刻的环境温度, ℃;
L 为测点距离, m .
考虑温度修正后, 式 (1) 变为
∃L = (R t - ∃L c) - R 0.
2 00 中国矿业大学学报 第 31 卷
密切的关系, 一般规律是: 开挖初期位移随时间迅 趋向稳定.
速增大, 但位移速率较小; 当达到一定时间后, 位移
表 2 CM 2 观测断面各测线变形的计算结果 Table 2 The deforma tion of m ea sur ing l ines in section CM 2
各测点累计位移 mm
∃U A
∃U B
∃U C
0. 00
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1. 64
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3. 63
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3. 86
3. 76
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3. 70
∃L = R t - R 0.
(1)
当环境温度变化时, 必然引起观测值的误差,
因而需要对观测值进行修正. 每次观测开始前, 应
将收敛计在观测断面放置 15 m in 以上, 以使仪器
与环境温度一致; 观测完毕后, 要对温度进行观测,
以便对测值进行温度修正. 观测数据的分析、处理
以第一次观测的温度 Σ0 (℃) 为基准, 其余观测值根
根据计算结果可绘制收敛变形与时间关系过 程曲线, 并进行曲线拟合, 预测隧洞围岩的最终变 形量及稳定时间, 并与控制指标比较, 确定是否有 必要加强支护. 隧洞围岩完全稳定的标准为位移速 率小于 0. 01 mm d, 稳定时间根据回归方程确定.
表 2 列出了 CM 2 观测断面各测线的部分观测 数据, 图 2 是洞壁两点之间的相对位移随时间变化 的曲线. 从图 2 可见, 各测线的相对位移与时间有
1 收敛观测的设计依据
钻爆法掘进, 大多采用新奥法施工. 采用新奥 法施工隧道是以充分维护和利用围岩自承能力为 基本出发点, 尽量采用以锚喷为主的柔性支护体 系, 使围岩与支护形成共同承载的结构体系[2～ 4]. 收敛观测是采用仪器量测隧洞开挖后围岩表面若 干点相对位置的变化, 其目的在于及时掌握围岩的 变形发展动态, 监测施工过程中隧洞的安全程度, 它是检验围岩是否稳定和支护是否合理的重要手 段之一[5]. 收敛观测一般为周边收敛量测和拱顶下 沉量测, 是观测隧洞开挖后围岩和支护的综合影响 因素最为直观的反映, 是监控量测的主要内容, 在
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Leabharlann Baidu
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测桩埋设应牢固, 否则会严重影响观测精度. 安装测桩前, 一般应详细了解各观测面附近的地质 资料, 以确定测桩的埋设位置. 测桩要使用专门制 作的膨胀螺栓, 其挂钩为封闭的不锈钢环. 在土洞 段或岩石破碎带, 用冲击钻钻一个深度 20 cm 以 上的钻孔, 用速凝水泥砂浆将测桩埋入, 待水泥砂 浆凝固后进行观测. 在可能条件下, 也可考虑将测 桩的观测环焊接在钢支撑上或在锚杆上进行观测. 2. 3 观测方法
山西省万家寨“引黄入晋”工程连接段 7# 隧洞 长达 13. 5 km , 隧洞出口处近 200 m 段和入口处 近 100 m 段采用钻爆法掘进, 其余的主要部分采 用 5 4. 84 m 的 罗 宾 斯 (Robb in s) 双 护 盾 TBM (T unnel Bo ring M ach ine) [1]全断面掘进. 隧洞最大 埋深 500 m 以上, 穿越奥陶系中统上马家沟组中 段、上马家沟组下段及下马家沟组地层, 岩性主要 是碳酸盐岩及少量石炭系砂岩, 主要物理、地质现 象有岩溶、风化、滑塌等; 隧洞出口处存在 F 60, F 61 两个断层破碎带. 为了及时掌握围岩及支护动态, 需在掘进中对隧洞收敛变形进行观测, 以指导施工 组织和安全施工.
收敛观测断面设计时, 一般要将部分临时性观 测断面与永久性观测断面结合起来, 以使观测成果 相互对比与综合分析. 表 1 为 7# 隧洞出口段收敛 观测断面的布置情况, 其中 A 2A , B 2B , C 2C 为永久 性观测断面.
表 1 7# 隧洞出口段收敛观测断面的布置 Table 1 Layout of observa tion section s for
vA
vB
vC
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lines fo r tunnel convergence
2. 2 观测仪器及测桩埋设 观测精度应符合技术规范的要求, 如使用的温
度计的精度应小于 0. 5 ℃. 收敛计在使用过程中, 可能会因为弹簧的原因引起很小的基准误差, 必要 时可用率定架对收敛计进行率定. 每次观测完毕 后, 用收敛计测取率定架的两点间的长度, 当读数 与标准长度的差值在 0. 05 mm 以内时, 不必作基 准误差的修正. 否则, 应进行基准误差的修正.
