巖土工程課程設計

1、巖土工程課程設計學生姓名：學 號：班 級：設計課題：指導教師：引言隧道監(jiān)控測量是新奧法施工的重要技術控制手段之一，其結果主要用于對隧道施工方法的可行性、設計參數(shù)的合理性進行評價，幫助施工技術人員全面了解隧道施工實際圍巖級別和變形特性，從而達到對隧道二次襯砌的施作時間的正確選擇，隧道監(jiān)控測量是保障隧道建設成功必不可少的手段。一、工程概況本工程為市府廣場公交換乘中心改造工程的一部分，由現(xiàn)商城負一層消防通道下穿市府廣場停車場負二層原設計地道總長59.5m,其中明才g框架段17.5m,穿越城市主干道至地下停車場段為隧道工程，長42m樁號1+30.8271+72.827 ,長42項采用“新奧法”原理進行

2、設計，暗挖法施工。地下通道為圓形拱襯砌， 擋墻式洞口，洞內路面采用混凝土路面，通道凈寬6m凈高2.5m,其中開挖高度8.48m,開挖寬度5.6m。結構覆土厚度約為3nl隧道穿越地層為雜填土 (Qm1 和淤泥質雜填土( Q4a1,其中淤黏土為天然含水量大于液限含水量，天然孔隙 比大于或等于1.5的粘性土，屬于靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，經(jīng)生物化學作用形成的一種特殊性土。通道所處位置及斷面設計如圖1和圖2所示。公交換乘中心市府廣場干主隧道中心線圖1 地下通道平面圖二襯I ,初襯二二1圖2地下通道斷面設計圖二、監(jiān)控量測的目的及意義隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測是指在隧道施工過程中，對圍巖和支護、襯砌受力狀態(tài)的 量

3、測。現(xiàn)場監(jiān)控量測是監(jiān)視圍巖穩(wěn)定，判斷支護、襯砌結構設計是否合理，施工 方法是否正確的一種手段；也是保證新奧法安全施工、提高經(jīng)濟效益的重要條件； 為施工中可能有的工程變更提供科學依據(jù)；它貫穿隧道施工的全過程。為此公路隧道施工技術規(guī)范(JTJ 042-94 )中第9.1.1條作出下列規(guī)定：采用復合式 襯砌的隧道，必須將現(xiàn)場監(jiān)控量測項目列入施工組織設計，制定監(jiān)控量測計劃， 并在施工中認真實施。監(jiān)控量測工作必須緊接開挖、支護作業(yè)，按這種要求進行布點和檢測，并根 據(jù)現(xiàn)場情況及時進行調整或增加量測的項目和內容。量測數(shù)據(jù)應及時分析處理， 并將結構反饋到施工過程中。結合本管段隧道的施工特點及設計要求， 特制定

4、隧 道施工監(jiān)控量測作業(yè)指導書，以指導隧道施工。1監(jiān)控測量的目的(1)、通過監(jiān)控量測，了解各施工階段地層與支護結構的動態(tài)變化，明確工程施工對地層的影響程度以及可能產(chǎn)生失穩(wěn)的薄弱環(huán)節(jié)，把握施工過程中結構所處的安全狀態(tài)。(2)、用現(xiàn)場實測的結果彌補理論分析的不足，并把監(jiān)控量測結果反饋到設計和施工中。在是夠過程中，及時掌握地層和支護結構的變位與受力信息， 以便 采取相應的施工技術措施，比如改變施工方法、選擇相應輔助工法、確定二次襯 砌施作時機、調整開挖步序、修正支護參數(shù)等，以避免出現(xiàn)施工事故。(3)、對工程施工可能產(chǎn)生的環(huán)境影響進行全面的監(jiān)控，判斷淺埋暗挖法施工隊周圍環(huán)境的影響程度，尋求預防的辦法。(

5、4)、修改工程設計。監(jiān)控量測除了表明工程的質量狀況外， 研究監(jiān)控量測工程狀況的累積記錄，有助于對工程設計進行修改，并通過觀測數(shù)據(jù)域理論上及試 驗中預測的工程特性指標的比較，了解設計的合理程度。2、量測的意義(1)在施工過程中對前進的開挖工作面附近圍巖的巖石性質、狀態(tài)進行目測， 掌握圍巖動態(tài)，以及圍巖的施工力學性能，了解支護結構在不同工況時的受力狀 態(tài)和應力分布，及時改進支護，對圍巖穩(wěn)定性、安全性作出評價來指導現(xiàn)場施工。(2)通過施工和環(huán)境監(jiān)測進行信息反饋及預測預報，優(yōu)化施工組織設計，指導現(xiàn)場施工，確保隧道施工的安全與質量和工程項目的社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益。(3)驗證支護結構型式、支護參數(shù)的合理性

