黄土隧道施工性态现场监测与数据分析

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1、第4章黄土隧道施工性态现场监测与数据分析为了掌握湿陷性黄土隧道在施工过程中围岩变形与支护结构的受力特征，保证凤市区间黄土隧道施工安全并指导现场施工，以及根据设计施工和相关规范要求[73][74][75]，选择若干典型隧道断面埋设元件进行了现场监测。监测的项目有：地表沉降、隧道顶拱下沉、水平收敛、钢支撑内力、围岩压力。4.1监测方案4.1.1监测断面隧道监测项目的选择，应以工程条件确定之后所进行的工程性态预测为基础，同时还应根据监测目的的不同选择监测的项目。凤市区间隧道由于中南部和南部靠市图书馆站段的隧道内设计有存车线和渡线道岔区，所以断面结构

2、型式除有单线隧道外，还有小间距隧道和双线隧道，共有单拱、双连拱、小间距隧道3种类型和7种断面型式，具体位置见图2-1，为此在施工监测中主要选择的监测断面见表4-1。表4-1凤市区间隧道量测断面布置监测类型测试项目名称仪器断面里程断面类型位移监测地表沉降水准仪DK6+160DK6+380DK6+600DK6+660单线A型+单线B型单线A型+单线B型单线A型+双线B型单线A型+双线A型拱顶沉降水准仪水平收敛收敛计内力量测钢支撑钢弦式传感器YDK5+740YDK6+660DK6+750单线A型+单线C型单线A型+双线A型双连拱围岩压力压力盒4.1

3、.2监测方法（1）地表沉降监测地表沉降监测采用水准仪在选取断面地表处进行监测，通过高程差得出地表在施工过程中的沉降量。在每个测试断面上布置7个测点，两测点间的间距约为10m，具体如图4-1所示。图4-1地表沉降测点布置示意图（2）隧道洞室收敛监测图4-2监测项目布点图拱顶沉降监测采用水准仪在选取断面处进行量测，周边收敛采用收敛计在选取断面处进行量测，通过高程差得出拱顶在施工过程中的沉降量，通过高程差得出拱顶在施工过程中的收敛值，测点布置具体如图4-2所示。（3）围岩压力监测围岩压力监测是在围岩与初期支护结构之间埋设钢弦式压力盒以量它们之间的接

4、触压力。在开挖到测试断面时，预先将压力盒焊接到衬砌的几个测量位置上，随后喷射混凝土将压力盒稳固的固定在初期支护上，注意要将压力盒顶面平整、紧密的和围岩接触，随后在隧道施工过程中通过不断的对压力盒进行量测得到围岩压力数据，掌握衬砌的变形规律。监测数据用钢弦式传感器进行采集，该量测元件工作原理是由钢弦的应力变化转变为钢弦震动频率的变化，通过频率仪来测定钢弦震动频率，从而测出钢弦应力的变化。钢弦应力与钢弦震动频率之间有如下关系[76][77]：（4-1）式中：——钢弦振动频率——钢弦长度——钢弦所受的张拉应力——钢弦的密度以压力盒为例，当压力盒做成

5、后，钢弦长度、密度已知，钢弦频率只取决于钢弦上的张拉应力，而钢弦上产生的张拉应力又取决于外来应力，从而使钢弦频率与薄膜所受应力的关系如下[76][77]：（4-2）式中：——压力盒受压后钢弦的频率——压力盒未受压时钢弦的频率——标定系数，与传感器构造有关，各传感器各不相同；——压力盒底部薄膜所受的压力图4-3量测测点编号示意图钢弦式传感器构造简单，测试结果比较稳定，受外界温度影响小，易于防潮，便于远距离多点同时长期观测，在隧道及地下工程现场测试和监测中得到广泛应用。钢筋内力测试由钢筋应变计进行，测点具体布置示意图见图4-3。在格栅拱架上下缘分

6、别焊接上钢筋计，这样在安装后就能直接测出格栅拱架的应力，分析格栅拱架的受力，掌握拱架的变形。4.1.3监控项目控制标准为了将监控数据及时整理、分析，进而准确的反应现场施工的实际情况，更加有效地指导地铁隧道现场设计和施工，对特殊地质及结构情况采取适当的施工控制措施，根据对典型断面的量测内容，量测技术规范和相关工程案例，制定了拱顶下沉、地表沉降钢支撑内力等项目的监控标准[78][79][80][81]，见表4-2。表4-2监控项目控制标准检测项目/地段单线A、B、D隧道及双连拱小隧道衬砌断面单线C、双线A、B隧道及双连拱大隧道衬砌断面拱顶下沉（m

7、m）5070地表沉降（mm）3050水平收敛位移（mm）2030钢支撑内应力（MPa）按规范的规定设计值来控制围岩与喷层间接触压力（KPa）根据施工后实际地质情况确定安全值4.2位移监测结果分析图4-4至图4-14为隧道DK6+380断面施工过程中位移及速率（包括地表沉降、拱顶沉降、水平收敛）变化时程曲线，图4-15至图4-25给出了DK6+600断面位移及速率变化时程曲线，图4-26至图4-36为DK6+660断面位移及速率变化时程曲线，图4-37至图4-43给出了DK6+750断面位移及速率变化时程曲线图，以下为各断面位移监测结果分析。4

8、.2.1DK6+380断面（1）地表沉降分析图4-4地表累积沉降变化时程曲线图4-5地表沉降速率变化时程曲线DK6+380断面测试得到的各特征点沉降值随时间变化的时