隧道工程施工變形監(jiān)測(cè)及控制對(duì)策
2015-06-15
隧道施工技術(shù)是隨著我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展而逐漸確立并完善的，特別是在現(xiàn)今隧道施工多樣化發(fā)展的情況下，加快技術(shù)引進(jìn)與技術(shù)更新才能滿足施工的要求和社會(huì)的快速發(fā)展。隨著地鐵、山區(qū)公路、地下交通等工程的開展，出現(xiàn)了數(shù)量眾多的特長(zhǎng)隧道施工和復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中的隧道施工，在施工中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與控制是隧道工程施工中的重點(diǎn)內(nèi)容，通過對(duì)圍巖變化進(jìn)行及時(shí)的預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)，為工程的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。
一、隧道施工變形監(jiān)測(cè)概述
隧道施工具有很多不同于地面施工的特點(diǎn)，由于施工多是在巖石條件下進(jìn)行，因此具體的施工操作往往受到巖層結(jié)構(gòu)以及巖土情況的影響。此外在進(jìn)行施工時(shí)，機(jī)械振動(dòng)或者開挖爆破也會(huì)造成巖石的變化，從而對(duì)施工帶來(lái)影響。為了使工程安全順利的完成，必須對(duì)隧道的變化信息進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控與上報(bào)，以便做出針對(duì)性的方案，保證工程質(zhì)量。
二、隧道工程施工變形監(jiān)測(cè)技術(shù)
根據(jù)隧道特征和巖石的性質(zhì)應(yīng)該選用不用的技術(shù)或方法對(duì)施工中的變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)以及理論成果和技術(shù)成果為隧道變形監(jiān)測(cè)提供了新的技術(shù)、設(shè)備和理念，目前在工程中主要應(yīng)用的監(jiān)測(cè)技術(shù)有以下幾種。
?。ㄒ唬┧淼朗諗勘O(jiān)測(cè)技術(shù)
隧道收斂監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是適合于大斷面隧道施工的監(jiān)測(cè)，缺點(diǎn)也較為明顯，就是進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)需要大型設(shè)備的支持，并且技術(shù)較為復(fù)雜。根據(jù)測(cè)量使用的原理可以將收斂監(jiān)測(cè)技術(shù)分為相對(duì)位移觀察監(jiān)測(cè)法和絕對(duì)三維位移觀察監(jiān)測(cè)法。
相對(duì)位移監(jiān)測(cè)法的具體操作流程如下：首先將監(jiān)測(cè)錨桿安裝到監(jiān)控?cái)嗝嫔希⑶冶ＷC錨桿的端部較為平整并且能夠產(chǎn)生反光效應(yīng)；以此基點(diǎn)為準(zhǔn)，選取30m遠(yuǎn)的位置安裝全站儀；運(yùn)用坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)測(cè)出基點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過將數(shù)據(jù)與全站儀內(nèi)存中的坐標(biāo)系相結(jié)合可以精確地計(jì)算出相對(duì)位置。
絕對(duì)三維位移監(jiān)測(cè)法內(nèi)容為：將測(cè)量?jī)x器安裝到坐標(biāo)系明確的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這樣能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化情況進(jìn)行準(zhǔn)確全面的測(cè)量。這種測(cè)量方式具有設(shè)備簡(jiǎn)便，易于操作的優(yōu)點(diǎn)。
?。ǘ┧淼牢灰谱冃伪O(jiān)測(cè)
受到巖石性質(zhì)以及施工的影響，在隧道施工過程中可能會(huì)出現(xiàn)地表下沉位移或者隧道周邊位移現(xiàn)象，對(duì)兩種位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法如下。
