CN110966045B - 隧道工程软弱围岩变形监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道工程领域，旨在解决现有技术中的监测数据不能准确反应实际变形的问题，提供一种隧道工程软弱围岩变形监测方法其包括：布点控制、监测元件布设和监测过程。在横向断面内，隧道拱顶下沉点布置于隧道拱顶中线位置；每台阶设置一条水平测线，收敛点布置在各台阶面以上0.8米位置；布置监测元件；监测过程包括初始监测、初始扫描和过程监测；过程监测为：按确定的监测频率进行监测，包括获取拱顶下沉值、净空收敛沿线相对收敛值、测点坐标值以及测点高程值。本发明的有益效果是能够使得隧道施工过程围岩监测数据更加真实、接近实际，为隧道工程软弱围岩不对称变形的过程控制提供有效数据支撑。

Description

隧道工程软弱围岩变形监测方法

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，具体而言，涉及隧道工程软弱围岩变形监测方法。

背景技术

在基础设施建设发展中，水利、铁路、公路和地铁等建设中不可避免的设计有大量的隧道工程。隧道工程施工难度较大、安全风险较高。确保隧道施工安全的两大措施主要为监控量测和超前地质预报。

常规的监控量测手段采用的现有监测系统存在的问题为，水平收敛只是一个相对收敛值，不能清楚的掌握边墙左侧收敛和边墙右侧收敛，当隧道变形发生不对称收敛时，该监测系统不能给出准确可靠的判断。

同时施工中客观存在，也是目前不能解决的问题——隧道开挖后、立架、喷浆等这段时间的监测数据是缺失的，施工影响、监测点未设置等原因无法采集。再一方面立架误差和喷射混凝土厚度等原因也会造成理论预留变形量与实际预留变形量不合。

这些因素的存在共同造成监测数据不能准确反应实际变形，不能有效指导初支完成到二衬施工期间的过程变形控制，而通过二衬前断面扫描，初支已经变形侵限等，将对施工指导造成误导。

发明内容

本发明旨在提供一种隧道工程软弱围岩变形监测方法，以解决现有技术中的监测数据不能准确反应实际变形的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种隧道工程软弱围岩变形监测方法，其包括：

a)布点控制：

纵向断面布点：根据围岩等级按隧道纵向断面布置监测点；

横向断面布点：在横向断面内，隧道拱顶下沉点布置于隧道拱顶中线位置；每台阶设置一条水平测线，收敛点布置在各台阶面以上0.5-1.0米，优选0.8米位置；

线形控制：同一横向断面的监测点须在一条环向线上，相邻横向断面监测点须在一条纵向线上；

b)监测元件布设

在步骤a)中的各点布置监测元件，监测元件包括预埋杆、钢板和反光片；预埋杆预埋设置，杆头露出端连接所述钢板；钢板上连接反光片，用于反射扫描光以反馈其位置；

c)监测过程：

监测过程包括初始监测、初始扫描和过程监测；

初始监测：喷射混凝完成后2小时内完成初次监测，包括获取拱顶下沉值、净空收敛沿线相对收敛值、测点初始坐标值及测点高程；

初始扫描：初次监测完成2小时内完成断面初始扫描，将扫描获得的断面结果与标准断面比较，以确定测点施工误差和开挖到喷射期间的校正值，计算预留变形量剩余值；其中，所述标准断面为按预留变形量放大后的拱墙开挖断面；

过程监测为：按确定的监测频率进行监测，包括获取拱顶下沉值、净空收敛沿线相对收敛值、测点坐标值以及测点高程值，并计算测点本次相对上次的绝对位移变化值、高程变化值、变化速度、累计值以及预留变形量剩余值；