6、，對支護結構、施工方法的合理性及其安全性作出評價及建議，為確定二次支護時間提供依據(jù)。(4)積累量測數(shù)據(jù)，為信息化設計與施工提供依據(jù)，為修改變更設計、調整施工方法提供科學依據(jù)。三、監(jiān)控量測工作的原則和要求監(jiān)控測量工作必須緊接開挖、支護作業(yè)，應按設計要求進行布點和監(jiān)測，并根 據(jù)現(xiàn)場施工情況及時調整量測項目和內容。 量測數(shù)據(jù)應及時分析處理，并將結果 反饋到施工過程中。監(jiān)控量測應作為施工組織設計一個重要組成部分， 應納入施工工序，并貫穿施 工的全過程，為施工管理及時提供信息。開工前應根據(jù)隧道規(guī)模、地形、地質條件、施工方法、支護類型和參數(shù)、工期 安排以及所確定的量測目的等編制量測計劃。 編制內容應包括：

7、量測項目、量測 儀器選擇、測點布置、量測頻率、數(shù)據(jù)處理、反饋方法及組織機構、管理體系等。 現(xiàn)場應成立專門監(jiān)控量測小組，負責測點埋設、日常監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理和儀器維修 保養(yǎng)工作，并及時將量測信息反饋于設計和施工。四、監(jiān)控量測的內容及控制基準1、監(jiān)控量測手段本標段主要采用精密水準儀、收斂儀、全站儀等先進測量設備對隧道地表沉降、 拱頂下沉、圍巖收斂、斷面變化等監(jiān)控項目進行量測。2、監(jiān)控流程監(jiān)控流程見監(jiān)控量測流程框圖修改支護剛度調整施工程序監(jiān)控量測設計變更設計監(jiān)控量測流程框圖3、監(jiān)控量測程序和項目監(jiān)控量測必測項目表序 號項目名稱方法、要求及工具測試時間115天16天1個月13個 月3個月 以上1地質和支護

8、狀態(tài)觀 察巖性、結構面產(chǎn)狀及支護裂縫 觀察描述，地質羅盤每次機械或人工開挖及初期支護后2洞內周邊水平收斂 位移量測米用隧道周邊位移計量測。開 挖后安設收斂桿件，收斂桿件 埋入土地深度不小于 40cm12次 每天1次每2天12次 每周13次 每月3拱頂卜沉及底部上 鼓、仰拱填充卸局 程測量各測點設固定樁、在開挖或第 一次噴碎完成后迅速完成，米 用水準儀、水準尺超平測量。應和地面相應位直點同時進 行。填充向固定樁在填充碎完 成后設置12次 每天1次每2天12次 每周13次 每月4洞口及淺埋段、洞 頂?shù)乇沓料轀y量米用精密水準儀、碎樁及水準 基點要求按“鐵路測量技術規(guī) 范”。樁底應埋設于凍結線以 下3

9、050cmo沉陷超平按以下 幾個階段進行：（1）進洞前應 將所有縱、橫斷面方向樁全部 超平一次。（2）開挖至量測斷 卸前 20m 10m 5nl 時（3）、 開挖至量測斷面時（4）開挖 超過量測斷面5nl 10nl 20m 時（5）至襯砌前，每天測量 一次。當出現(xiàn)沉陷值突然變大 時，增加測量次數(shù)，進行監(jiān)視。（6）襯砌后，應根據(jù)沉陷情 況繼續(xù)量測一段時間一次 每天監(jiān)控量測選測項目表項目名稱方法及工具測點布置檢測目的檢測頻率支護、襯砌內應 力、表回應力及 裂隙量測混凝土內應變 計、應力計、壓 行每代表性地段量 測，每斷面宜為 9個測點監(jiān)測結構成承受 荷載、了解結構 受力情況，判斷 結構的安全（1）

10、開挖面距監(jiān) 測斷面前后12 時，12次/d（2）開挖面距監(jiān) 測斷回前后30 時，1次/2d（3）開挖面距監(jiān)圍巖內部位移 （洞內設點）洞內鉆孔安設單 點、多點式位移 計每1050m一個斷面，每斷面 5 個測點了解施工過程中 地層不同深度的 變形情況，研究施工引起的地層位移規(guī)律測斷回前后 30 時，1次/周鋼支撐內力及外 力支柱壓力計或其他測力#每1050m鋼拱支撐一對測力計及時掌握地卜-工 程施工過程中， 鋼支撐的內力（彎矩、軸力）二次襯砌壓應力 量測壓力盒每一圍巖段 組每組25個 點每斷面711 個測點了解施工過程中 初期支護結構的 內力分布情況鋼支撐內力及外 力支柱壓力計 或其他測力#每10

