李熙乾 韓鵬程 譚聰睿 楊貴崇

監(jiān)控量測在TBM施工洞段中的應(yīng)用

李熙乾 韓鵬程 譚聰睿 楊貴崇

隨著TBM在我國隧洞開挖過程中的廣泛應(yīng)用，為了確保施工安全及對設(shè)計理論上的工程特性指標進行比較，驗證結(jié)構(gòu)支護參數(shù)，判定設(shè)計的合理程度，為修正支護結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工方案反饋信息，使支護措施切實達到經(jīng)濟合理，要進行監(jiān)控量測。通過對HJ隧道工程初期各巖性、各類圍巖的量測資料進行詳細的分析，總結(jié)出適用于本工程的回歸函數(shù)，對其變化規(guī)律進行認真的總結(jié)，以期更好地指導工程的施工。

TBM施工 監(jiān)控量測 施工安全

1 工程概況

1.1 地形地貌

HJ隧道工程沿線所穿越的地形地貌主要為長白山南延龍崗山脈侵蝕斷褶中低山地形，山巒疊嶂，溝壑密布，山頂多為尖頂狀，植被發(fā)育。本工程洞室埋深較大，其中洞室埋深超過600 m的占13%，洞室埋深超過300 m的占55%（主要集中于隧洞的前段及中段），洞室埋深超過100 m的占97.7%，洞室埋深小于50 m的僅占0.3%。

1.2 地層巖性及構(gòu)造

出露的地層包括了元古界、中生界、新生界地層，巖性上包括了火成巖、變質(zhì)巖及沉積巖三大巖體，具體包括：（1）安山巖、含礫巖屑凝灰?guī)r、酸性熔巖、礫巖、火山角礫巖、角礫熔巖、紫紅色凝灰?guī)r（侏羅系果松組（J3g）及林子頭組（J3lz）火山噴出巖及碎屑巖系）；（2）混合巖化淺粒巖、黑云變粒巖、斜長角閃巖（Pt1x）；（3）灰白色石英砂巖（Qb2d）；（4）侵入巖：巨斑狀花崗巖（Pt1S）、花崗斑巖（Jγπ）、花崗巖（J3γ）、晶洞鉀長花崗巖（Kγο）、白崗花崗巖及花崗斑巖（Kγπ）。隧道沿線穿越15條較大規(guī)模斷層。

2 量測工作概述

2.1 量測儀器及精度

圍巖變形量測采用JSS30A型系列數(shù)顯收斂計。其主要性能指標見表1。

2.2 量測斷面布置與安裝

2.2.1 量測斷面布置和測點布置

根據(jù)招投標文件及監(jiān)理實施細則的要求，Ⅳ、Ⅴ類圍巖收斂觀測按不大于3倍的洞寬布置1個觀測斷面，Ⅲ類圍巖按不大于5倍的洞寬布置，采用三點三線法，對Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖拱頂及邊墻進行收斂變形量測。斷面測點布置詳見圖1。

表1 JSS30A型系列數(shù)顯收斂計主要特性參數(shù)

圖1 測點布置圖

2.2.2 測點制做、安裝

測點拉環(huán)，采用Φ6 mm光圓鋼筋，測點錨桿采用Φ18 mm螺紋鋼筋長度225 mm。加工、安裝見圖2，測點拉環(huán)采用Φ6 mm的光圓鋼筋。

2.3 量測頻率

拱頂下沉量與凈空水平收斂量量測采用相同頻率，施工量測頻率見表2。

圖2 收斂測點加工安裝圖（單位：mm）

表2 施工量測頻率

3 數(shù)據(jù)處理及圍巖位移變化規(guī)律

根據(jù)收集TBM已掘進洞段某樁號處圍巖實測原始收斂數(shù)據(jù)（見表3），分析整理計算出收斂變形速率，利用EXCEL形成收斂變形觀測位移時態(tài)散點曲線（見圖3）

一般選用指數(shù)函數(shù)對實測關(guān)系曲線進行回歸計算，如若不能做出判斷可分別進行回歸計算，取曲線擬合最優(yōu)者。

指數(shù)函數(shù)u=ae-b/t

式中a、b——回歸常數(shù)；

t——初讀數(shù)后的時間，d；

u——位移值，mm。

將此負指數(shù)方程兩邊取對數(shù)，即：lnu=lnA+ (-B/t)，則變成了lnu和1/t的線性函數(shù)，可利用EXCEL工具欄中添加趨勢線，求出方程和相關(guān)系數(shù)，求出A、B值，進而推出圍巖收斂變形回歸方程。

現(xiàn)采用指數(shù)函數(shù)對實測關(guān)系曲線進行回歸計算，得回歸方程如下。

測線AB：

u=4.265 6e-1.0704/t；相關(guān)系數(shù)R2=0.979 6。測線AC：

u=4.002 6e-1.2580/t；相關(guān)系數(shù)R2=0.985 9。測線BC：

u=4.367 9e-1.0225/t；相關(guān)系數(shù)R2=0.979 5。Δh：

u=3.511 0e-1.2420/t；相關(guān)系數(shù)R2=0.985 3。

表3 收斂變形及變形速率

圖3 收斂變形觀測位移時態(tài)散點曲線

由回歸方程推求最終位移量。

由測線AB回歸曲線：

u=4.265 6e-1.0704/t；取t=∞，得最終位移值u= 4.27 mm。

由測線AC回歸曲線：

u=4.002 6e-1.2580/t；取t=∞，得最終位移值u= 4.00 mm。

由測線BC回歸曲線：

u=4.367 9e-1.0225/t；取t=∞，得最終位移值u= 4.38 mm。

由Δh回歸曲線：

u=3.511 0e-1.2420/t；取t=∞，得最終位移值u= 3.51 mm。

現(xiàn)將圍巖觀測位移值和回歸分析后最終位移值對比，觀測斷面處的位移值相對值均達到總相對位移量的90%以上。數(shù)據(jù)對比詳見表4。

表4 圍巖觀測值與回歸分析最終位置值對比表mm

4 圍巖穩(wěn)定和支護結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)分析

利用回歸方程，進行圍巖穩(wěn)定和支護結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)分析。利用回歸方程的二階導數(shù)狀態(tài)（即通常所說的變形加速度），來進行判斷。

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