根据获得数据评价和监测隧道变形状态。

由此，本发明提供的隧道工程软弱围岩变形监测方法，能够掌握隧道两侧的不对称收敛情况，并且真实掌握监测点在理论开挖断面(包括加大预留变形量的真实开挖理论断面)及喷浆支护完成2小时后施工真实断面(含有施工误差、开挖支护期间的变形)的变形关系：单侧有效预留变形量＝理论预留变形量-施工后扫描断面超挖值，两个差值都是基于理论断面；有效剩余预留变形量＝单侧有效预留变形量-过程监测收敛值，通过该有效剩余预留变量值，能够有效指导软岩施工。

由此，本发明提供的隧道工程软弱围岩变形监测方法，能够使得隧道施工过程围岩监测数据更加真实、接近实际，提供可靠的数据正确指导施工，把开挖、立架及喷浆期间的变形数据和安装钢架的施工误差等综合考虑后，得到真实预留变形量和过程收敛变形值之间的关系，同时也解决了隧道不对称收敛变形情况，能清晰地掌握隧道收敛变形，便于下步正确指导施工，规避了因监测数据采集不全和施工误差等原因造成监测数据反应结果与断面扫描结果不吻合，误导施工。

在一种实施方式中：

在监测点后预埋角钢进行保护，防止机械撞击使监测点发生位移。

在一种实施方式中：

在过程监测中，如果发现监测点被破坏，则及时恢复并继续监测，重新扫描断面并修正累计剩余预留量。

在一种实施方式中：

根据位移速度与量测点距掌子面距离共同确定监测频率，确定方法如下：

对于位移速度≥5mm/d或者量测点距掌子面距离≤1倍洞宽的点，该点监测频率确定为2次/d；

对于位移速度1～5mm/d或者量测点距掌子面距离1～2倍洞宽的点，该点监测频率确定为1次/d；

对于位移速度0.5～1mm/d或者量测点距掌子面距离2～3倍洞宽的点，该点监测频率确定为1次/2d；

对于位移速度0.2～0.5mm/d或者量测点距掌子面距离3～5倍洞宽的点，该点监测频率确定为1次/3d；

对于位移速度＜0.2mm/d或者量测点距掌子面距离＞5倍洞宽的点，该点监测频率确定为1次/7d。

在一种实施方式中：

监测范围包括仰拱和掌子面所有监测点，以及已挂防水板拱墙防水板端头至仰拱端头范围；

但是对于连续3次变形速率小于0.2mm/d的断面可停止监测。

在一种实施方式中：

根据步骤c)获得的数据，绘制时态曲线，进行回归分析，预测最终沉降量及达到侵限的时间，用于决定调整工序和衬砌时间。

在一种实施方式中：

所述监测元件的预埋杆为直径22mm、长40cm的钢筋，且上连接的钢板为5cm×5cm厚1cm板件；预埋杆的杆头露出长度35mm；反光片连接于钢板上。

在一种实施方式中：

隧道喷射砼前用塑料袋包裹钢板以避免被砼包裹，喷射砼完成后拆除塑料袋，安装反光片。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中提及之附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为隧道拱顶处监测元件的布置图；

图2为隧道侧面处监测元件的布置图；

图3为初始采集的断面图；

图4为过程监测中断面图。

图标：10-监测元件；11-预埋杆；12-钢板；13-反光片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本发明的描述中若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

参见图1，本实施例提出一种隧道工程软弱围岩变形监测方法，其包括：

a)布点控制：

纵向断面布点：根据围岩等级按隧道纵向断面布置监测点；一般Ⅴ级围岩5米，Ⅳ级围岩10米，特殊情况根据需要加密布置；

横向断面布点：在横向断面内，隧道拱顶下沉点布置于隧道拱顶中线位置；每台阶设置一条水平测线，收敛点布置在各台阶面以上0.5-1.0米，如选择0.8米位置；

线形控制：同一横向断面的监测点须在一条环向线上，相邻横向断面监测点须在一条纵向线上；

b)监测元件布设

在步骤a)中的各点布置监测元件10，监测元件包括预埋杆11、钢板12和反光片13；预埋杆预埋设置，杆头露出端连接所述钢板；钢板上连接反光片，用于反射扫描光以反馈其位置；可选地，所述监测元件的预埋杆为直径22mm、长40cm的钢筋，且上连接的钢板为5cm×5cm厚1cm板件；预埋杆的杆头露出长度35mm；反光片连接于钢板上。隧道喷射砼前用塑料袋包裹钢板以避免被砼包裹，喷射砼完成后拆除塑料袋，安装反光片。监测元件的布置见于图1和图2；

