公路隧道施工监控测量的设计与实施

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1公路隧道施工监控量测的必要性

隧道工程是一种特殊的工程结构体系.在隧道工程施工中对围岩实行监控量测,其目的在于掌握围岩动态,对围岩稳定性作出评价；为确定支护结构形式、支护参数和支护时间提供依据；了解支护结构的受力大小和应力分布；评价支护结构的合理性及其安全性,为施工提供指导,以确保施工和运营的安全并防止地表下沉.

2公路隧道监测任务

2.1通过对围岩变化情况及支护结构的观察和动态量测,对监测数据进行归纳整理,综合评价隧道在施工过程中的安全性,并提出注意事项和建议,以达到合理安排施工工序、进行日常施工管理、确保施工安全、修改设计参数和积累资料的目的.

2.2通过对围岩和支护的变位、应力量测,对测量数据进行分析处理与必要的计算和判断后,及时进行预测和反馈,掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈给监理单位、承包人、设计单位、建设单位,以便指导施工作业和业主、设计作出决策等.

2.3经监测数据的分析处理与必要的计算和判断后,进行预测和反馈,以保证施工安全和隧道围岩及支护衬砌结构的稳定.

3公路隧道监测项目

3.1隧道净空变化量测可采用收敛仪或全站仪进行.采用收敛仪量测时,测点采用焊接或钻孔预埋.采用全站仪量测时,测点应采用膜片式回复反射器作为测点靶标,靶标黏附在预埋件上.量测方法包括自由设站和固定设站两种.

3.2拱顶下沉量测可采用精密水准仪和铟钢挂尺或全站仪进行.在隧道拱顶轴线附近通过焊接或钻孔预埋测点.测点应与隧道外监控量测基准点进行联测.采用全站仪量测时,测点及量测方法同上.

3.3地表沉降监控量测采用精密水准仪、铟钢尺进行.当用常规水准量测出现困难时,采用全站仪量测.

3.4围岩内变形量测采用多点位移计.多点位移计钻孔埋设,通过专用设备读数.

3.5钢架应力量测可采用振炫式传感器、光纤光栅传感器.振炫式传感器通过频率接收仪获得频率读数,依据频率一量测参数率定曲线换算出相应量测参量值.传感器应成对埋设在钢架内、外侧.

采用振炫式钢筋计或应变计进行型钢应力或应变量测时,应把传感器焊接在钢架翼缘内测点位置.

采用振炫式钢筋计进行格栅钢架应力量测时,应将格栅主筋截断并把钢筋计对焊在截断部位.

采用光纤光栅传感器进行型钢或格栅钢架应力量测时,应把光纤光栅传感器焊接或黏贴在相应测点位置.

3.6混凝土、喷射混凝土应变量测可采用振炫式传感器、光纤光栅传感器,传感器应固定于混凝土结构内的相应测点位置.

3.7接触压力量测包括围岩与初期支护之间接触压力、初期支护与二次衬砌之间接触压力的量测.接触压力量测可采用振炫式传感器.传感器与接触面要求紧密接触,传感器类型的选择应与围岩和支护相适应.

3.8爆破振动速度和加速度可采用振动速度和加速度传感器,以及相应的数据采集设备.

传感器应固定在预埋件上,通过爆破振动记录仪自动记录爆破振动速度和加速度,分析振动波形和振动衰减规律.

3.9空隙水压监控量测可采用空隙水压进行.

水压计监控量测刻槽的测点位置,采取措施确保水压计直接与其接触.通过数据采集获得各测点读数,并会算出相应空隙水压值.

3.10水量监控量测可用三角堰、流量计进行.

4公路隧道监控量测的实施分析

隧道工程监测的实施阶段就是进行仪器安装和测读的阶段,因此需要编制相应的监测工程施工组织设计,需要收集并分析监测工程设计文件、技术规范、仪器布置图等资料,进行现场考察,研究工程特点和施工条件,确定施工方案,编制进度计划.

