高速铁路隧道监控量测新方法(共11页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上高速铁路隧道监控量测新方法高速铁路隧道监控量测新方法 摘要:本文通过合肥至福州铁路客运专线(闽赣段)土建工程HFMG-1标段第四项目部施工隧道工程监控量测的实例,详细介绍了全站仪自由设站方式进行三维非接触量测的方法原理、技术要求、数据的采集及计算原理和处理分析,以此掌握围岩动态和支护工作状态,综合分析监控量测,从而及时调整隧道的支护方案,保证围岩稳定和施工安全,并指出了该方法的优越性和应用前景。 关键词: 非接触量测;监控量测;全站仪;新方法中图分类号:U238 文献标识码:A 1概述 合肥至福州铁路客运专线(闽赣段)土建工程HFMG-1标段第四项目部施工范围: DK
2、376+759DIK386+366(含断链61.949米),线路长9.669正线公里。主要包括七座隧道,合计3043延米。其中级围岩2028延米(含明洞),级围岩695延米,级围岩320延米。线路所经地区地层岩性复杂,出露下元古界第三系沉积岩及变质岩、各时期的岩浆岩和第四系松散地层。多为偏压浅埋隧道,设计采用了复合式衬砌形式。根据规范要求,设计的初期支护形式是否可以满足围岩的变形压力,模筑砼最佳浇注时间都是要通过监控量测来确定。隧道开挖后,对已开挖裸露的围岩及时进行初期支护,对初期支护的受力进行监控量测。通过观测拱顶沉降与周边位移变化情况,掌握围岩和支护的变化信息并对量测数据运用概率论与数理统
3、计学原理,通过数学公式计算进行分析评估,并预测出围岩以后的发展趋势,以达到以下目的: (1)了解隧道围岩、支护变形情况,以便及时调整支护形式,保证开挖坑道的稳定。 (2)依据量测数据的分析资料采取相应的支护措施和应急措施,保证施工安全 。 (3)为二次衬砌施工提供依据 。 然而,传统的隧道监控量测方法,周边位移一般采用钢尺式收敛计进行观测,拱顶下沉一般采用水准仪、水平仪、钢尺或测杆进行观测。虽然该方法具有成本低、操作简单和适 应恶劣施工环境的优点,但在隧道现场实施过程中存在以下问题: (1)监控量测工作难度大,由于双线设计,隧道半径大,拱脚部位的收敛往往无法量测,拱顶挂尺也非常困难; (2)量
4、测时间长,施工干扰大,虽然监控量测已作为一道工序被安排在施工组织设计中,但还是希望时间越短越好; (3)隧道进入中间段后,通风问题、照明问题、洞内不平整及积水问题往往成为制约监控量测工作的重要因素。 (4)对于大断面隧道,如紧急停车带,接触量测几乎不可能,即使勉强能够实施,量测精度也差,而这些段落往往是施工最危险段落。 (5)一般无法进行三维观测,当要了解隧道周边点的三维变化时,上述传统方法显得无能为力。 为了解决常规监控量测中存在的问题,我们首次在高速铁路隧道的监控量测中,研究采用了非接触量测方法。提出了隧道变形监测新技术采用全站仪进行非接触三维观测(无尺量测,即用反射膜片)的研究。 2 监
5、控量测的目的 控量测分为必测项目和选测项目两类。必测项目是隧道工程应进行的日常监控量测项目。选测项目应根据隧道建设规模、围岩的性质、隧道埋置深度、开挖方式等特殊要求进行的监控量测项目。 表1 监控量测必测项目 序号 监测项目 测试方法和仪表 测试精度 备注 1 二次衬砌前 净空变化 收敛计、全站仪 0.1mm 全站仪采用 非接触观测法 2 二次衬砌后 净空变化 收敛计、全站仪 0.01mm 3 地表沉降 水准仪、铟钢尺或全站仪 1mm 浅埋隧道必测 (Ho2B) 4 拱顶下沉 水准仪、钢挂尺或全站仪 1mm 一般进行 水平收敛量测 5 沉降缝两侧底板不均匀沉降 三等水准测量 1mm 沉降缝两侧