c)监测过程：

监测过程包括初始监测、初始扫描和过程监测；

初始监测：喷射混凝完成后2小时内完成初次监测，包括获取拱顶下沉值、净空收敛沿线相对收敛值、测点初始坐标值及测点高程；

初始扫描：初次监测完成2小时内完成断面初始扫描，将扫描获得的断面结果与标准断面比较，以确定测点施工误差和开挖到喷射期间的校正值，计算预留变形量剩余值；其中，所述标准断面为按预留变形量放大后的拱墙开挖断面；本实施例中，还可根据步骤c)获得的数据，绘制时态曲线，进行回归分析，预测最终沉降量及达到侵限的时间，用于决定调整工序和衬砌时间，初始采集的断面示意图见于图3；图中，靠内的曲线S0为隧道的理论开挖断面曲线；靠外的曲线S1为加大预留变形量的真实开挖理论断面曲线，其相对理论开挖断面曲线预留了一定的变形量，曲线S0的拱顶位置、两侧分别设置监测点；

过程监测为：按确定的监测频率进行监测，包括获取拱顶下沉值、净空收敛沿线相对收敛值、测点坐标值以及测点高程值，并计算测点本次相对上次的绝对位移变化值、高程变化值、变化速度、累计值以及预留变形量剩余值；过程监测断面示意图见于图4，图中箭头指示理论设计曲线上圆点的检测点的位移方向，可以看出，其属于一种不对称的沉降。通过计算，单侧有效预留变形量＝理论预留变形量-施工后扫描断面超挖值，两个差值都是基于理论断面；有效剩余预留变形量＝单侧有效预留变形量-过程监测收敛值，通过该有效剩余预留变量值，能够有效评价和监测隧道变形状态，用于指导软岩施工。

本实施例中，还可建立变形预警机制。其中，变形预警包括：

(1)变形速率预警：变形速率达到3mm/d须黄色预警；变形速率达到5mm/d须橙色预警并采取措施；变形速率达到10mm/d须红色预警，暂停施工并采取措施。

(2)累计变形预警：累计修正后的剩余预留量小于预留变形量:2/3时，须黄色预警，立即进行一次断面扫描，确认监测点以外其他部位变形情况，确定采取措施抑制变形发展措施；监测点累计修正后的剩余预留量小于预留变形量的1/3时，须橙色预警，立即进行一次断面扫描，确定采取措施抑制变形发展措施；个别监测点累计修正后的剩余预留量小于零时，须红色预警，立即进行一次断面扫描，暂停施工并采取措施。

本发明提供的隧道工程软弱围岩变形监测方法，能够使得隧道施工过程围岩监测数据更加真实、接近实际，提供可靠的数据正确指导施工，把开挖、立架及喷浆期间的变形数据和安装钢架的施工误差等综合考虑后，得到真实预留变形量和过程收敛变形值之间的关系，同时也解决了隧道不对称收敛变形情况，能清晰地掌握隧道收敛变形，便于下步正确指导施工。

由此，本发明的隧道工程软弱围岩变形监测方法能清楚的掌握隧道施工过程软弱围岩不对称变形情况，规避了因监测数据采集不全和施工误差等原因造成监测数据反应结果与断面扫描结果不吻合，误导施工。

为避免监测点施工中被破坏，在监测点后预埋角钢进行保护，防止机械撞击使监测点发生位移。当然，若在过程监测中，如果发现监测点被破坏，则及时恢复并继续监测，重新扫描断面并修正累计剩余预留量。

