1、 一、烏鞘嶺隧道嶺脊段概況和設(shè)計思想 二、監(jiān)控量測的目的和內(nèi)容 三、監(jiān)控量測方法與結(jié)果 四、量測數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用 五、三維位移監(jiān)測及應(yīng)用 主要內(nèi)容一、烏鞘嶺隧道概況和設(shè)計思想 烏鞘嶺隧道是蘭新鐵路蘭州至武威段增建二線工程，兩座單線隧道，埋深400 1100m，線間距40m，隧道長20. 05km。嶺脊區(qū)段隧道穿越F4、F5、F6、F7四條7587m 范圍分布的區(qū)域性大斷層組成的寬大“擠壓構(gòu)造帶”，巖性主要為志留系板巖夾千枚巖、千枚巖和壓性斷層破碎的泥礫及碎裂巖。圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比僅為0.0310.040。高地應(yīng)力軟巖區(qū)段施工擠壓大變形顯著，變形控制困難，計劃工期2.5年，時間緊,顯示出顯著的烏鞘嶺

2、特色。 烏鞘嶺高地應(yīng)力軟巖區(qū)段隧道設(shè)計思想 控制擠壓性圍巖大變形的設(shè)計理念有剛性和柔性法。剛性設(shè)計法僅在小埋深、低地應(yīng)力的軟巖技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理。而柔性設(shè)計的先行導(dǎo)坑法、多重支護(hù)法、可縮式支護(hù)法和分階段綜合控制法其基本理念是相同的，都是容許圍巖變形，釋放地應(yīng)力，減低支護(hù)壓力，同時又能約束圍巖松弛和過分變形，保持隧道穩(wěn)定的目的。但在技術(shù)手段上又有各自差異，從經(jīng)濟(jì)、工期上具有較大差距，例如先行導(dǎo)坑應(yīng)力釋放法雖然擴(kuò)挖隧道施工經(jīng)濟(jì)，但導(dǎo)坑本身施工仍然困難，增加支護(hù)工程量大；可縮式支護(hù)結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高，施工工期較長。 針對烏鞘嶺隧道高地應(yīng)力軟巖區(qū)段實(shí)際情況，采用柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計理念分階段綜合控制

3、法。即首先選擇合理的斷面形狀，留足預(yù)留變形量，短錨管超前支護(hù)，中等長等系統(tǒng)錨桿和少量補(bǔ)強(qiáng)錨桿圍巖加固，多重支護(hù)，適當(dāng)提高襯砌剛度和提前施作襯砌。F7斷層區(qū)段：正洞隧道為圓形斷面形式，加強(qiáng)第一次支護(hù)剛度的多重支護(hù)，較大剛度的鋼筋混凝土襯砌。 嶺脊高地應(yīng)力軟巖區(qū)段：采用橢圓形斷面，一次支護(hù)25cm，預(yù)留變形量2535cm等作為多重支護(hù)，大剛度鋼筋混凝土襯砌 。(一)量測目的二、監(jiān)控量測的目的和內(nèi)容1.提供監(jiān)控設(shè)計的依據(jù)和信息 掌握圍巖力學(xué)形態(tài)的變化和規(guī)律； 掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。2.指導(dǎo)施工，預(yù)報險情 作出工程預(yù)報，確定施工對策； 監(jiān)視險情，確保施工安全。3.校核理論，完善工程方法4.為隧道工程

4、設(shè)計與施工積累資料(二)監(jiān)測項(xiàng)目與內(nèi)容1.地質(zhì)和支護(hù)狀態(tài)現(xiàn)場觀察；2.巖體(巖石)力學(xué)參數(shù)測試；3.圍巖與結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變測試；4.圍巖壓力測試；5.圍巖性能物理探測；6.圍巖和結(jié)構(gòu)位移測試；7.爆破振動測試等。規(guī)范規(guī)定的監(jiān)控量測項(xiàng)目及量測方法三、量測方法與結(jié)果(一)地質(zhì)素描 結(jié)合隧道施工、同步進(jìn)行洞內(nèi)圍巖地質(zhì)工作：它是隧道設(shè)計和施工過程中不可缺少的一項(xiàng)重要地質(zhì)工作，是圍巖工程地質(zhì)特性和支護(hù)措施的合理性的最直觀、最簡單、最經(jīng)濟(jì)的描述和評價。 1.巖性；2.結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征；3.巖體風(fēng)化程度；4.地下水的特征、涌水量化數(shù)值；5.施工情況；6.不良地質(zhì)特征；7.支護(hù)情況等。地質(zhì)素描的內(nèi)容 (二)位移監(jiān)測

