浅谈TANAFINIT水工隧道监控量测技术

浅谈TANAFINIT水工隧道监控量测技术

摘要:摩洛哥王国OUM-RRR,BIA水电整治项目TANAFINIT水工隧道因其开挖断面小、围岩类型变化大,给隧道施工带来很大的困难。为保证整个工程按时、安全完成,我们在施工中引入测量监控技术,测量监控是新奥法隧道施工的特征之一,采用此技术可有效掌握隧道施工中围岩动态变化过程,通过对监控数据的回归分析可以全面预测围岩的实时位移、沉降,进而准确地指导隧道在施工中采用相应的开挖及支护方法,同时对围岩和支护在施工过程中的力学动态及稳定程度得以最大程度的准确预测,为保证施工安全、调整掘进进尺和施工作业方法的选择提供了可靠信息依据。本文拟以某较破碎段地质围岩类型为例,探讨了采用监控量测技术在隧道施工中的实施及应用,说明隧道监控量测对施工过程的重要影响。

关键词:监控量测方案监控量测回归分析

1 工程概况

摩洛哥OUM-RRR,BIA水电整治项目TANAFINIT水工隧道全长2942.43m,工程包含:岸塔式进水口、压力隧洞、平衡井、头阀室、压力管道开挖和厂房基础开挖等几部分,隧道穿越围岩类别较多且岩性经常变化,围岩节理裂隙发育,地下水易渗入导致围岩软化而失去稳定。根据结构受力特点洞室净空除:0+846.16～1+268.16开挖断面为4.05m属钢板衬以外,其余地段开挖断面为:3.70～4.05m,衬砌后直径

均为:3.0m,以锚杆湿喷钢纤维混凝土为初期支护,并根据不同的围岩类别辅以超前砂浆锚杆和工字钢拱架等辅助支护措施,以钢筋混凝土和钢纤维混凝土为二次衬砌。该隧道区址处于中低山构造侵蚀--河谷地貌区,山体坡度峻陡,多大于50°,河谷呈“V”字形。隧道区址地表水主要为大气降水,由于隧道洞底设计标高低于OUM-RRR,BIA河底标高10m左右,故渗透地下水丰富,在隧道中线沿线及掌子面有泉水涌出,流量较大。区址内标高一般在1060～1135m,最高在1+580.00处,地表标高1135m,最低在隧道出口处,标高1070m,相对高差65m,隧道走向与山脊走向多近于平行。

2 隧道监测项目及目的

(1)地质及支护状况观察:对所选择的开挖面的岩性、岩层产状、结构面、断层等工程地质和水文地质情况以及初期支护完成后喷射混凝土层表面的裂缝状况进行观察和描述,预测开挖面前方的地质条件,并为判断围岩的稳定性提供地质资料,观测有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部现象,分析初期支护的可靠程度。(2)隧道周边水平收敛和拱顶下沉量测:为判断隧道稳定性提供可靠信息,以围岩变位速率为标准判断二次衬砌的支护时机,利用量测信息的反馈,判断初期支护设计与施工方法是否稳妥,从而达到修改支护设计和指导施工的目的,洞内监控量测点布置如图1所示:(3)地表沉降:了解地表下沉的范围以及下沉量的大小,地表下沉量随工作面推进的变化规律,地表下沉稳定的时间。(4)围岩内部位移量测:了解隧道围岩松弛区位移量及围岩应力随

深度的分布,了解围岩内位移范围,判断锚杆长度是否适宜,为准确判断围岩的变形发展提供数据。

3 监控量测方案设计与监控量测方法

3.1 监控量测方案流程(图2)

3.2 监控量测方法

(1)地质方法:每次爆破后由专业地质工程师进洞进行地质素描,内容包括:掌子面正面及侧面岩石走向及稳定状态、岩层产状、岩性

风化程度、节理裂隙发育程度、掉块现象、涌水情况、水质情况、水的影响等,地质变化处和重要地段需要照片记载。初期支护完成后应进行喷射混凝土层表面的观察和记录并进行裂缝描述,同时定期对地表水文环境进行观测和监测记录,及时了解隧道施工对地表水的影响,确定施工控制措施。(2)周边水平收敛量测:周边水平收敛量是隧道围岩应力状态变化的最直观反映。是洞内监测的重要内容之一,隧道断面的收敛量测包括:量测净空水平收敛、拱顶下沉两部分,水平收敛量测断面的间距通常为:IV类及以上围岩不大于40m,III类围岩不大于25m,II类围岩应小于20m,围岩变化处应适当加密,在各类围岩变化的起始地段增设拱顶下沉测点1～2个,水平收敛1～2对,当发生较大涌水时,II、III类围岩量测断面的间距应缩小至5～10m。净空水平收敛测点的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。考虑到本隧道涌水状况按每10m一个量测断面采用DQD1-XJG-21型隧道位移计(收敛计)进行量测,从而获得该量测断面上两点在连线方向上的相对位移(即收敛值),通过对周边位移的量测可以掌握围岩的变形趋势和规律,为支护系统、施工方法的选择提供详细资料。拱顶下沉量测是隧道周边水平收敛量测的有力补充。TANAFINIT水工隧道采用精密水准仪进行数据采集,在水平收敛测点的同一断面拱顶轴线处埋设一个监控量测点,通过对拱顶下沉绝对值的量测,了解断面变形并判断其稳定情况。测量时尽量保证前后视距相等,以减少误差。(3)地表下沉量测:此项量测仅在隧道浅埋地段进行,其测点的布置与拱顶下沉及周边收敛测量的测点在同一断面内,地表

下沉量测在开挖面前方(h+8)m处开始(h为隧道埋深),直到开挖面后方40～65m下沉基本停止时为止。其量测频率原则上采用1次/d～2次/d的频率。

4 监控量测项目的管理基准:

据施工围岩类别和现场围岩监控量测条件、支护类型和施工方法,监控量测项目分为必测项目(A类量测)和选择项目(B类量测)两大类,采用《水工隧道喷锚构筑法技术规则》的三级监测管理并配合位移速率作为监测管理基准。即将允许值的2/3作为警告值,允许值的1/3作为基准值,将警告值和允许值之间称为警告范围,实测值落在此范围应提出警告,说明应商讨并采取加固方案避免发生较大程度安全事故,预防最终位移值超限。警告值和基准值之间称为注意范围,在此范围内基本说明围岩变形很小只需在施工中注意掉石、裂缝的观察。实测值落在基准值以下,说明围岩是稳定的。现场监测时,可根据监测结果所处的管理阶段来选择监测频率:一般Ⅲ级管理阶段监测频率可放宽些,Ⅱ级管理阶段则注意加密监测次数,I级管理阶段则应加强监测,通常监测频率为1次/d或2次/d。

5 量测数据的处理及应用