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公路隧道建设中安全监测预报的应用
日期:2017-7-29 10:05:02 作者:佚名 来源:本站原创
新闻中心
    摘要:由于隧道围岩的复杂性和不可见性,为尽量避免意外的情况发生,在隧道建设中利用常规的安全监测来指导施工已是必不可少,在施工的同时有必要采用超前地质预报结合常规围岩变形监测等多种探查手段。而地质超前预报作为一种地质因素定性分析方法在地下洞室的建造中也愈来愈受到重视,但是两者在实际应用中往往相互脱节。鉴于此,结合相关的实际工程,阐述了多种安全监测手段在公路隧道建设中的综合应用,分析了隧道的“信息化”设计与施工所具有的重要指导意义。
    关键词:公路隧道建设、隧道安全监测预报、应用
    1、前言
    鉴于隧道地下工程围岩地层的复杂性和不可见性,为了尽量避免意外情况的出现,在有勘探地质资料和理论分析作为参考依据的情况下,有必要采用超前探查地质预报等措施结合常规围岩变形监测等多种手段,对隧道进行时空变形的预测和预报分析,并对隧道的衬砌状态进行评价,为施工设计提供指导性依据,以达到安全施工和优化设计目的。
    2、安全监测预报技术在基坑支护施工中的应用
    它主要依靠的是先进的现代化科学设备、装置和一定的找术手段针对周围的环境的沉降,位移、倾斜、开裂、基底隆起、应力、土层孔隙水的压力变化、地下水位动态变动和支护的结构进行系统化、科学化、合理化的检测。在前期工作中监测岩土变位的各种具体的行为表现,然后根据得到的数据和资料进行岩土信息的有效浦捉,并且根据得到的相关内容比较勘察设计预期性状同监测结果之间所存在的具体差别,针对原来已存在的设计内容和结果进行客观的评价,及时地对方案的合理性作出必要的判断。还要对开挖工作的方案和内容提出一些合理化的建议,对于工程中可能出现的问题和相关的不足之处要及时地进行修正,对于危险的行为内容要及时地进行预报和制止。
    3、沉降安全监测
    沉降监测的点位布置及监测方法,监测点的布设应全面反映变形特征,精密水准测量是工程建筑物沉降监测所采用的主要方法。所要建立高精度的水准测量控制网。在建筑物的外围稳定处布设至少三个基准点,在便于对监测点进行观测的位置设置若干个工作基点。基准点和工作基点联成一个闭合环,构成基准网。采用精密水准测量技术,测量基准网中相邻点间高差。对基准网测量结束后,进行平差得到基准点和工作基点的高程。以工作基点为依据,采用精密水准测量技术测量沉降监测点的高程,进而计算沉降监测点的本次沉降量和累计沉降量。
    监测点的设置要能够反映建筑物基础的沉降和倾斜,点的布置要便于保存且不受损坏。应该布置3个以上基准点,若干个工作基点和沉降监测点的三级布点。消除系统误差的措施有:
    3.1监测路线、测站点和立尺点尽量固定,使往返测在同一路线上进行。
    3.2尽量缩短水准环线和路线的长度,以缩短监测时间。
    3.3不同周期监测应固定所用仪器和标尺,并尽可能由同一监测员进行相应测段的监测。
    3.4在沉降较大的地区,应在短时间内完成一个闭合环的监测,以确保监测数据的可靠。
    4、常规围岩变形监控量测
    由于复杂多变的地质情况,造成各种围岩强度、受力特性及层间的相互作用力都发生变化,相应的围岩与隧道各点的变形、位移及安全稳定性也必然受到影响,相应的监测仪器设置在不同的围岩、不同的围岩级别及断面变化的地方,使隧道围岩的变化情况都得到全方位监控。
    4.1在确保隧道安全方面的应用
    隧道的常规监控量测在确定隧道的安全度方面起着不可低估的作用,施工方应及时对初次衬砌支护强度不够的部位进行加固,适时地改善施工方法,调整施工进度,调整和修正支护结构参数,避免隧道建成后的大面积返修。
    4.2在确定二次支护时间方面的应用
    监控量测不但用来监测初期支护和二次衬砌的安全性,还用于决定二次衬砌施工的最佳时期。