第 31 卷 第 2 期 中国矿业大学学报 V o l. 31 N o. 2
2002 年 3 月 Jou rnal of Ch ina U n iversity of M in ing & T echno logy M ar. 2002
根据 7# 隧洞出口段的地质条件, 布置了 7 个 收敛观测断面, 每个断面布置 4 个测点, 即顶拱、底 板和两侧边墙中部各布置一个测点, 测点及测线的 布置如图 1 所示. 其中, l1, l2, l3 为主要测线, l4, l5, l6 为辅助测线. 辅助测线有可能因为底板测桩的损 坏而中断观测, 因此应尽可能加强对底板测桩的保 护.
开挖达到预计的收敛观测断面后, 紧靠开挖面 布置测桩, 并在下一个开挖前取得初读数. 每次观 测时, 记录开挖面距观测断面的距离、隧洞施工与 支护情况.
观测频率根据围岩变形规律及现场要求确定,
测桩安装后 1～ 15 d, 每天观测 1～ 2 次; 16～ 30 d,
每 2 d 观测 1 次; 1～ 3 月, 每周观测 1～ 2 次; 3 个
3. 3 收敛速率与时间的关系 根据收敛速率与时间关系的观测结果, 可确定
二次支护的最佳时机. 二次支护的时机应满足以下 条件: 1) 隧洞周边收敛明显下降; 2) 收敛量已达 到 总 收 敛 量 的 80%～ 90% ; 3) 收 敛 速 率 小 于 0. 15 mm d, 或顶拱位移速率小于 0. 10 mm d. 3. 4 空间效应分析
部位及岩性 土洞段 土岩交接段 破碎带
岩性稳定段
对应的永久性断面 A - A 断面 B - B 断面 C - C 断面
收稿日期: 2001 09 19 作者简介: 苏华友 (19632) , 男, 四川省新都县人, 西南科技大学副教授, 西南交通大学博士研究生, 从事岩体结构、地应力测试、TBN 施
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各测线累计变形 mm
∃ l3
∃ l2
∃ l1
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工技术方面的研究 1
第 2 期 苏华友等: 隧洞施工中围岩收敛观测及分析 19 9
2 收敛观测的主要内容
2. 1 观测断面的布置 根据施工现场的需要, 每一类岩石 (土) 应选择
2～ 3 个断面、每个观测断面应布置 3～ 5 个测点进 行收敛观测.
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各测点变形速率 (mm ·d- 1)
文章编号: 100021964 (2002) 0220198203
隧洞施工中围岩收敛观测及分析
苏华友1, 杨有玉2
(1. 西南科技大学 环境工程学院, 四川 绵阳 621002; 2. 大同煤矿集团公司 燕子山矿, 山西 大同 037000)
摘要: 根据“引黄入晋”工程连接段隧洞施工中围岩变形情况, 讨论了隧洞收敛观测断面的布置 原则、现场观测方法以及观测数据的温度修正. 通过对施工过程中量测数据的整理和分析, 得出 了收敛位移随时间变化的规律. 关键词: 隧洞; 断面; 收敛观测; 观测数据修正 中图分类号: TV 554. 16 文献标识码: A
月以后, 每月观测 3 次. 当观测结果表明围岩变形
明显增大时, 应加大观测频率; 当发现观测值有明
显异常时, 应重新观测并查明窄因.
2. 4 观测数据处理及温度修正
观测采用昆明某公司生产的 SL 22 型高精度
机械式收敛计. 若某测线的初始读数为 R 0, t 时刻
的读数为 R t, 则此测线在时间 t 内的收敛变形量
convergence a t the outlet of 7# tunnel
序号
断面 编号
布置桩号
1 CM 1 57+ 042 2 CM 2 57+ 032 3 CM 3 57+ 000 4 CM 4 56+ 980 5 CM 5 56+ 960 6 CM 6 56+ 930 7 CM 7 56+ 920
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图 2 CM 2 观测断面各测线累计变形2时间曲线 F ig. 2 Convergence2tim e cu rves fo r section CM 2
隧洞掘进中被列为必测项目. 收敛观测分临时性观测和永久性观测两种. 临
时性观测作为施工期间的临时观测手段, 观测时间 从隧洞开挖至二次支护前; 永久性观测是在较长时 间内 (一般为工程结束后的 1～ 2 a 内) 对隧洞围岩 的变形情况进行观测, 其目的在于掌握隧洞投入运 行后其围岩的变形情况, 以作为对工程总体评价的 依 据 之 一. 7# 隧 洞 收 敛 观 测 设 计 的 主 要 依 据 为 GBJ 86285: 锚杆喷射混凝土支护技术规范.
(3)
测点位移是通过建立三角形 3 条测线的变化
关系式 (3) , 计算出三角形 3 个顶点的绝对位移. 正
值表示测点向洞内的位移, 负值表示测点向围岩内
的位移.