前速的监测频率可根据位移速度与量测点距掌子面距离共同确定监测频率，确定方法如下：

对于位移速度≥5mm/d或者量测点距掌子面距离≤1倍洞宽的点，该点监测频率确定为2次/d；

对于位移速度1～5mm/d或者量测点距掌子面距离1～2倍洞宽的点，该点监测频率确定为1次/d；

对于位移速度0.5～1mm/d或者量测点距掌子面距离2～3倍洞宽的点，该点监测频率确定为1次/2d；

对于位移速度0.2～0.5mm/d或者量测点距掌子面距离3～5倍洞宽的点，该点监测频率确定为1次/3d；

对于位移速度＜0.2mm/d或者量测点距掌子面距离＞5倍洞宽的点，该点监测频率确定为1次/7d。

本方案中的监测范围包括仰拱和掌子面所有监测点，以及已挂防水板拱墙防水板端头至仰拱端头范围；但是对于连续3次变形速率小于0.2mm/d的断面可停止监测。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种隧道工程软弱围岩变形监测方法，其特征在于，包括：

a)布点控制：

纵向断面布点：根据围岩等级按隧道纵向断面间距布置监测点；

横向断面布点：在横向断面内，隧道拱顶下沉点布置于隧道拱顶中线位置；每台阶设置一条水平测线，收敛点布置在各台阶面以上0.5-1.0米位置；

线形控制：同一横向断面的监测点须在一条环向线上，相邻横向断面监测点须在一条纵向线上；

b)监测元件布设

在步骤a)中的各点布置监测元件，监测元件包括预埋杆、钢板和反光片；预埋杆预埋设置，杆头露出端连接所述钢板；钢板上连接反光片，用于反射扫描光以反馈其位置；

c)监测过程：

监测过程包括初始监测、初始扫描和过程监测；

初始监测：喷射混凝土 完成后2小时内完成初次监测，包括获取拱顶下沉值、净空收敛沿线相对收敛值、测点初始坐标值及测点高程；

初始扫描：初次监测完成2小时内完成断面初始扫描，将扫描获得的断面结果与标准断面比较，以确定测点施工误差和开挖到喷射期间的校正值，计算预留变形量剩余值；其中，所述标准断面为按预留变形量放大后的拱墙开挖断面；

过程监测为：按确定的监测频率进行监测，包括获取拱顶下沉值、净空收敛沿线相对收敛值、测点坐标值以及测点高程值，并计算测点本次相对上次的绝对位移变化值、高程变化值、变化速度、累计值以及预留变形量剩余值；基于线路中线，左右两侧分开监测，以掌握不对称收敛；根据获得数据评价和监测隧道变形状态。

2.根据权利要求1所述的隧道工程软弱围岩变形监测方法，其特征在于：

在监测点后预埋角钢进行保护，防止机械撞击使监测点发生位移。

3.根据权利要求1所述的隧道工程软弱围岩变形监测方法，其特征在于：

在过程监测中，如果发现监测点被破坏，则及时恢复并继续监测，重新扫描断面并修正累计剩余预留量。

4.根据权利要求1所述的隧道工程软弱围岩变形监测方法，其特征在于：

监测范围包括仰拱和掌子面所有监测点，以及已挂防水板拱墙防水板端头至仰拱端头范围；

但是对于连续3次变形速率小于0.2mm/d的断面可停止监测。

5.根据权利要求1所述的隧道工程软弱围岩变形监测方法，其特征在于：

根据步骤c)获得的数据，绘制时态曲线，进行回归分析，预测最终沉降量及达到侵限的时间，用于决定调整工序和衬砌时间。

6.根据权利要求1所述的隧道工程软弱围岩变形监测方法，其特征在于：

所述监测元件的预埋杆为直径22mm、长40cm的钢筋，且其 上连接的钢板为5cm×5cm厚1cm板件；预埋杆的杆头露出长度35mm；反光片连接于钢板上。

7.根据权利要求6所述的隧道工程软弱围岩变形监测方法，其特征在于：

隧道喷射砼前用塑料袋包裹钢板以避免被砼包裹，喷射砼完成后拆除塑料袋，安装反光片。

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