山岭隧道浅埋暗挖法施工监测

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浅埋暗挖地下工程监控量测技术
中铁隧道集团有限公司科研所 李建华
主 要 内 容
1 2 3 4 5 6 7 8 浅埋暗挖地下工程主要特点与施工方法 监控量测的必要性和目的 主要监控量测项目及其确定原则 监控量测仪器与实施方法 国内外现状及新型监控量测技术 监控量测的控制基准 目前国内监控量测技术存在的问题 监控量测方案编制与实施
城市地下工程具有以下特点:
(1)地质条件差
我国城市地下工程埋深多在20m以内,而在此深度范围 内大多为第四纪冲积或沉积层,或为全、强风化岩层,地 层多松散无胶结,存在上层滞水或潜水。同时我国部分城 市,如武汉、南京、杭州、上海等城市,部分区域承压水 高,承压含水层顶板埋藏浅,对地下工程施工影响巨大。 (2)周边环境复杂; 城市地铁工程往往多建在建筑物已高度集中的地区,在 城市道路下面及各种管线附近通过。施工将产生一定范围 的地表沉降,当沉降达到临界值时,将会引起建筑物的倾 斜、开裂等,严重的可导致建筑物功能丧失。
形及受力状况,掌握施工过程中工程自身结构所处的
安全状态,并对其安全稳定性进行评价。
(3)修正设计
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,调整相应的设计支 护参数;
(4)积累资料
通过监控量测,收集数据,为以后的工程设计、
施工及规范修改提供参考和积累经验。 施工过程中进行的监控量测是信息化施工的基 础,具有重要作用。在地下工程施工过程中进行现场 监控量测,及时获取围岩变位与地下工程支护结构的
中隔墙法
1.2.2新奥法基本原理 采用新奥法设计与施工隧道,首先根据经验初步选 定设计参数,在施工过程中通过监测隧道净空收敛及拱 顶下沉等数据,以判断隧道稳定性及支护结构对围岩的 加固效果,并据以修正结构的支护形式及参数,最终完 成隧道施工的方法,这一过程也称信息化施工过程。 喷锚支护是加固围岩的重要手段,且能根据需要及 时进行加固,因此在采用新奥法设计与施工的隧道中喷 锚支护得到了广泛的发展。 施工过程中监控量测是新奥法设计和施工的主要 工序。围岩变位能够综合反映隧道开挖后围岩性态的变 化,因此,围岩变位的监控量测在新奥法施工中具有重 要的作用。
⑷、方便实用原则 为减少监测与施工之间的干扰,监测系统的安
装和测量应尽量做到方便实用。
⑸、经济合理原则 系统设计时考虑实用的仪器,不必过分追求仪 器的先进性,以降低监测费用。
3.2浅埋暗挖法的主要监控量测项目
在浅埋暗挖地下工程中,需要监测的物理量主要有位 移、压力、应力、应变等。从总体来讲,监测项目可以分 成三类: 1)结构变形和应力、应变监测; 2)结构与周围地层(围岩与结构)相互作用; 3)与结构相邻的周边环境安全监测。
2 监控量测的必要性和目的
2.1监测的必要性
⑴地下工程复杂性的要求
1)地下工程具有隐蔽性、复杂性和不可预见性的特征。隧 道周围及掌子面前方的工程地质和水文地质情况对隧道施工 的质量和安全关系重大。 2)由于普通工程地质勘察手段的局限性,无法完全准确的 查明洞身围岩状况,导致围岩划分的不准确或偏保守。 3)城市地下工程周围环境一般比较复杂,通过对围岩、支 护的时空变形、应力的量测数据分析,对隧道支护状态进行 评价,预报险情、评定设计的合理性,反馈信息,及时变更 设计,从而确保地下工程施工和周围建(构)筑物安全。
⑵规范的要求 《铁路隧道新奥法指南》第3.1.1条规定:新奥法的设 计应以工程类比法为主,并通过现场监控量测确认和修 正,必要时可辅以理论检算; 《锚杆喷射混凝土支护技术规则》(GBJ86-85)第 3.1.7条规定:锚喷支护的设计,应采用工程类比法,必 要时,还应辅以监控量测法及理论的检算法。 《铁路隧道喷锚构筑物技术规则》第3.1.4条规定: 设计应分为施工前设计和施工中设计两个阶段,施工前 设计中应包括监控量测设计的内容。
c、在监测仪器选择上以机测仪器为主,辅以电 测仪器。 d、考虑分别在地表、及临近建筑物与地下管线