6、底板(或仰拱填充层面)沉降 6 洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测 三等水准测量 1mm 洞口底板(或仰拱填充层面)与洞口过渡段的沉降 表2监控量测选测项目 序号 监测项目 测试方法和仪表 测试精度 备注 1 围岩压力 压力盒 0.001Mpa 2 钢架内力 钢筋计、应变计 0.1Mpa 3 喷混凝土内力 混凝土应变计 10 4 二次衬砌内力 混凝土应变计、 钢筋计 0.1Mpa 5 初期支护与二次衬砌 接触压力 压力盒 0.001Mpa 6 锚杆轴力 钢筋计 0.1Mpa 7 围岩内部位移 多点位移计 0.1mm 9 爆破振动 振动传感器、记录仪 临近建筑物 10 孔隙水压力 水压计 11 纵
7、向位移 多点位移计、全站仪 0.1Mpa 非接触量测方法采用全站仪自由设站原理远距离测量点位不同时段的三维坐标,经过处理输出测点的三维位移矢量或测点相对收敛值,可以代替传统的接触量测对拱顶下沉、周边收敛的量测。此方法可以方便、 准确、快速地为隧道施工提供参考数据。 3、监控量测的技术要求 3.1测点布设 拱顶下沉测点及净空水平收敛测点应布设在同一断面,测点应尽量对称布设,即“同面等高”,以便数据的相互验证。拱顶下沉及周边收敛量测的测点布设情况一般分为3种,如图1所示。 图1拱顶下沉及周边收敛量测的测点布设示意图 隧道监控量测的断面间距及净空变化量测的测线数,可参照表3、表4的要求来布置。 表3
8、隧道监控量测的断面间距 围岩级别 断面间距(m) V 510 10 30 3050 注:级围岩视具体情况确定间距。 表4 净空变化量测的测线数 地段 开挖方法 一般地段 特殊地段 全断面法 一条水平测线 台阶法 每台阶一条水平测线 每台阶一条水平测线,两条斜测线 分部开挖法 每分部一条水平测线 CD或CRD法上部、双侧壁导坑法左右侧部,每分部一条水平测线,两条斜测线、其余分部一条水平测线 3.2测点埋设 埋设测点时,应注意以下几点要求: 1.在布设测点处,用冲击钻钻出孔径为10 mm,深为150 mm的钻孔; 2.在钻孔中填满水泥砂浆后插入量测预埋件(见图2),尽量使左右两侧相对的预埋件处在“
9、同面等高”的位置; 3.反射膜片应贴于经过清理和防锈处理后的钢板表面,以保证其与钢板紧密粘合,不易滑动、脱落; 4.将贴有反射膜片一面的钢板,朝向隧道出口,并尽量使其面向隧道中线,以保证监控量测时,全站仪能够接收到最强的反射信号; 5.待砂浆凝固后,即可量测,量测测点应牢固可靠、易于识别并妥善保护。 图2量测预埋件示意图 3.3全站仪自由设站方式工作原理 全站仪三维非接触围岩净空位移量测新技术,其基本原理是利用全站仪自由设站远距离测量点位不同时段的三维坐标,将测量数据输入算机通过软件进行后处理,最后输出测点的三维位移矢量或测点相对收敛值,准确、快速地为施工提供参考数据。即在监控量测中,将全站仪
10、置于隧道中线附近的适当位置,采用极坐标测量的方法,直接对不同断面上的各监测点进行观测,获取各监测点在任意站心坐标系下的空间三维坐标,利用各监测点的空间三维坐标,间接得到同一断面上各监测点间的相对位置关系,并通过比较不同周期相同监测点间的相对位置关系的差异,来真实反映隧道的拱顶下沉及净空收敛变化量,如图3所示。 图3全站仪自由测站非接触量测示意图 3.4监控量测频率 根据传统的净空收敛、拱顶下沉的测定频率随着变位收敛的天数、变位量、开挖方法、日变位量、离掌子面距离的不同而变化, 大体上可根据位移速度及离开挖面的距离而定,见表 5。当采用台阶法进行隧道施工,下台阶到达时上面台阶测定频率要加大。本次
11、试验三维位移量测频率采用与净空收敛、拱顶下沉的测定频率基本一致。 表5拱顶下沉及净空收敛量测频率 注:D 为隧道直径 3.5判定安全基准 从既有现场实测的位移一时间曲线可知,曲线有明显的负速率段、加速段、减速段和匀速段。从数据处理来看,若以位移量测信息作为施工监控的依据,则判断围岩稳 定性的依据应为位移量和位移速率,所以,在工程实践中根据实际情况规定容许位移 量和容许位移速率值是进行施工监控的基础,从而可根据位移一时间曲线来判断围岩 的稳定性。具体地说,基准值的设定方法见表 6。 表6变形管理基准的设定 注:U0实测隧道周边位移值,拱顶为主要依据;Un绝对位移控制基准值。 4 数据计算原理 4
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