    4.3在确定合理支护参数方面的应用
     监控量测另一项重要的作用是在选择适合各种地质条件下的支护参数。由于围岩的复杂多变,前方待开挖地段的支护参数必须随之而进行调整,监控量测则作为变更的反分析资料。
    4.4利用量测数据进行隧道的反分析
    用反分析技术所得到的这种参数,与隧道施工前的一般地质调查和有限的室内岩土力学试验所提供的结果相比较,更能全面、真实、概括地反映围岩性态,据以进行力学计算则容易得出较为接近实际的结果。
     5、公里隧道工程监测的必要性
     在公路隧道施工的过程中采用科学仪器和手段,对支护结构、周边环境的位移、地下水位的动态变化及土层孔隙水压力的变化等进行的综合观测。通过监测工作可及时发现不稳定因素、验证设计、指导施工、保障业主和相关社会的利益及分析区域性施工特征等。在施工过程中,隧道内外的土体将由原来的静止土压力状态向被动和主动土压力状态转变。这一改变必然导致应力状态的改变,而应力状态的改变自然会引起土体的变形,即使是当时采取了有效的支护方式,一定量的变形还是不可避免的。如果变形的位移量超过了设计容许的范围,就会对挡土支护结构本身造成危害,进而危及到隧道周围的建筑及地下管线,当然其所造成的损害程度也随情况而不同。所以实施监测也得到了业内人士的广泛认同,因为只有在隧道建设的施工过程中实施监测才能对工程情况有全面的了解,确保工程安全的顺利的进行。
        现场监测要将巡视检查与仪器监测结合起来。现场监测的对象应包括支护结构、地下水状况、基坑底部及周边土体、周边建筑、周边管线及设施、周边重要的道路等和其他应监测的对象。每个基坑工程都必须监测,但是一个既关系基坑工程安全又关系到工程的经济成本的问题就是怎么确定监测项目的个数。而在这些项目中,隧道周围土体位移变化、隧道周边相邻建筑物的变形及隧道基坑支护结构变形等是必须监测的项目。
    6、其他方法应用
    6.1地质钻孔
    从钻进速度以及对钻出来的岩石颗粒或取出的岩心来对前方围岩进行分析预测。从钻进速度的快慢可以分析得到前方围岩的均质情况及软硬情况;从钻出来的岩石颗粒或取出的岩心进行分析研究,可得出前方围岩的岩性。对从孔中流出水量的大小可得出前方围岩的水文情况。该方法对穿过地质不良地段或岩性变化频繁的地段极为有效。
    6.2水平声波剖面法(HSP)
    水平声波剖面法(HSP)是通过分析反射回来的声波特性反映地层状况,具有探测时间短、对施工的干扰小和探测距离基本在50m以内等优点。我国铁道部十二局将其应用于四川达县铁山隧道;台湾省应用于某条隧道的超前地质预报,发现在HSP方法数据处理过程中,如何判断软弱岩石有待进一步的研究,另外还难以对含水层进行预测。
    6.3地电阻影像探测
    地电阻影像探测以岩层中介质的电阻率以及导电性进行判断介质的分布。我国台湾省将该项技术应用于坪林隧道,对隧道前方地下水的分布进行了有效探测。然而该技术主要依赖于介质的导电特性,遇到地层内水的含量低、岩层颗粒导电差时难以应用。
    7、结语
    总之,任何单一分析方法和手段均有其本身的局限性。变形监测技术以及隧道前方的超前预报都无法保证其绝对的成功率。地下工程安全监测中,应将地质超前预报纳入整个安全预报范畴,并逐步形成系统性方法。监测充分利用多种安全监测手段,结合设计阶段与施工阶段的工程地质、水文地质,充分了解隧道工程中支护系统与围岩之间呈现着错综复杂的关系,以便节约工程投资,确保隧道施工顺利、安全。
参考文献:
[1] 汪益敏.隧道围岩变形监测及其有限元分析[J].煤田地质与勘探,2000,(3).
[2] 谢玉山 徐立平 等.坪林隧道施工地质探查技术之应用[J].现代隧道技术,2001,38(2).
[3] 高才坤 郭世明.采用地质雷达进行隧道掌子面前方地质情况预报[J].水力发电,2000,(3).

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