监控量测在TBM施工洞段中的应用

李熙乾 韩鹏程 谭聪睿 杨贵崇

监控量测在TBM施工洞段中的应用

李熙乾 韩鹏程 谭聪睿 杨贵崇

随着TBM在我国隧洞开挖过程中的广泛应用，为了确保施工安全及对设计理论上的工程特性指标进行比较，验证结构支护参数，判定设计的合理程度，为修正支护结构设计和施工方案反馈信息，使支护措施切实达到经济合理，要进行监控量测。通过对HJ隧道工程初期各岩性、各类围岩的量测资料进行详细的分析，总结出适用于本工程的回归函数，对其变化规律进行认真的总结，以期更好地指导工程的施工。

TBM施工 监控量测 施工安全

1 工程概况

1.1 地形地貌

HJ隧道工程沿线所穿越的地形地貌主要为长白山南延龙岗山脉侵蚀断褶中低山地形，山峦叠嶂，沟壑密布，山顶多为尖顶状，植被发育。本工程洞室埋深较大，其中洞室埋深超过600 m的占13%，洞室埋深超过300 m的占55%（主要集中于隧洞的前段及中段），洞室埋深超过100 m的占97.7%，洞室埋深小于50 m的仅占0.3%。

1.2 地层岩性及构造

出露的地层包括了元古界、中生界、新生界地层，岩性上包括了火成岩、变质岩及沉积岩三大岩体，具体包括：（1）安山岩、含砾岩屑凝灰岩、酸性熔岩、砾岩、火山角砾岩、角砾熔岩、紫红色凝灰岩（侏罗系果松组（J3g）及林子头组（J3lz）火山喷出岩及碎屑岩系）；（2）混合岩化浅粒岩、黑云变粒岩、斜长角闪岩（Pt1x）；（3）灰白色石英砂岩（Qb2d）；（4）侵入岩：巨斑状花岗岩（Pt1S）、花岗斑岩（Jγπ）、花岗岩（J3γ）、晶洞钾长花岗岩（Kγο）、白岗花岗岩及花岗斑岩（Kγπ）。隧道沿线穿越15条较大规模断层。

2 量测工作概述

2.1 量测仪器及精度

围岩变形量测采用JSS30A型系列数显收敛计。其主要性能指标见表1。

2.2 量测断面布置与安装

2.2.1 量测断面布置和测点布置

根据招投标文件及监理实施细则的要求，Ⅳ、Ⅴ类围岩收敛观测按不大于3倍的洞宽布置1个观测断面，Ⅲ类围岩按不大于5倍的洞宽布置，采用三点三线法，对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩拱顶及边墙进行收敛变形量测。断面测点布置详见图1。

表1 JSS30A型系列数显收敛计主要特性参数

图1 测点布置图

2.2.2 测点制做、安装

测点拉环，采用Φ6 mm光圆钢筋，测点锚杆采用Φ18 mm螺纹钢筋长度225 mm。加工、安装见图2，测点拉环采用Φ6 mm的光圆钢筋。

2.3 量测频率

拱顶下沉量与净空水平收敛量量测采用相同频率，施工量测频率见表2。

图2 收敛测点加工安装图（单位：mm）

表2 施工量测频率

3 数据处理及围岩位移变化规律

根据收集TBM已掘进洞段某桩号处围岩实测原始收敛数据（见表3），分析整理计算出收敛变形速率，利用EXCEL形成收敛变形观测位移时态散点曲线（见图3）

一般选用指数函数对实测关系曲线进行回归计算，如若不能做出判断可分别进行回归计算，取曲线拟合最优者。

指数函数u=ae-b/t

式中a、b——回归常数；

t——初读数后的时间，d；

u——位移值，mm。

将此负指数方程两边取对数，即：lnu=lnA+ (-B/t)，则变成了lnu和1/t的线性函数，可利用EXCEL工具栏中添加趋势线，求出方程和相关系数，求出A、B值，进而推出围岩收敛变形回归方程。

现采用指数函数对实测关系曲线进行回归计算，得回归方程如下。

测线AB：

u=4.265 6e-1.0704/t；相关系数R2=0.979 6。测线AC：

u=4.002 6e-1.2580/t；相关系数R2=0.985 9。测线BC：

u=4.367 9e-1.0225/t；相关系数R2=0.979 5。Δh：

u=3.511 0e-1.2420/t；相关系数R2=0.985 3。

表3 收敛变形及变形速率

图3 收敛变形观测位移时态散点曲线

由回归方程推求最终位移量。

由测线AB回归曲线：

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

由测线AC回归曲线：

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

由测线BC回归曲线：

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

由Δh回归曲线：

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

现将围岩观测位移值和回归分析后最终位移值对比，观测断面处的位移值相对值均达到总相对位移量的90%以上。数据对比详见表4。

表4 围岩观测值与回归分析最终位置值对比表mm

4 围岩稳定和支护结构安全状态分析

利用回归方程，进行围岩稳定和支护结构安全状态分析。利用回归方程的二阶导数状态（即通常所说的变形加速度），来进行判断。

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1007-6980（2015）03-0031-03