CN112523806A - 一种上下层重叠隧道初支及衬砌施工的监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种上下层重叠隧道初支及衬砌施工的监控方法，包括如下步骤：(1)沿隧道长度方向设置多个监测断面，在每个监测断面布置和埋设监测感应器，监测感应器包括围岩压力盒、多点位移计、混凝土应力计、钢筋应力计和钢架应变计；(2)现场数据采集；(3)数据处理及分析。本发明的监控方法精度和敏感度高，能进行系统、全面、长期的监控量测，掌握特殊隧道结构衬砌结构与支护受力特征，选择合理的衬砌形式及支护参数，实现信息化设计与施工，保证隧道结构的稳定与安全，使隧道工程达到经济、合理和可靠的目的。
Description
技术领域
本发明涉及隧道与地下工程技术领域，特别涉及一种上下层重叠隧道初支及衬砌施工的监控方法。
背景技术
隧道工程主要是指修建地下、水下、山体建筑物，进行的一系列建设工作，因为其修建地点的不同及形式不同造成所遇地质状况，水文状况，以及设计意图的不同，施工的难度也有高低之分。上下层重叠隧道工程在交通建设中越来越频繁的出现，在修建过程中可能会遇到地质复杂和稳定性差的围岩，如V级围岩容易破碎，稳定性差，且上层地下水以基岩裂隙水为主，水量大。上下层重叠隧道独特的双层设计，在施工过程中上下层最小岩净距很小，施工难度极大，无论是在上层隧道还是下层隧道施工过程中，由于机械设备、已开挖隧道等的作用，对现在施工隧道初支或衬砌结构都有较大的影响，所以，在施工过程中需要及时进行监控。
现有的隧道监控量测方法是在开挖后，施作初期支护前预埋监控量测点，通过全站仪进行检测，提供隧道结构的变形特性，从而判断隧道的变形是否在允许范围内，为施工提供理论依据。现有的这种监控方法受人为因素影响比较大，且监控过程中，隧道施工会影响预埋监控量测点和基准点的稳定，现场检测和施工相互干扰，无法监测到施工过程的隧道结构的数据，很容易导致地质和支护状态观察不及时。此外，上下层重叠的隧道对监控量测的精度和灵敏度要求极高，现有的检测方法无法达到这种隧道的监控要求。因此，目前缺少一种监控方法，能对上下层重叠的隧道的施工进行全面的监控，及时提供隧道结构的变形特性，用于指导隧道的初期支护的稳定性及衬砌的施作，保障隧道能够安全建成。
发明内容
本发明的目的在于采用现有的监控方法对上下并行明洞、重叠隧道结构的芭蕉沟隧道工程进行监控精度以及敏感度达不到要求的问题，提供了一种上下层重叠隧道初支及衬砌施工监控方法，该监控方法监控量测的精度和敏感度高，能进行系统、全面、长期的监控量测，掌握特殊隧道结构衬砌结构与支护受力特征，选择合理的衬砌形式及支护参数，实现信息化设计与施工，保证隧道结构的稳定与安全，使隧道工程达到经济、合理和可靠的目的。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种上下层重叠隧道初支及衬砌施工的监控方法，包括如下步骤：
(1)沿隧道长度方向设置多个监测断面，在每个监测断面布置和埋设监测感应器，所述监测感应器包括围岩压力盒、多点位移计、混凝土应力计、钢筋应力计和钢架应变计；所述围岩压力盒和多点位移计设置于围岩层，所述混凝土应力计布置于初支混凝土和/或衬砌混凝土内，所述钢筋应力计布置于衬砌混凝土内，所述钢架应变计布置于初支混凝土内；
(2)现场数据采集；
(3)数据处理及分析。
