技术研究报告(溶洞区隧道监控量测技术研究报告)(张树)

溶洞区隧道监控量测技术研究报告一、立项的背景与意义我公司承建的仁怀至赤水高速公路洞湾隧道位于贵州省习水县东南方11km，隧道左洞长2126m，右洞长2090m。隧道最大埋深310m。隧道在施工过程中多次遇到溶洞，其中于 2011年10月13日施工至YK66+488时揭露出一处大型溶洞。该溶洞位于隧道底板以下，溶洞长轴与线路大致垂直，溶洞底部轴长265m、顺线路宽度57m，溶腔最大高度44m，溶洞顶板与隧道底板之间厚度为3-29m。溶洞底板坡度平缓，溶洞底分布少量乱石和淤泥，内有一处落水洞发育。施工方案进行了路基方案、桥梁方案两种方案的对比。通过方案的技术、经济比较，从施工的难易程度、安全风险、施工成本等方面综合考虑，最终确定采用回填浆砌片石的施工方案。针对洞湾隧道大溶洞地质条件、基底地下水发育情况和回填浆砌片石的范围，在施工期间需要对基底沉降变形情况进行监控，在二衬混凝土施工前需要对拱部初期支护进行监控量测。隧道溶洞段监控量测需要制定监控量测方案，需要对监控量测数据进行整理分析，一方面对工程构筑物进行监控确保安全，另一方面指导工程下一步施工。二、项目实施主要内容1 隧道监控量测的规范规定根据隧道施工技术规范，在复合式衬砌和喷锚衬砌施工时必须量测的项目如下表。表1 隧道现场监控量测项目及量测方法序号项目名称方法及工具布 置量 测 间 隔 时 间15d16d一个月13个月大于3个月1洞内、外观察现场观测，地质罗盘等开挖后及初期支护后进行2周边位移各种类型收敛计每550m一个断面，每断面23对测点12次/d1次/2d12次/周13次/月3拱顶下沉水准测量的方法、水准仪、钢尺等第550m一个断面12次/d1次/2d12次/周13次/月4地表下沉水准测量的方法、水准仪、铟钢尺等洞口段、浅埋段（h02b）开挖面距量测断面前后2B时，12次/天。开挖面距量测断面前后5B时，1次/2天。开挖面距量测断面前后5B时，1次/周。2 溶洞区监控量测方案2.1回填浆砌片石监控量测方案沉降观测按照路基沉降观测方法进行。观测点位置见下图：沉降观测中桩0.5m0.5m上沉降观测边桩下沉降观测边桩12m2m12m2m图1 观测点示意图浆砌片石施工期间，设置沉降观测中桩、下沉降观测边桩。施工完成后增加上沉降观测边桩。大溶洞沿线路共设置4个观测断面。沉降观测采用S1型水准仪和因瓦水准尺。每次观测结束后，填写观测记录，将观测值列入观测成果表中，计算出累计沉降量和位移量。并注明观测日期、气象情况和荷重变化情况。绘制时间-砌筑高度-沉降量曲线。2.2初期支护监控量测方案根据隧道施工技术规范，并结合溶洞现场实际情况，隧道初期支护监控量测的项目有：周边位移监测、拱顶下沉。周边收敛位移量测断面测点布置如图2所示。图2 周边收敛位移量测断面测点布置图拱顶下沉量测与周边位移监测设在同一个断面，测点布置示意图如图3所示。图3 拱顶下沉量测测点布置图3 监控量测的实施（1）周边位移测点与拱顶下沉测点布置在同一个断面上。洞湾隧道大溶洞段共设4个监测断面，里程分别为YK66+470、YK66+488、YK66+496、YK66+525。溶洞底部回填浆砌片石的断面里程和隧道初期支护的一致。（2）溶洞底部回填浆砌片石的下部沉降观测桩采用C15钢筋砼桩，尺寸为0.6m0.15m0.15m，埋设岩石内，桩顶露出地面不大于0.1m。中心沉降板由钢板、金属测杆和保护套管组成，底板尺寸为50cm50cm3cm，测杆为40mm钢管，与底板固定在垂直位置上，套管采用高强度PVC管，尺寸以能套进测杆为宜。