上布点以形成具有一定测点覆盖率的监测网。
⑶、重点监测关键区的原则
在具有不同地质条件和水文地质条件、周围建
筑物及地下管线段,其稳定的标准是不同的。稳定
性差的地段应重点进行监测,以保证建筑物及地下
管线的安全。
求较高,推荐使用国产DJ2系列经纬仪或徕卡T2经纬仪。
国产DJ2系列经纬仪
徕卡经纬仪
4.1.2水准仪 水准仪主要用以测量各测点之间高差的光学仪器。在 监测工程中,水准仪可用来建立沉降控制监测网,可用的 测量项目有:
1)基坑围护结构及支撑立柱的沉降; 2)地表管线的沉降; 3)周围建筑物、构筑物及周围地表的沉降;
⑶、重点监测关键区的原则
⑷、方便实用原则 ⑸、经济合理原则
⑴、可靠性原则
可靠性原则是监测系统设计中所考虑的最重要
的原则。为了确保其可靠性,必须做到:
1)系统需要采用可靠的仪器;
2)应在监测期间保护好测点。
⑵、多层次监测原则 a、在监测对象上以位移为主,兼顾其它监测项 目。
b、在监测方法上以仪器监测为主,并辅以巡检 的方法。
(3)结构埋深浅,与临近结构相互影响;
城市中的地下工程一般都处在密集的建筑群下,有些工 程的基础与己有建筑物或构筑物的基础紧邻,产生相互作 用;处于较浅位置的地下管线结构,与深部的大型停车场 或地铁工程形成上、下位置临接关系;多条隧道的工程又 形成平面上的临接问题。
(4)围岩稳定性难于判断。 地下工程的围岩稳定问题一直是地下工程设计与施工研 究的重点问题。现有较广泛使用的围岩稳定性理论认为: 在地下工程施工过程中,地下工程周围岩体发生应力重分 布作用,当这种重分布应力超过围岩的强度极限时,将造 成围岩的失稳破坏。在浅埋条件下是否存在承载拱对其稳 定性判别非常重要,有必要通过监测与研究解决。
新奥法是浅埋暗挖法的基本理论与方法之一,城市 地下工程多是根据新奥法的基本原理进行的。
在山岭隧道等地下工程, “新奥法”要求在围岩变形基
本稳定后进行二次衬砌,以充分发挥围岩的承载力。 城市地下工程,由于周边环境复杂,埋置深度浅,不允许 有大的地层变位,地表沉降往往成为控制性边界条件。 采用新奥法修建的城市地下工程,当地层变形较大,加强
1 浅埋暗挖地下工程主要特点与施工方法 1.1地下工程主要特点
随着社会的发展,城市人口急剧膨胀,居住困难、交 通阻塞、环境恶化,开发利用地下空间,发展地下交通系 统是城市面临的主要课题之一。二十一世纪是人类开发利 用地下空间时代。
随着我国经济实力的不断增强,城市现代化程度的不 断提高,城市规模不断扩大,为提高土地的空间利用率, 交通线路由地面转入地下是大势所趋,各大城市纷纷在筹 建城市地铁工程。同时为了利用有限土地资源,大力发展 城市共同沟、地下停车场、地下商场等地下工程,大力发 展地下空间。
支护难以奏效或成本较高时,应尽早施作二次衬砌,在地层稳
定性较差时,还应采取超前加固措施,提高围岩强度,以抑制 过大的结构及地层变位,也可以称为“城市新奥法”。
该法多用于第四纪软弱地层中,开挖方法有正台阶法、单
侧壁导坑法、中隔墙法 (也称CD法和CRD法)、双侧壁导坑法 (眼镜工法)等。
“城市新奥法”是近年发展起来的新方法,该法 具有灵活多变,对地面建筑、道路及地下管网影响不大, 拆迁占地少,不扰民,不污染城市环境等优点,是目前 较先进的施工方法。
1.2主要施工方法
随着技术的进步和科技的不断发展,地下工程的施 工方法越来越丰富,根据地质条件、周边环境条件、机 械设备配备情况,城市地下工程施工方法一般可分为三 大类,即明挖法、暗挖法和沉管法。
1.2.1浅埋暗挖法
随着城市地下工程的发展,浅埋暗挖法作为地下 工程主要施工方法之一,具有很多有优点,如:我国 自1987年在北京地铁首次采用浅埋暗挖法原理设计施 工复兴门折返线工程,结构跨度达14.6m,覆土厚度 12m左右。针对我国城市地下工程的特点和地质条件, 浅埋暗挖法经过多年的完善与发展,形成了具有中国 特色的一种新方法,该方法可以避免明挖法对地表的 干扰,而又较盾构法具有对地层较强的适应性和高度 灵活性,因此目前广泛应用于城市地铁区间隧道、车 站、地下过街道、地下停车场等工程。
新奥法监测项目一览表 对于浅埋地下 工程,地表沉降和
拱顶沉降监测是极