5、隧道開挖后，深埋隧道位移、淺埋地表位移和隧道位移是圍巖施工動態(tài)的最顯著表現(xiàn)，最能反映出圍巖和支護(hù)的穩(wěn)定性。因此對坑道周邊位移的量測是最直接、最直觀、最有意義、最經(jīng)濟(jì)和最常用的量測項(xiàng)目。1.淺埋隧道的地表位移；2.拱頂下沉；3.相對收斂變形；4.隧底隆起變形；5.圍巖內(nèi)部變形；6.圍巖三維變形等。位移監(jiān)測內(nèi)容：位移時間關(guān)系曲線0初期支護(hù)二次支護(hù)下臺階開挖位移時間位移-開挖面距離關(guān)系曲線位移距離上、下臺階開挖錨桿噴混凝土位移監(jiān)測結(jié)果：烏鞘嶺隧道大變形規(guī)律F4斷層區(qū)段右線隧道變形沿隧道縱向分布YDK170+250+500+750YDK171+000F4斷層+290+440+640+740主帶影響帶影

6、響帶里程YDK174+500YDK175+000+500+900變形/mm斜井開口YDK175+330板巖占50%80%千枚巖占60%85%蘭州方向武威方向里程志留系板巖夾千枚巖區(qū)段右線隧道變形沿隧道縱向分布烏鞘嶺隧道大變形規(guī)律 F7斷層YDK176+800+200+400+600+800YDK177+000變形/mm影響帶主帶影響帶里程F7斷層區(qū)段右線隧道變形沿隧道縱向分布烏鞘嶺隧道大變形規(guī)律烏稍嶺隧道分區(qū)段最大變形速率與累計變形量統(tǒng)計 烏鞘嶺隧道齡脊段分區(qū)段變形量測技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計表大變形規(guī)律最大變形速率與累計變形的關(guān)系 在隧道工程監(jiān)控量測中，除累計變形外，變形速率是另外一個進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性評價

7、的重要判別指標(biāo)。研究最大變形速率與累計變形的關(guān)系也是在施工初期階段進(jìn)行最終變形預(yù)測的方法之一。最大變形速率與累計變形的關(guān)系最大變形速率/mm預(yù)留變形量(mm)包括：1.錨桿軸力監(jiān)測；2.鋼架應(yīng)力監(jiān)測；3.支護(hù)應(yīng)力監(jiān)測；4.二襯混凝土應(yīng)力監(jiān)測(三)應(yīng)力監(jiān)測 系統(tǒng)錨桿的主要作用是限制圍巖的松弛變形。錨桿長短影響施工效率、也影響圍巖加固效果。故應(yīng)通過錨桿監(jiān)測驗(yàn)證錨桿設(shè)計長度。1.錨桿軸力 錨桿軸力量測的布置圍巖內(nèi)部位移測孔布置(a)三測孔(b)五測孔(c)七測孔錨桿軸力測試結(jié)果錨桿拉力峰值位置分布錨桿拉力峰值位置分布錨桿軸力量測結(jié)果2.鋼架、支護(hù)、襯砌混凝土應(yīng)力拱腳收斂基線邊墻收斂基線B1B2Y1Y

8、2G水平收斂錨桿軸力圍巖壓力初支砼應(yīng)力及鋼架應(yīng)力拱頂下沉二襯接觸壓力及二襯砼應(yīng)力(a)變形、壓力、應(yīng)力測點(diǎn)(b)三維位移測點(diǎn)橢圓形斷面測點(diǎn)布置圖圍巖壓力、接觸壓力及支護(hù)襯砌應(yīng)力量測結(jié)果(MPa)3.圍巖壓力（接觸壓力）監(jiān)測 支護(hù)(噴射混凝土或模筑混凝土襯砌)與圍巖之間的接觸應(yīng)力大小，既反映了支護(hù)的工作狀態(tài)，又反映了圍巖施加于支護(hù)的形變壓力情況，因此，圍巖壓力的量測就成為必要。二次襯砌所承受的圍巖壓力，及襯砌與支護(hù)層之間的接觸壓力量測，可明確襯砌的受力情況，驗(yàn)證設(shè)計理論。右線DK175475斷面圍巖壓力分布及時間曲線(a)橫斷面分布(MPa)(b)壓力時間曲線0.7220.0690.1670.1