對(duì)地表下沉位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)的具體實(shí)施內(nèi)容：首先要設(shè)置監(jiān)控位置，一般將監(jiān)測(cè)點(diǎn)選取在隧道洞口，安裝儀器用于測(cè)量地表下陷的程度；設(shè)置三個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，對(duì)這三個(gè)基點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析計(jì)算出下陷量。
在監(jiān)測(cè)隧道周邊位移時(shí)，通常在隧道的兩壁上設(shè)置測(cè)量點(diǎn)位和水準(zhǔn)點(diǎn)，以便監(jiān)測(cè)隧道周邊整體斷面的變形情況。
（三）拱頂下沉監(jiān)測(cè)
可以分別使用三角高程測(cè)量技術(shù)和水準(zhǔn)精密度測(cè)量技術(shù)。三角高程測(cè)量技術(shù)需要在隧道的縱斷面上安裝錨桿，通過錨桿頂端產(chǎn)生的反射效應(yīng)，綜合利用水準(zhǔn)尺、反光片以及棱鏡的反射對(duì)軸心距離進(jìn)行測(cè)量。這種測(cè)量方式的測(cè)量原理與相對(duì)位移監(jiān)測(cè)法相同，只是在操作過程中較為繁瑣。在進(jìn)行隧道施工時(shí)，水準(zhǔn)作業(yè)通常會(huì)受到拱頂?shù)挠绊?，運(yùn)用水準(zhǔn)精密度測(cè)量方法可以得到基準(zhǔn)點(diǎn)與點(diǎn)位的高程，進(jìn)而為水準(zhǔn)作業(yè)奠定基礎(chǔ)。在運(yùn)用水準(zhǔn)精密度測(cè)量時(shí)要注意將所有基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在隧道的基巖上，在拱頂位置也要安裝監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，并且采用倒掛的方式將鋼尺固定在點(diǎn)位上，在進(jìn)行實(shí)際的測(cè)量時(shí)，使用水準(zhǔn)儀讀取基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以及鋼尺的度數(shù)，經(jīng)過計(jì)算得出高程。
?。ㄋ模┱饎?dòng)爆破監(jiān)測(cè)
隧道開挖過程中，對(duì)開挖面進(jìn)行爆破必然會(huì)影響到巖層的穩(wěn)定性，甚至?xí)斐商鹿实陌l(fā)生，進(jìn)而對(duì)施工進(jìn)度和施工人員的安全產(chǎn)生不利影響。為了消除或者減低爆破造成的影響，需要對(duì)隧道進(jìn)行支護(hù)處理。對(duì)震動(dòng)爆破進(jìn)行監(jiān)測(cè)可將監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇在支護(hù)設(shè)施周圍，通過對(duì)震動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)量和分析，判斷出爆破所造成的影響，并對(duì)后期的變形情況做出預(yù)測(cè)，從而選擇有效的支護(hù)形式和施工措施。
三、隧道施工變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理
對(duì)隧道的變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)是初步階段，還需要運(yùn)用一定的方式對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而為接下來(lái)的施工設(shè)計(jì)提供依據(jù)。還可以通過對(duì)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)分析案例進(jìn)行總結(jié)，從而在整體上提升隧道施工技術(shù)水平。
目前對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的主要程序?yàn)椋菏紫冗M(jìn)行回歸分析，將變形監(jiān)測(cè)的相關(guān)理論引入到數(shù)據(jù)的分析上并作為指導(dǎo)，對(duì)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)得出的變量值進(jìn)行計(jì)算，從而確定最終的位移距離，在對(duì)位移距離掌握的情況下可以很好地推理出變形程度；然后是將數(shù)據(jù)運(yùn)用表格的形式進(jìn)行匯總備案，以便總結(jié)和以后的參考；通過對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息分析結(jié)果進(jìn)行判斷，由專業(yè)的技術(shù)人員做出評(píng)價(jià)和說(shuō)明，并最終形成監(jiān)測(cè)報(bào)告。
四、隧道施工變形的控制措施
