公路隧道技术状况检测与评价：必测项目及方法

必测项目包括地质支护观察、拱顶下沉量测、周边收敛量测、地表沉降观测,见表4.6-1。

表4.6-1　监控量测实施项目表

(一)洞内外观察

1.观察目的

为了解开挖过程中揭露的地质情况,认知隧道变形表征情况,需要在施工过程中对隧道围岩开挖揭露的地质情况、地下水出露情况、支护工作状态进行观察并描述,同时,还需要对隧道开挖影响范围的地表及周边地段情况进行观察、观测,了解并预测其变化。

2.观察内容

观察内容包括洞内掌子面,隧道已施工区间的支护状态及施工状态,洞外地表及周边建筑变形。

(1)掌子面观察。

①岩性、岩层产状。

②地层结构面(节理、裂隙)形态、规模、产状及充填物。

③不良地质(溶洞、断层、采空区、有害气体等)揭露情况。

④地下水类型、涌水量、涌水位置、涌水压力等。

⑤开挖工作面的稳定状态、坍塌、掉块、明显变形、挤出等。

(2)支护状态及施工状态观察。

①开挖方法,台阶长度、高度、宽度。

②初期支护、二次衬砌、仰拱衬砌施作时机、一次开挖长度、与开挖面的距离。

③初期支护、二次衬砌开裂及渗水情况(位置、状态、水量等)。

④钢拱架有无悬空及悬空长度、钢拱压曲、歪斜。

⑤仰拱衬砌底鼓、开裂、渗水现象。

⑥施工中存在的其他缺陷。

(3)洞外观察。

①地表开裂、滑移、沉陷。

②边坡仰坡开裂、滑塌、碎落、渗水。

③地面植物、树木倾斜和移动。

④地表水水流变化。

3.观察方法

观察方法主要为目视调查,借助地质罗盘、地质锤、手电、放大镜、卷尺、秒表、相机等工具和设备进行,并详细记录和描绘。

4.观察频率

隧道洞内掌子面一般每开挖一循环观察一次;初期支护、二次衬砌巡查一般每天一次;洞外观察与地表沉降观测一致,当遇天气变化特别是极端天气情况时应实时观察。

(二)周边收敛量测

周边收敛是指隧道两侧壁面测点之间连线的相对位移。

1.量测仪器

图4.6-1　收敛计

隧道周边收敛量测是在隧道两侧壁面对称埋设测桩,用收敛计进行量测,如图4.6-1所示。目前隧道施工中常用的收敛计为数显式收敛计。

2.测点布置

周边位移量测沿隧道纵向每5～100m布置一个量测断面。对于洞口段、浅埋地段、软弱地层段、大变形段,断面布置间距一般为5～10m。

周边收敛量测断面和拱顶下沉量测断面应布置在同一断面(桩号)(图4.6-2)。具体布设要求如下:

(1)全断面法宜设置1条水平测线。

(2)台阶法每个台阶宜设置1条水平测线。

(3)中隔壁法或交叉中隔壁法等分部开挖法,每开挖分部宜设置1条水平测线。

(4)双侧壁导洞法,每开挖分部宜设置1条水平测线。

(5)偏压隧道或者小净距隧道可加设斜向测线。

(6)同一断面测点宜对称布置。

(7)不同断面测点应布置在相同部位。

图4.6-2　周边收敛和拱顶沉降测点布置示意图

(a)全断面法;(b)台阶法;(c)中隔壁法或交叉中隔壁法;(d)双侧壁导洞法

3.测点埋设

隧道开挖初期数据变化较大,测点要及时埋设,要求在距离开挖面2m 范围内、开挖后24h内埋设,在下一循环开挖或爆破前能读取初始读数。隧道开挖初喷后,在测线布置位置钻直径为42mm、深为300mm的孔,埋入测桩,测桩杆长≥300mm,用锚固剂将测桩锚固在钻孔内(测桩不能焊在钢拱架上),测桩外露头需加保护套,如图4.6-3所示。喷射混凝土复喷时不要将保护套覆盖,可在喷射混凝土前用易凿除的填充物保护测头,待喷射混凝土复喷完成后,凿除覆盖喷层和保护填充物,露出测头,并用红色油漆做好标记。记录测点埋设桩号、测点编号和埋设时间。