本发明所述的监控方法通过沿着隧道长度方向设置多个监测断面，每个监测断面布置和埋设监测感应器，每个监测断面的监测感应器能实时采集施工过程中隧道结构的信息，对隧道结构中围岩压力、混凝土应力、钢筋应力、钢架应变等数据进行全面的监测，通过对数据的统计和分析能得到支护构件内力的动态变化，掌握特殊隧道结构衬砌结构与支护受力特征。本发明的监控方法精度和敏感度高，进行系统、全面、长期的监控量测，能及时地提供隧道结构的变形特性和发现隧道施工的问题，是隧道施工的重要参考数值，用于指导隧道的初期支护的稳定性及衬砌的施作，选择合理的衬砌形式及支护参数，实现信息化设计与施工，保证隧道结构的稳定与安全，使隧道工程达到经济、合理和可靠的目的。
进一步，在每个监测断面上所述监测感应器还包括沉降收敛计，所述沉降收敛计设置于隧道内表面。更进一步，每个监测断面上的所述沉降收敛计至少有三个。
进一步，所述混凝土应力计布置于衬砌混凝土内，初支混凝土内没有布置所述混凝土应力计。
进一步，每个监测断面上的所述围岩压力盒至少有三个，每个监测断面上的所述多点位移计至少有六个。
进一步，每个监测断面上的所述混凝土应力计、所述钢筋应力计和所述钢架应变计均至少有四个。
进一步，在每个监测断面上，所述围岩压力盒和所述多点位移计固定于多根支撑杆上，所述支撑杆设置于围岩层，每根所述支撑杆的长度由需要监控的围岩深度决定，每根所述支撑杆上的所述围岩压力盒至少有一个，每根所述支撑杆上的所述多点位移计至少有两个。
更进一步，所述支撑杆上还固定有支撑杆应力计，每根所述支撑杆上的所述支撑杆应力计至少有两个。在埋设施工过程中，先将每根所述支撑杆上的所述围岩压力盒、所述多点位移计和所述支撑杆应力计排布到所述支撑杆上并固定，然后在将所述支撑杆埋设到围岩中。
更进一步，埋设在围岩中的所述支撑杆长度方向与隧道内表面切线方向垂直，是指所述支撑杆长度方向与埋设所述支撑杆位置处对应的隧道内表面切线方向垂直。
更进一步，所述支撑杆为锚杆。
进一步，在每个监测断面上，所述混凝土应力计和所述钢筋应力计设置于衬砌混凝土内，所述混凝土应力计和所述钢筋应力计均至少有六个，所述钢架应变计至少有六个。
进一步，在每个监测断面上，所述监控感应器布置于隧道圆周的0、90、180、 270度的方向上，每个方向上均设置有一个所述围岩压力盒、三个所述多点位移计、所述两个所述混凝土应力计、两个所述钢筋应力计和两个所述钢架应变计，所述混凝土应力计和所述钢筋应力计设置于衬砌混凝土内，所述钢架应变计设置于初支混凝土内。更进一步，所述沉降收敛计布置于隧道圆周的0、90、270 度的方向上，每个方向上均设置有一个所述沉降收敛计。
进一步，所述监测感应器与数据采集器电连接，用于定期采集数据，所述数据采集器设置于隧道内。
进一步，所述数据采集器为集线箱，所述监测感应器与所述集线箱通过导线连接，所述集线箱中的数据处理器能对采集的信息进行处理并显示在所述集线箱的显示屏上。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明的监控方法精度和敏感度高，进行系统、全面、长期的监控量测，能及时地提供隧道结构的变形特性和发现隧道施工的问题，用于指导隧道的初期支护的稳定性及衬砌的施作，选择合理的衬砌形式及支护参数，实现信息化设计与施工，保证隧道结构的稳定与安全，使隧道工程达到经济、合理和可靠的目的。
2、本发明的监控方法不会受施工过程的影响，在隧道建成后可继续使用，在隧道运营过程中依旧可提供隧道结构的变形特性，隧道管理人员可根据发明的问题采取相应的措施，保证隧道、人员和设备等的安全。
附图说明：
图1为本发明上下层重叠隧道示意图；
图2为本发明实施例1中下层隧道监测感应器的断面分布示意图；
图3为本发明实施例1中图2的A部放大图；
图4为本发明实施例1中图2的B部放大图；