随着砌筑增高，测杆和套管亦相应接高。测杆每节为100cm，接高后的测杆顶面应略高于套管上口，套管上口应加盖封住。上部沉降观测桩采用40mm钢钎，长1.0m，预埋于浆砌片石内。（3）周边位移监测和拱顶下沉点的安装，在被测断面上用风钻机或冲击钻成孔，孔径为40 mm80 mm、深度为20 cm，在孔中填塞水泥砂浆后插入收敛预埋件，尽量使两预埋件轴线在基线方向上并使销与孔轴线处于垂直位置，上好保护帽，待砂浆凝固后即可进行监测。（4）量测频率：浆砌片石施工期间每砌筑高度1.0米进行一次观测，如两次砌筑间隔较长时，每3天观测一次。砌筑完工后，在前23个月内，每5天观测一次，3个月后15天观测一次。在浆砌片石施工期周边位移监测和拱顶下沉同步进行，浆砌片石完成后周边位移监测和拱顶下沉量测频率为每1周观测一次。4 量测数据整理与分析4.1基底沉降观测成果分析溶洞回填浆砌片石基底沉降观测成果汇总表见表2。表2 洞湾隧道YK66+488大溶洞基底沉降观测统计表测点编号YK66+470YK66+488YK66+496YK66+525备注基底高程1003.1031010.0081010.6251009.937沉降值（mm）-20-18-17-11与初始高程比较从各断面累计沉降值来看，总体下沉量都不大，且无明显沉降异常点。由于YK66+470回填高度相对较大，其累计沉降值较大。从各断面沉降速率来看，在浆砌片石砌筑高度较小时沉降值很小，砌筑高度到达一定高度后，在一段时间内沉降值变化变大，随着砌筑高度继续加大，沉降值变化变小。根据路基沉降观测规范要求，路基日沉降量不大于10mm/d，即认为路基是安全稳定的。因大溶洞的基底地质条件较好，砌筑期间实际日沉降量按不大于5mm/d进行控制，超过此值立即停止砌筑，上报设计进行处理。4.2初期支护拱顶下沉观测成果分析初期支护拱顶累计沉降量变化趋势图见下图。从累计沉降值来看，总体下沉量都不大，且无明显沉降异常点。由于YK66+470回填高度相对较大，累计沉降值较大。从各断面沉降速率来看，在支护初期沉降值较大，在一段时间内沉降值变化较小。4.3初期支护水平收敛观测成果分析初期支护周边累计位移变化趋势图见下图。周边位移监测是反映围岩与支护结构力学形态变化的最直接、最明显的参数，通过监测可了解围岩和支护结构的稳定状态。从累计沉降值来看，总体下沉量都不大，且无明显沉降异常点。水平收敛速率较拱顶下沉稍微后延。三、项目核心技术1、采用浆砌片石回填溶洞在施工期间、完工后的沉降观测方法和控制标准。2、溶洞区初期支护的变形特点。四、项目创新点提出回填浆砌片石沉降观测的方法，并根据沉降观测实践，提出允许日沉降值的安全控制标准。五、项目阶段成果1、以仁赤高速公路洞湾隧道YK66+488大型溶洞处理为载体，申报了隧道底部大型溶洞处理施工技术研究为中铁五局集团的科技开发项目。于2013年4月撰写了论文仁赤高速公路洞湾隧道大型溶洞处理技术研究。2、通过隧道底部大型溶洞处理施工技术研究科技开发项目活动，同步撰写了溶洞区隧道处理方案对比分析报告、隧道溶洞回填施工技术研究报告。六、项目对本行业及地区经济、社会发展和技术进步的推动作用仁赤高速公路洞湾隧道大型溶洞在施工过程中，制定了监控量测方案，进行了浆砌片石回填区的沉降观测和隧道正洞的监控量测，同时对监控量测数据进行了整理分析，一方面对工程构筑物进行了必要的安全监控，另一方面为指导工程下一步施工提供了依据。同时也为在类似地质条件下的大型溶洞施工期间的变形情况积累了经验。6