其重要的。 《城市地铁施工与 验收规范》中关于 新奥法隧道监控量
测项目的规定见右
表所示。
4 监测仪器与监测实施方法
4.1主要监测仪器 用于地下工程监测的仪器主要包括以下几类:
①用于宏观位移监测的仪器:经纬仪、水准仪、全站仪、
收敛计、测斜仪、分层沉降仪、位移计、裂缝观测仪、建筑物 倾斜仪等; ②用于结构和围岩压力、应力应变监测的仪器:电阻应变仪、 钢弦式频率接收仪等;
(2)地表、管线的水平位移; (3)周围建筑物的水平位移和倾斜; (4)测斜管管口的水平位移; (5)地下工程拱顶下沉与收敛;
(6)盾构隧道水平位移与沉降。
新近发展起来的全站仪除具有经纬仪及测距仪的技 术性能,而且配机栽软件,测量操作更方便、直观,根
2.2监控量测的目的
(1)指导施工
(2)安全评价 (3)修正设计 (4)积累资料
(1)指导施工 通过监测了解地层在施工过程中的动态变化,明
确工程施工对地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱
环节,了解施工方法的实际效果,了解施工对周边环 境的影响等等,以便采取相应的工程措施。
(2)安全评价 通过监测了解支护结构及周边建(构)筑物的变
1.2.3浅百度文库暗挖法的优缺点
优点: (1)不需要太大的场地、拆迁少,不扰民; (2)适应复杂多变的地质条件; (3)适应复杂多变的结构形式; (4)适应复杂的周边环境复杂。
缺点:
(1)辅助工法施工成本过高,导致工程造价偏高;
(2)难以采用大型施工机械,施工速度慢; (3)工作环境差,不利于工作人员身体健康; (4)防水施工质量难以保证,隧道防水容易出现问题。
动态信息,并反馈于修正支护参数与施工措施,以期
达到安全与经济合理的目的。
3 主要监控量测项目及其确定原则
3.1确定监测项目的原则
在隧道工程中进行量测,绝不是单纯地为了获取信息, 而是把它作为施工管理的一个积极有效的手段。 (1)确切地预报破坏和变形等未来的动态,对设计参 数和施工流程加以监控,以便及时掌握围岩动态而采取适
4)分层沉降管管口的沉降。
实际工作中,水准仪主要用于地表沉降、建筑物沉降、 地下管线沉降、拱顶下沉及明挖围护结构沉降等,原则上 应根据不同监测项目对监测精度的要求选择仪器。
4.1.3全站仪
全站仪是一种精密的光学仪器,它可以精密地测定水平 角度、垂直角度及距离。在监测过程中,可用来建立平面控 制网,测量项目基本与经纬仪相同。 (1)基坑围护结构周边及支撑系统的水平位移;
当的措施(如预估最终位移值、根据监控基准调整、修改
开挖和支护的顺序和时机等)。 (2)满足作为设计变更的重要信息和各项要求,如提 供设计、施工所需的重要参数(初始位移速度、作用荷载 等)。
监控量测的项目主要根据隧道工程的地质条件、围岩 类别、跨度、埋深、开挖方法和支护类型等综合确定。根 据监测工作的经验,主要原则归纳: ⑴、可靠性原则 ⑵、多层次监测原则
作为浅埋暗挖评价施工、判断隧道稳定性的主要依据,
监控量测以位移监测为主。
监测项目应根据具体工程的特点来确定,主要取决
于如下因素:
1)工程的规模、重要性程度; 2)地下工程的形状、尺、寸、工程结构和支护特点; 3)地应力大小和方向;工程地质条件; 4)施工工序和方法; 5)在尽量减少施工干扰的情况下,要能监控整个工程 的主要部位的位移。
③用于地下水位参数监测仪器:水位计、渗 水压力计;
④用于其他参数观测仪器:爆破震动仪、管 线探测仪等。
实际工作中,根据监测项目、精度要求,考 虑“经济性、安全性、适用性、耐久性”等选择 合适的监测仪器。
4.1.1经纬仪
经纬仪是一种精密的光学仪器,它可以精密地测定水 平角度、垂直角度及概略距离。经纬仪可用的监测项目有: (1)基坑围护结构周边及支撑系统的水平位移; (2)道路、管线的水平位移; (3)周围建筑物的水平位移和倾斜; (4)测斜管管口的水平位移。 实际工作中,经纬仪主要用于基坑围护结构顶水平位移 监测,一般采用视准线法和控制网法,对经纬仪测角精度要
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