4.测取读数方法

测试前,将收敛计读数预调在25～30mm的位置。将收敛计钢尺挂钩分别挂在两个测点上,然后收紧钢尺,将销钉插入钢尺上适当的小孔内,并用卡钩将钢尺固定。收敛计观测窗面板上有一个黑点,收敛观测时,转动调节螺母使钢尺收紧到观测窗内红色直线与面板上的黑点重合时读取测值。读取钢尺及百分表中的数值,两者相加即可得到测点距离。每个测点应连续读数3次,取平均值作为本次测试读数。若两台以上收敛计互相使用,则应先作比较修正后方可进行正式使用。当洞内、外温度较大时,到达测试现场后,应将收敛计保护箱打开,放置15min以上进行观测,以消除温度影响。每次测量完毕后,应先松开调节螺母,然后退出卡钩将钢尺取下,擦净收好,并定期涂上防锈油脂。

图4.6-3　周边收敛测桩埋设图

5.量测频率

待固定测桩的锚固剂强度达到70%以后即可测取初始读数,并将读数填入现场量测记录表。此后量测除满足表4.6-1的基本要求外,还应根据围岩位移变化速度和量测断面与开挖面距离按表4.6-2和表4.6-3的要求进行,并应满足最低量测频率要求。当量测断面施工状况发生变化时(如下台阶开挖、仰拱开挖),应增加量测频率。

表4.6-2　净空位移和拱顶下沉的量测频率(按位移速度)

表4.6-3　净空位移和拱顶下沉的量测频率(按与开挖面的距离)(www.xing528.com)

6.数据整理及计算

(1)每次测量后12h之内,应在室内对所量测的数据进行整理和分析。

(2)每条测线每次测取的3组读数,计算平均值作为本条测线本次的净空值。

(3)计算周边收敛值。根据每次测得净空与上次测得净空值的差,得到两次净空值的变化,即两次量测时间段内的周边收敛值,按式(4.6-1)计算:

式中 Δd——收敛值;

di——本次测取读数;

di-1——上次测取读数。

(4)温度修正。当隧道内温度变化较大时应对钢尺进行温度修正,按式(4.6-2)计算:

式中 εt——温度修正值;

α——钢尺线膨胀系数;

T0——鉴定钢尺的标准温度,T0=20℃,也可以是洞内常温下的鉴定钢尺温度;

T——每次量测时的平均气温;

L——钢尺长度。

(5)绘制时间—变形曲线图。根据计算结果,绘制时间与周边收敛曲线。计算过程使用计算机自动计算并自动生成时间与周边收敛曲线图。

(三)拱顶下沉量测

隧道拱顶下沉量测是为了解隧道拱顶下沉变化情况。

1.量测仪器

精密水准仪、塔尺,量测精度为±0.5mm。

2.测点布置

拱顶下沉量测断面布置与周边收敛量测断面布置相同。在每个量测断面的隧道拱顶布设1～3个测点,测点横向间距为2～3m,如图4.6-4所示。

图4.6-4　单洞隧道拱顶下沉测线布置图

3.测点埋设

与周边收敛量测一样,测点要及时埋设,要求在距离开挖面2m 范围内、开挖后24h内埋设,在下一循环开挖或爆破前读取初始读数。隧道围岩开挖初喷后,在测点位置垂直向上钻孔,孔深为300mm、孔径为42mm。用锚固剂将带挂钩的测桩锚在钻孔内,挂钩向下外露,如图4.6-5所示。挂钩可用φ8钢筋,弯成圆形或三角形,并用红色油漆做好标记。记录测点埋设桩号、测点编号和埋设时间。

4.基点埋设

图4.6-5　隧道拱顶下沉测桩埋设图

用水准仪量测拱顶下沉时,需要另外埋设稳定的观测基点,基点埋设时间应在测点埋设之前完成。基点应选择通视条件好、地基稳定不变形、监测期间不被扰动和破坏的坚硬岩石或构造物上,一般选在与被测断面以外20m 远的距离。基点应打孔埋设测桩。孔深为100～200mm、孔径为38～42mm。测桩钢筋的直径为18～22mm,竖向埋设,上端露头小于50mm,外露头磨圆。记录测点埋设时间。洞内基点可设置在已完成的稳定的衬砌边墙或基础上。