图中标记：1-围岩层，2-初支混凝土，3-衬砌混凝土，4-支撑杆，11-多点位移计，12-支撑杆应力计，13-围岩压力盒，14-钢架应变计，15-钢筋应力计， 16-混凝土应力计，17-收敛沉降计，5-上层隧道，6-下层隧道。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1所示的是一种上下层重叠隧道，围岩为V级围岩，容易破碎，稳定性差。
一种上下层重叠隧道初支及衬砌施工的监控方法，包括如下步骤：
(1)沿隧道长度方向设置多个监测断面，在每个监测断面布置和埋设监测感应器，监测感应器包括围岩压力盒13、多点位移计11、混凝土应力计16、钢筋应力计15和钢架应变计14；围岩压力盒11和多点位移计12设置于围岩层1，混凝土应力计15布置于初支混凝土2和/或衬砌混凝土3内，钢筋应力计16布置于衬砌混凝土3内，钢架应变计14布置于初支混凝土2内。
进一步，在每个监测断面上，围岩压力盒13至少有三个，多点位移计11 至少有六个；混凝土应力计16、钢筋应力计15和钢架应变计14均至少有四个。
在每个监测断面上，围岩压力盒13和多点位移计11固定于多根支撑杆4 上，支撑杆4设置于围岩层1，埋设在围岩层1中的支撑杆4长度方向与隧道内表面切线方向垂直，每根支撑杆4上的围岩压力盒13为至少一个，每根支撑杆 4上的多点位移计11为至少两个。在一些实施例中，支撑杆4上还固定有支撑杆应力计12，每根支撑杆4上的支撑杆应力计12为至少两个。
进一步，在每个监测断面上，监测感应器还包括沉降收敛计17，沉降收敛计17设置于隧道内表面，沉降收敛计17为至少三个。
图2展示的是下层隧道中每个监测断面的监测感应器分布图，上层隧道的监测感应器布置和下层隧道相同。本实施例中，每个监测断面上布置有监测感应器，其中围岩压力盒13、多点位移计11和支撑杆应力计12布置于隧道圆周的0、45、90、120、240、270、315度的方向上，每个方向上均设置有一个围岩压力盒13、三个多点位移计11和五个支撑杆应力计12，如图3所示。在埋设施工过程中，本实施例的支撑杆4采用的是锚杆，锚杆的长度由需要监控的围岩深度决定，先将每根锚杆上的围岩压力盒13、多点位移计11和支撑杆应力计12排布到锚杆上并固定，然后在围岩的埋设位置处钻孔，钻孔方向垂直于埋设锚杆位置处所对应的隧道内表面切线方向，钻孔深度略大于锚杆长度。钻孔完成后，将固定了围岩压力盒13、多点位移计11和支撑杆应力计12的锚杆放入孔中，再注入微膨胀注浆料对孔进行填充。
如图3所示，在每个监测断面上，混凝土应力计16、钢筋应力计15和钢架应变计14布置于隧道圆周的0、45、90、120、150、180、210、240、270、315 度的方向上，每个方向上均设置有两个混凝土应力计16、两个钢筋应力计15和两个钢架应变计14，混凝土应力计16和钢筋应力计15设置于衬砌混凝土3内，钢架应变计14设置于初支混凝土2内。沉降收敛计17布置于隧道圆周的0、45、 90、270、315度的方向上，每个方向上均设置有一个沉降收敛计17。
(2)现场数据采集。监测感应器与数据采集器电连接，用于定期采集数据，数据采集器设置于隧道内。本实施例中，数据采集器为集线箱，监测感应器与集线箱通过导线连接，集线箱中的数据处理器能对采集的信息进行处理并显示在集线箱的显示屏上。
数据采集是由专业的数据采集工程师每日定期采集数据，每次采集数据后对原始数据进行校核和整理，包括原始数据的检验，物理量的计算、填表、异常值的剔除、初步分析和整编等，并将检验过的数据输入计算机的数据库管理系统。
(3)数据处理及分析。对于采集的数据进行处理，将各个监控位置的数据绘制时态曲线，包括数据随时间和空间变化的曲线，同时结合其他相关的资料进行分析，然后进行数据分析得出结论，为施工提供可靠的建议。
