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量测数据分析与应用
日期:2015-3-23 13:51:40 作者:佚名 来源:本站原创
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量测数据反馈于设计、施工是监控设计的重要一环,但目前尚未形成完整的设计体系。当前采用的量测数据反馈设计的方法主要是定性的,即依据经验和理论上的推理来建立一些准则。根据量测的数据和这些准则即可修正设计支护参数和调整施工措施。量测数据反馈设计、施工的理论法,目前正在蓬勃兴起,那就是将监控量测与理论计算相结合的反分析计算法。这里,简要介绍根据对量测数据的分析来修正设计参数和调整施工措施的一些准则。

1.地质预报

地质预报就是根据地质素描来预测预报开挖面前方围岩的地质状况,以便考虑选择适当的施工方案调整各项施工措施,包括:

(1)在洞内直观评价当前已暴露围岩的稳定状态,检验和修正初步的围岩分类。

(2)根据修正的围岩分类,检验初步设计的支护参数是否合理,如不恰当,则应予修正。

(3)直观检验初期支护的实际工作状态。

(4)根据当前围岩的地质特征,推断前方一定范围内围岩的地质特征,进行地质预报;防范不良地质突然出现。

(5)根据地质预报,并结合对已作初期支护实际工作状态的评价,预先确定下循环的支护参数和施工措施。

(6)配合量测工作进行测试位置选取和量测成果的分析。

2.净空位移分析与应用

如前所述,净空位移是围岩动态的最显著表现,所以隧道工程现场量测主要以净空位移作为围岩稳定性评价及围岩稳定状态判断的指标。

一般而言,坑道开挖后,若围岩位移量小,持续时间短,其稳定性就好;若位移量大,持续时间长,其稳定性就差。

以围岩位移作为指标来判断其稳定状态,则有赖于对实际工程经验的总结和对位移量测数据的分析。

(1)判断标准用围岩的位移来判断其稳定状态,关键是要确定一个“判断标准”(或称为 “收敛标准”),即是判断围岩稳定与否的界限,它包括三个方面:位移量(绝对或相对)、位移速率和位移加速度。

(2)根据以上判断标准,如果围岩位移速度不超过允许值,且不出现蠕变趋势,则可以认为围岩是稳定的,初期支护是成功的。若表现出稳定性较好,则可以考虑适当加大循环进尺。

如果位移与上述情况相反,则应采取处理措施,如在支护参数方面,可以增强锚杆,加钢筋网喷混凝土、加钢支撑、增设临时仰拱等;施工措施方面,可以缩短从开挖到支护的时间,提前打锚杆,提前设仰拱,缩短开挖台阶长度和台阶数,增设超前支护等。

(3)二次衬砌(内层衬砌)的施作时间。按新奥法施工原则,当围岩或围岩加初期支护后基本达成稳定后,就可以施作二次衬砌。

应当特别指出的是,在流变性和膨胀性强烈的地层中,单靠初期支护不能使围岩位移收敛时,就宜于在位移收敛以前,施作模筑混凝土二次衬砌,做到有效地约束围岩位移。

3.围岩内位移及松动区分析与应用

与净空位移同理,如果实测围岩的松动区超过了允许的最大松动区(该允许松动区半径与允许位移量相对应),则表明围岩已出现松动破坏,此时必须加强支护或调整施工措施以控制松动范围。如加强锚杆(加长、加密或加粗)等,一般要求锚杆长度大于松动区范围。如果与以上情形相反,甚至锚杆后段的拉应力很小或出现压应力时,则可适当缩短锚杆长度或缩小锚杆直径或减小锚杆数量等。

4.锚杆轴力分析与应用

锚杆轴力是检验锚杆效果与锚杆强度的依据,根据锚杆极限强度与锚杆应力的比值K(安全系数)即能作出判断。锚杆轴应力越大,则i(值越小。一般认为锚杆局部段的K值稍小于1 是允许的,因为钢材有一定的延性。根据实际调查发现锚杆轴应力在洞室断面各部位是不同的,表现为:

(1)同一断面内,锚杆轴应力最大者多数在拱部45。附近到起拱线之间。

(2)拱顶锚杆,不管净空位移值大小如何,出现压应力的情况是不少的。

锚杆的局部段K值稍小于1的允许程度应该是不超过锚杆的屈服强度,若锚杆轴应力超过屈服强度时,则应优先考虑改变锚杆材料,采用高强钢材。当然,增加锚杆数量或锚杆直径也可获得降低锚杆轴应力的效果。

5.围岩压力分析与反馈

由围岩压力分布曲线可知围岩压力的大小及分布状况,围岩压力的大小与围岩位移量及支护刚度密切相关,围岩压力大,即作用于初期支护的压力大。这可能有两种情况:一是围岩压力大但变形量不大,这表明支护时机,尤其是支护的封底时间可能过早或支护刚度太大,可作适当调整,让围岩释放较多的应力;另一种情况是围岩压力大且变形量也很大,此时应加强支护,限制围岩变形,控制围岩压力的增长。当测得的围岩压力很小但变形量很大时,则应考虑可能会出现围岩失稳。

6.喷层应力分析与反馈

喷层应力是指切向应力,因为喷层的径向应力总是不大的。喷层应力与围岩压力及位移有密切关系。喷层应力大的原因有两个,一是围岩压力和位移大;二是由于支护不足。在实际工程中,一般允许喷层有少量局部裂纹,但不能有明显的裂损或剥落、起鼓等。如果喷层应力过大或出现明显裂损,则应适当增加初始喷层厚度。如果喷层厚度已较厚时,则不应再增加喷层厚度,而应增强锚杆、调整施工措施、改变封底时间等。

7.地表下沉分析与反馈

对于浅埋隧道,可能由于隧道的开挖而引起上覆岩体的下沉,致使地面建筑的破坏和地面环境的改变。因此,地表下沉的量测监控对于地面有建筑物的浅埋隧道和城市地下通道尤为重要。

如果量测结果表明地表下沉量不大,能满足限制性要求,则说明支护参数和施工措施是适当的;如果地表下沉量大或出现增加的趋势,则应加强支护和调整施工措施,如适当加喷混凝土、增设锚杆、加钢筋网、加钢支撑超前支护等,或缩短开挖循环进尺、提前封闭仰拱、甚至预注浆加固围岩等。

另外,还应注意对浅埋隧道的横向地表位移观测,横向地表位移带发生在浅埋偏压隧道工程中,其处理较为复杂,应加强治理偏压的对策研究。

8.声波速度分析与反馈

围岩的声波速度综合地反映了岩体的物理力学特征和动态变化。根据Vp-L曲线可以确定围岩松动区的范围,工程中应注意将此结果与围岩内位移量测资料相对照,综合分析和判断围岩的松弛情况,以便给修正支护参数和调整施工措施提供依据和指导。

文章来源:中交路桥工程检测


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