5.测取读数方法

每次量测时在后方基点立铟钢尺(或塔尺),读取基点(后视)读数,再将铟钢尺(或塔尺)吊挂在拱顶挂钩上,在铟钢尺(或塔尺)基本不摆动的状态下通过精密水准仪测取(前视)读数。每次测取读数填入记录表,多个拱顶测点尽可能使用同一基点,并一站完成。

6.量测频率

拱顶下沉量测频率与周边收敛量测频率相同。

7.数据整理及计算

(1)每次测量后12h之内,应在室内对所量测的数据进行整理和分析。

(2)计算拱顶下沉值。设基点高程为h0,前一次后视点(基点)读数为A1、前视点(拱顶测点)读数为B1,当次后视点读数为A2、前视点读数为B2。前一次拱顶高程为

(3)绘制时间—拱顶下沉曲线图。根据计算结果,绘制时间—拱顶下沉曲线。计算过程可编程用计算机完成,并自动生成时间—拱顶下沉曲线图。

(四)地表沉降量测

地表沉降量测是为了观测隧道通过地段的地表下沉量和下沉范围;地表有建筑物时还包括观测建筑物下沉变形情况,同时,了解随隧道开挖掘进与地表下沉的动态关系。

1.量测仪器

水准仪或精密水准仪、塔尺,量测精度为±1mm。

2.测点布置

地面观测测点布置在隧道上方隧道开挖可能引起地表沉降的区域。量测断面尽可能与隧道轴线垂直,根据地表纵向坡度确定地表量测断面数量,一般不少于3个,断面间距为5～10m。地表纵向坡度较陡时,断面布置间距小、数量少;地表纵向坡度较缓时,断面布置间距大、数量多。量测断面宜与洞内周边收敛和拱顶沉降量测布置在同一个断面(桩号)。单洞隧道每个量测断面的测点不少于5个,连拱隧道每个量测断面的测点不少于7个,量测断面测点布置如图4.6-6所示。横向布置间距为2～5m,一般布置7～11个测点,隧道中线附近较密。小净距隧道、四车道大断面隧道,根据情况适当加密。当地表有建筑物时,应在建筑物周围增设地表沉降观测点。

图4.6-6　地表沉降测点布置图(图中φ为岩土体破裂角)

(a)单洞隧道地表测点布置图;(b)连拱隧道地表测点布置图

3.基点埋设

基点应选择在隧道开挖影响范围以外,通视条件好、基础稳定、抗自然灾害能力强的位置。基点在整个地表观测期间不移动、不变形、不被破坏。在稳定性好、强度高、不易风化的裸露基岩上埋设基点时,可在基岩上钻孔,孔深为100～200mm,孔径为38～42mm,埋入直径为18～22mm的钢筋,竖向埋设,钢筋露头50mm,磨圆,用红油漆做明显标记。在土质区域,应在不被人畜踩踏、水流冲刷的位置设置基点,需挖坑(深度不小于300mm,直径不小于400mm),插入长为500mm、直径为22mm的钢筋,周边灌注C20混凝土,钢筋露头5mm,磨圆,用红油漆做明显标记。基点埋设后应记录埋设时间。

4.测点埋设

测点埋设要求与基点埋设要求相同。基点和测点的埋设时机应在隧道开挖到达量测断面前1～3倍隧道开挖跨度距离前完成,洞口段应在开挖进洞前完成。记录测点埋设桩号、测点编号和埋设时间。

5.测取读数方法

地表沉降测取读数方法与普通水准仪高程测量方法相同。每次测取读数填入记录表,多个测点尽可能使用同一基点,并尽可能减少仪器转站。

6.量测频率

地表沉降观察应在固定基点和测点的混凝土或锚固剂强度达到70%以后测取初始读数,此后的量测频率按表4.6-4的规定进行,直到该断面隧道衬砌结构封闭,地表下沉稳定14～21d后方可结束。

7.数据整理

每次测量后立即(不超过12h)在室内对所量测的结果进行整理并录入计算机。每次测得的测点与基点的高差值与前次测得高差值的差,即测点下沉值。具体计算方法与拱顶下沉计算方法相同,计算过程应编程用计算机完成,并自动生成时间—拱顶下沉曲线。