3 观测结果的分析与应用
3. 1 收敛量的控制指标 根据工程要求和工程实际情况, 7# 隧洞出口
段 允 许 的 收 敛 值: 土 洞 段 为 36 mm , 破 碎 带 为 24 mm , 过渡带为 18 mm. 上述指标可作为施工安 全控制的警戒, 当观测值达到或超过允许的收敛值 时, 应报警并采取加强支护的措施. 3. 2 收敛变形与时间的关系
据下列公式进行修正
∃L c = K L (Σ0 - Σt) ,
(2)
式中: ∃L c 为温度修正值, m ; K 为修正系数, K =
12 × 10- 6m (m ℃) ; Σt 为 t 时刻的环境温度, ℃;
L 为测点距离, m .
考虑温度修正后, 式 (1) 变为
∃L = (R t - ∃L c) - R 0.
2 00 中国矿业大学学报 第 31 卷
密切的关系, 一般规律是: 开挖初期位移随时间迅 趋向稳定.
速增大, 但位移速率较小; 当达到一定时间后, 位移
表 2 CM 2 观测断面各测线变形的计算结果 Table 2 The deforma tion of m ea sur ing l ines in section CM 2
各测点累计位移 mm
∃U A
∃U B
∃U C
0. 00
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∃L = R t - R 0.
(1)
当环境温度变化时, 必然引起观测值的误差,
因而需要对观测值进行修正. 每次观测开始前, 应
将收敛计在观测断面放置 15 m in 以上, 以使仪器
与环境温度一致; 观测完毕后, 要对温度进行观测,
以便对测值进行温度修正. 观测数据的分析、处理
以第一次观测的温度 Σ0 (℃) 为基准, 其余观测值根
根据计算结果可绘制收敛变形与时间关系过 程曲线, 并进行曲线拟合, 预测隧洞围岩的最终变 形量及稳定时间, 并与控制指标比较, 确定是否有 必要加强支护. 隧洞围岩完全稳定的标准为位移速 率小于 0. 01 mm d, 稳定时间根据回归方程确定.
表 2 列出了 CM 2 观测断面各测线的部分观测 数据, 图 2 是洞壁两点之间的相对位移随时间变化 的曲线. 从图 2 可见, 各测线的相对位移与时间有
1 收敛观测的设计依据
钻爆法掘进, 大多采用新奥法施工. 采用新奥 法施工隧道是以充分维护和利用围岩自承能力为 基本出发点, 尽量采用以锚喷为主的柔性支护体 系, 使围岩与支护形成共同承载的结构体系[2～ 4]. 收敛观测是采用仪器量测隧洞开挖后围岩表面若 干点相对位置的变化, 其目的在于及时掌握围岩的 变形发展动态, 监测施工过程中隧洞的安全程度, 它是检验围岩是否稳定和支护是否合理的重要手 段之一[5]. 收敛观测一般为周边收敛量测和拱顶下 沉量测, 是观测隧洞开挖后围岩和支护的综合影响 因素最为直观的反映, 是监控量测的主要内容, 在
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测桩埋设应牢固, 否则会严重影响观测精度. 安装测桩前, 一般应详细了解各观测面附近的地质 资料, 以确定测桩的埋设位置. 测桩要使用专门制 作的膨胀螺栓, 其挂钩为封闭的不锈钢环. 在土洞 段或岩石破碎带, 用冲击钻钻一个深度 20 cm 以 上的钻孔, 用速凝水泥砂浆将测桩埋入, 待水泥砂 浆凝固后进行观测. 在可能条件下, 也可考虑将测 桩的观测环焊接在钢支撑上或在锚杆上进行观测. 2. 3 观测方法
山西省万家寨“引黄入晋”工程连接段 7# 隧洞 长达 13. 5 km , 隧洞出口处近 200 m 段和入口处 近 100 m 段采用钻爆法掘进, 其余的主要部分采 用 5 4. 84 m 的 罗 宾 斯 (Robb in s) 双 护 盾 TBM (T unnel Bo ring M ach ine) [1]全断面掘进. 隧洞最大 埋深 500 m 以上, 穿越奥陶系中统上马家沟组中 段、上马家沟组下段及下马家沟组地层, 岩性主要 是碳酸盐岩及少量石炭系砂岩, 主要物理、地质现 象有岩溶、风化、滑塌等; 隧洞出口处存在 F 60, F 61 两个断层破碎带. 为了及时掌握围岩及支护动态, 需在掘进中对隧洞收敛变形进行观测, 以指导施工 组织和安全施工.
收敛观测断面设计时, 一般要将部分临时性观 测断面与永久性观测断面结合起来, 以使观测成果 相互对比与综合分析. 表 1 为 7# 隧洞出口段收敛 观测断面的布置情况, 其中 A 2A , B 2B , C 2C 为永久 性观测断面.
表 1 7# 隧洞出口段收敛观测断面的布置 Table 1 Layout of observa tion section s for
vA
vB
vC
0. 00
0. 00
0. 00
- 0. 06
0. 22
0. 18
- 0. 09
0. 24
0. 20
- 0. 34
0. 53
0. 41
- 0. 41
0. 70
0. 61
- 0. 44
0. 63
0. 61
- 0. 35
0. 55
0. 53
- 0. 30
0. 46
0. 46
- 0. 32
0. 46