9、350.0950.0420.037 通過對實(shí)測支護(hù)壓力終值的統(tǒng)計分析，可得荷載側(cè)壓力系數(shù)。具體統(tǒng)計公式為： 對F4斷層的2個量測斷面及志留系千枚巖地層的7個量測斷面進(jìn)行統(tǒng)計分析，得側(cè)壓力系數(shù)結(jié)果如表所示。嶺脊千枚巖地層實(shí)測側(cè)壓力系數(shù)結(jié)果匯總 初期支護(hù)與二次襯砌的圍巖壓力比例始終是隧道界討論的熱點(diǎn)問題之一，作為“荷載結(jié)構(gòu)”模式計算中的重要計算參數(shù)，它關(guān)系到二襯受力狀態(tài)及穩(wěn)定程度。 根據(jù)實(shí)測初支圍巖壓力和二襯接觸壓力進(jìn)行統(tǒng)計分析，可得出實(shí)測二襯分擔(dān)壓力比例，具體計算公式為： 二襯分擔(dān)壓力比例分布11.2%65.0%61.5%72.4%13.8%17.6%40.0%初支二襯四、量測數(shù)據(jù)分析與反饋地表

10、沉降量測區(qū)間量測區(qū)間上半下半(25)DH+h3上半下半D450Hh1h2(一)凈空位移分析與反饋單線隧道初期支護(hù)極限相對位移(%)1.根據(jù)位移量測值或預(yù)計最終位移值判斷 雙線隧道初期支護(hù)極限相對位移(%) 國外有關(guān)位移管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范變形管理等級注：U實(shí)測位移值；U0最大允許位移值。 極限位移性質(zhì)拱頂下沉拱腳水平收斂墻腰水平收斂毛洞隧道50111781304初支后隧道227710770二襯后隧道228742812極限位移性質(zhì)拱頂下沉墻腰水平收斂毛洞隧道400660初支后隧道136272二襯后隧道140280烏鞘嶺嶺脊千板巖地層區(qū)段隧道極限位移 單位(mm) 烏鞘嶺F7斷層區(qū)段隧道極限位移 單位：(

11、mm) 管理等級管理位移施工狀態(tài)U150可正常施工150U300應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)或二次襯砌U300停工，并及時采取加固措施注：U隧道開挖后隧道總變形量烏鞘嶺隧道嶺脊段位移控制基準(zhǔn) (單位:mm) 從變形曲線可分為三個階段：(1)變形急劇增長階段變形速率大于1mm/d時；(2)變形速率緩慢增長階段變形速率10.2mm/d時；(3)基本穩(wěn)定階段變形速率小于0.2mm/d時。2.根據(jù)位移速率判斷巖體破壞前變形曲線可分為三個階段：(1)基本穩(wěn)定區(qū) (2) 過渡區(qū)(3) 破壞區(qū)變形速率逐漸增大，即 0。表明圍巖已進(jìn)入危險狀態(tài)，須停工，進(jìn)行加固。3.根據(jù)位移時間曲線(位移時態(tài)曲線)形態(tài)判斷烏鞘嶺隧道分區(qū)段極限位

12、移取值 (mm)變形及變形速率管理基準(zhǔn)不同大變形等級的防治措施 通過聲波、圍巖內(nèi)部位移和錨桿應(yīng)力測試，綜合確定圍巖松動區(qū)，驗(yàn)證設(shè)計錨桿長度是合理的。(二)圍巖內(nèi)位移及松動區(qū)分析與反饋(三)圍巖壓力分析與反饋 當(dāng)圍巖壓力大、而變形量不大，這表明支護(hù)時機(jī)、尤其是支護(hù)的封底時間合理； 當(dāng)圍巖壓力大、且變形量也很大，此時應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)，限制圍巖變形，控制圍巖壓力的增長。五、三維變形（位移）監(jiān)測 傳統(tǒng)的隧道變形量測方式，主要是對洞室凈空各測點(diǎn)間的收斂變形進(jìn)行量測，所得到的資料為隧道兩測點(diǎn)間的相對變形，對于承受偏壓或受整體邊坡滑動影響的隧道，在很多時候則無法反映其真正的變形情況。隧道掘進(jìn)至不同地質(zhì)強(qiáng)度時拱頂測點(diǎn)的位移向量方位趨勢線變化情形（a）硬巖區(qū)掘進(jìn)至軟巖區(qū)情況（b）軟巖區(qū)掘進(jìn)至硬巖區(qū)情況 全站儀自由設(shè)站三維觀測是指從任一觀測站觀測若干已知點(diǎn)的方向和距離，通過坐標(biāo)變換算出該自由測站上儀器中心的坐標(biāo)，以此計算出其余點(diǎn)的新坐標(biāo)。F7斷層、志留系地層三維變形斷面測點(diǎn)布設(shè)示意圖B1B2Y1Y2GGY2Y1