本发明的监控方法通过在每个监测断面上埋设监测感应器，提供隧道结构的受力荷载、应力、应变等数据，通过对数据的统计和分析能得到支护构件内力的动态变化，掌握特殊隧道结构衬砌结构与支护受力特征。本发明的监控方法精度和敏感度高，进行系统、全面、长期的监控量测，能及时地提供隧道结构的变形特性和发现隧道施工的问题，是隧道施工的重要参考数值，用于指导隧道的初期支护的稳定性及衬砌的施作，选择合理的衬砌形式及支护参数，实现信息化设计与施工，保证隧道结构的稳定与安全，使隧道工程达到经济、合理和可靠的目的。同时该监控方法不会受施工过程的影响，在隧道建成后可继续使用，在隧道运营过程中依旧可提供隧道结构的变形特性，隧道管理人员可根据发明的问题采取相应的措施，保证隧道、人员和设备等的安全。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种上下层重叠隧道初支及衬砌施工的监控方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)沿隧道长度方向设置多个监测断面，在每个监测断面布置和埋设监测感应器，所述监测感应器包括围岩压力盒、多点位移计、混凝土应力计、钢筋应力计和钢架应变计；所述围岩压力盒和多点位移计布置于围岩层，所述混凝土应力计布置于初支混凝土和/或衬砌混凝土内，所述钢筋应力计布置于衬砌混凝土内，所述钢架应变计布置于初支混凝土内；
(2)现场数据采集；
(3)数据处理及分析。
2.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，在每个监测断面上所述监测感应器还包括沉降收敛计，所述沉降收敛计设置于隧道内表面，每个监测断面上的所述沉降收敛计至少有三个。
3.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，每个监测断面上的所述围岩压力盒至少有三个，每个监测断面上的所述多点位移计至少有六个，每个监测断面上的所述混凝土应力计、所述钢筋应力计和所述钢架应变计均至少有四个。
4.根据权利要求3所述的监控方法，其特征在于，在每个监测断面上所述围岩压力盒和所述多点位移计固定于多根支撑杆上，所述支撑杆设置于围岩层，每根所述支撑杆上的所述围岩压力盒至少有一个，每根所述支撑杆上的所述多点位移计至少有两个。
5.根据权利要求4所述的监控方法，其特征在于，埋设在围岩中的所述支撑杆长度方向与隧道内表面切线方向垂直。
6.根据权利要求5所述的监控方法，其特征在于，所述支撑杆上还固定有支撑杆应力计，每根所述支撑杆上的所述支撑杆应力计至少有两个。
7.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，在每个监测断面上，所述混凝土应力计布置于衬砌混凝土内，所述混凝土应力计至少有六个，所述钢筋应力计和所述钢筋应力计均至少有六个。
8.根据权利要求7所述的监控方法，其特征在于，在每个监测断面上，所述监控感应器布置于隧道圆周的0、90、180、270度的方向上，每个方向上均设置有一个所述围岩压力盒、三个所述多点位移计、两个所述混凝土应力计、两个所述钢筋应力计和两个所述钢架应变计。
9.根据权利要求1-8任一所述的监控方法，其特征在于，所述监测感应器与数据采集器电连接，用于定期采集数据，所述数据采集器设置于隧道内。
10.根据权利要求9所述的监控方法，其特征在于，所述数据采集器为集线箱，所述监测感应器与所述集线箱通过导线连接，所述集线箱中的数据处理器能对采集的信息进行处理并显示在所述集线箱的显示屏上。
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