4.1围岩周边位移量测.周边位移量测为必测项目,周边位移是隧道围岩应力状态变化最直观的反映,量测周边位移可以为判断隧道空间的稳定性提供可靠信息,周边位移量测以收敛观测为主要手段,对围岩位移实施相对位移量测.获得隧道净空收敛变形观测数据,得到表面位移随时间的变化规律,分析围岩的应力状态,确定二次衬砌及仰拱施作时间.

收敛断面测点数量及布置形式有几种不同的形式,对于分离式和小净距隧道采取5测点断面,布置图见图1,应根据隧道形式和设计要求确定.

收敛监测断面埋设时尽可能靠近开挖掌子面,按设计要求放出测点位置,清除测点埋设处周围的松动岩石,先在测点处用人工挖孔或凿岩机开挖孔径为40～80mm,孔深约为25cm.在孔中填满水泥砂浆后插入收敛预埋件,尽量使两预埋件轴线在基线方向上,并使预埋件销孔轴线处于铅垂位置,上好保护帽,待砂浆凝固后即可量测.测桩有涨壳式和预埋式两种,涨壳式用搬手拧紧测桩上的螺母,使外壳张开,将测桩固定在钻孔内；预埋式采用水泥砂浆将测桩埋设在钻孔内.测桩埋设稳固后,在其出露端装上挂钩圆环等连接件,并在测点处安装上保护罩保护测点.

4.2拱顶下沉量测.拱顶下沉量测也属于位移量测,通过测量观测点与基准点的相对高差变化量得出拱顶下沉量和下沉速度,其量测数据是判断支护效果,指导施工工序,保证施工质量和安全的最基本资料；拱顶下沉值主要用于确认围岩的稳定性,事先预报拱顶崩塌.

拱顶下沉量的大小,可通过净空收敛观测值利用计算的方法而得到,根据测线A,B,C的实测值并利用三角形面积换算求得.

4.3围岩内部位移量测.围岩内部位移量测的目的是为了了解围岩内部的松动范围和不同深度的变形情况,确定监测断面围岩位移随深度、时间的变化关系,为优化支护参数提供依据.

围岩表面收敛位移,拱顶下沉,多点位移计应布置在同一断面上.量测断面尽可能靠近掌子面,及时安装,测取读数.分离式或小净距隧道围岩内部位移测孔布置见图2.围岩内部位移测孔沿隧道围岩周边分别在拱顶、拱腰和边墙共设5个测孔.常用深度4～12m,最深点作为不动点,必须在松弛区范围之外,本次量测初步将深度定为5m,根据实际围岩松弛区厚度进行调整.多点位移计采用振旋式多点位移计,采用5点多点位移量测,一个断面共25个测点.位移计结构示意图见图3.

5监测过程的组织管理

5.1高度重视监测工作,组织有丰富监控量测经验的人员成立专门机构并由专人负责,成立专门监控量测小组,有条不紊地按照要求开展工作.施工人员应全力配合监测人员安设各类监测仪器.

5.2建立完整的监控量测工作档案,按要求定期通报监理和业主单位.现场监控量测应按量测计划认真组织实施,并与其它施工环节紧密配合,不得中断.

5.3量测组负责测点埋设、日常量测、数据处理和

仪器保养维修工作,并及时将量测信息反馈于施工和设计.

5.4各预埋测点应牢固可靠,易于识别并妥善保护.

5.5所有用于工程监测的仪器、传感器和设备必须符合规范要求,有质量检验和出厂合格证书,并在运抵工地用于工程前进行检定,按要求严格把关,严禁使用不符合要求的产品.

5.6所有埋设于隧道内的监测仪器均应有严格的统计记录.

6监控量测管理系统

根据以往的经验,由承包商委托的监测往往存在着不少弊端,主要问题是：被承包商控制的监测单位专业资质不够的情况较多,在监测时实施规范不严格,甚至出现弄虚作假现象,难以真正起到对安全的预警作用和对施工的指导反馈作用.现多采取第三方监测管理系统进行监测管理与控制.公路隧道第三方监测是业主根据《中华人民共和国安全生产法》委托独立与隧道设计、施工和监理方,具有相应资质的第三方监测单位,对隧道施工进行监控量测,预防和避免不良地质条件下隧道施工危险发生,保证施工交全和顺利进行的一项监测工作.