?。ㄒ唬┬?dǎo)管超前注漿
采用小導(dǎo)管超前注漿措施可以對(duì)圍巖進(jìn)行進(jìn)一步的加固，促成小導(dǎo)管—圍巖結(jié)構(gòu)體系的形成，這種管棚設(shè)施能夠在很大程度上應(yīng)對(duì)相當(dāng)大的圍巖壓力，從而降低了圍巖的變動(dòng)性能。在進(jìn)行注漿時(shí)，一是要把握好注漿質(zhì)量，在特定情況下可以運(yùn)用深孔注漿方式。二是要注意注漿流程的合理，對(duì)注漿量、材料組分等都要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。
（二）采用合理的襯砌支護(hù)形式
在進(jìn)行隧道施工時(shí)通常會(huì)遇到性質(zhì)不穩(wěn)定的巖層或者上覆土薄弱狀況，這些現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)加大施工中的變形率，因此在進(jìn)行預(yù)支護(hù)措施和加固底層的基礎(chǔ)上，還可以在開挖后對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化，使其能夠承受較大的圍巖應(yīng)力，這些措施的使用對(duì)于施工過程中隧道和地表的穩(wěn)定性具有重要的影響。在對(duì)支護(hù)設(shè)施進(jìn)行設(shè)置時(shí)通常有三種形式：第一是初期支護(hù)具有實(shí)際功能，提供全部的抗力，二次襯砌僅僅是為了加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的美觀效果；第二是初期支護(hù)和二次襯砌都具有承擔(dān)負(fù)載的作用；第三是將二次襯砌作為主要的承力設(shè)施，初期支護(hù)僅發(fā)揮時(shí)作用。在實(shí)際的施工中，要對(duì)施工方法、圍巖特征、支護(hù)措施進(jìn)行綜合的考慮，從而選取適合施工進(jìn)行的襯砌—支護(hù)形式。
（三）做好監(jiān)測(cè)工作
在前期的監(jiān)測(cè)中，要對(duì)結(jié)果進(jìn)行全面的分析，并根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)施工設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)和完善。在施工階段，及時(shí)有效的測(cè)量是對(duì)地表穩(wěn)定性進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)的主要依據(jù)，目前我國(guó)的工程施工規(guī)范已經(jīng)將工程監(jiān)控量測(cè)納入到了工程預(yù)算中。施工全過程的監(jiān)測(cè)要求運(yùn)用各種資源包括人力、設(shè)備、技術(shù)等對(duì)圍巖性質(zhì)和地表變化進(jìn)行測(cè)量，觀察支護(hù)的結(jié)構(gòu)力學(xué)變化，并通過科學(xué)的計(jì)算和分析方式將結(jié)果反饋到施工管理中，以便對(duì)施工程序和方法進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。
（四）富水地層的防水
在隧道施工中會(huì)遇到富含水分的施工地層，對(duì)開挖、支護(hù)等都造成了不利影響。應(yīng)根據(jù)是具體的施工情況采取相應(yīng)的措施。首先要對(duì)初期支護(hù)時(shí)可以運(yùn)用防水混凝土進(jìn)行防水處理，同時(shí)為了加強(qiáng)防水性能，還要積極研制新型的防水混凝土，并對(duì)噴射技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。還可采用鋪設(shè)引水盲管的方式將滲漏水引流到出去。
結(jié)論：
工程施工是影響到我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的重要內(nèi)容，必須加強(qiáng)工程的安全管理和質(zhì)量控制。隧道施工是目前建設(shè)工程的難點(diǎn)，也是國(guó)際上研究的熱點(diǎn)話題，其中隧道變形又是引起隧道施工出現(xiàn)障礙的主要問題。為了保證施工的安全進(jìn)行，提升施工質(zhì)量，需要運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)和方式對(duì)隧道變性進(jìn)行客觀準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)和控制，進(jìn)而為優(yōu)化隧道施工設(shè)計(jì)方案，保質(zhì)保量完成工程項(xiàng)目奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