11、50m鋼拱支撐一對測力計4、必測項目和選測項目類別監(jiān)測項目監(jiān)測儀器測點布置監(jiān)測頻率必測項目開挖地層與支護結構狀態(tài)地質素描及拱架支護狀態(tài)觀察每一次開挖距開挖面小于2B時每天12次距開挖面小于5B時每兩大1次距開挖面大于5B時每周1次拱頂卜沉水準儀和水準尺每8米一個斷面距開挖面小于2B時每天12次距開挖面小于5B時每兩大1次距開挖面大于5B時每周1次地面沉降水平儀和水準儀每50米或100米一個斷面距開挖面小于 2B時每天12次距開挖面小于 5B時每兩大1次距開挖面大于 5B時每周1次支護周邊凈空收斂收斂計每8米一個斷面、每個斷面2個測點距開挖面小于2B時每天12次距開挖面小于5B時每兩大1次距開挖

12、面大于5B時每周1次選測項目土體與支護結構 問壓力、初襯與 二襯壓力土壓力盒選擇代表性的地段 設監(jiān)測斷面，每個 斷面6個測點距開挖面小于2B時每天12次距開挖面小于5B時每兩大1次距開挖面大于5B時每周1次鋼筋格柵拱架內力鋼筋計選擇代表性的地段 設監(jiān)測斷面，每個 斷面48個測點距開挖面小于2B時每天12次距開挖面小于5B時每兩大1次距開挖面大于5B時每周1次初期支護、二次 支護內力及表面 應力混凝土應變計選擇代表性的地段 設監(jiān)測斷面，每個 斷面813個測點距開挖面小于 2B時每天12次距開挖面小于 5B時每兩大1次距開挖面大于 5B時每周1次孔隙水壓力剛弦式孔隙水壓力計和拱頂卜沉斷面一致距開挖

13、面小于2B時每天12次距開挖面小于5B時每兩大1次距開挖面大于5B時每周1次必測項目(1)開挖底層及支護狀況觀察與描述 觀察檢測開挖地層，同時對其進行描述 和填表，記錄下圍巖中的地質情況：巖性、巖層產(chǎn)狀、裂隙、地下水情況、圍巖 完整性與穩(wěn)定性?，F(xiàn)場可以判斷圍巖級別是否和設計情況吻合，有條件的應采用 拍照攝像，同時測量出地下水的流量；并監(jiān)控圍巖的支護效果。(2)拱頂下沉測量 拱頂下沉測量是在隧道開挖毛洞的拱頂及軸線左右各幾個 個帶掛鉤的錨樁，測樁埋設深度 30cmi鉆孔直徑小42,用快凝水泥或早強錨固 劑固定，測樁頭需設保護罩。該測量通過一個測量相對基準點，用精密水準儀和 測微器、配合鈿瓦合金尺

14、用倒尺法測量拱頂下沉。(3)地面沉降測點通常是施工前在結構對應的地面沿縱向中線位置間隔一定距 離提前布設的。一般選擇若干個有代表性的監(jiān)控量測主斷面， 按一定間隔布設測 點，進行監(jiān)控量測，布點范圍為 2.53.0倍洞徑。測點間距為25米。(4)周邊收斂位移測量 隧道開挖以后，在預設點的斷面，沿隧道周邊部位分 別埋設測線、測樁，測樁埋設深度 30cm,鉆孔直徑 M2,用快凝水泥或早強錨 固劑固定，測樁頭設保護罩。測線每斷面布設上下2條、測樁每斷面2對共4根。采用鋼尺式周邊收斂儀來測量周邊收斂變形。選測項目 隧道選測項目監(jiān)控測量斷面布置3.1.2.1 錨桿軸力測量 錨桿軸力計安裝與拱架應力計安裝基本

15、相同，在錨桿待測部位并聯(lián)焊接鋼筋計，焊接時應對軸力計采取降溫措施。3.1.2.3 圍巖內部位移測量 該測量是用具有35點鉆孔伸長計的多點位移計 進行測量，每一測量斷面布設 35組測點。其目的是了解隧道圍巖的松弛區(qū)、 位移量及圍巖應力分布，為準確判斷圍巖的變化發(fā)展提供數(shù)據(jù)。3.1.2.4 圍巖壓力的測量圍巖壓力測量主要是把壓力盒布設在圍巖與初支中 間，為了測圍巖壓力；另外把壓力盒布設在初支與二襯之間，為了測兩層支護問的壓力。在測點布設實踐中要把測點分別布設在具有代表性的斷面的關鍵部位上，同時對各測點逐一進行編號。在埋設壓力盒時，應該使壓力盒的受壓面朝著圍巖方向。在隧道壁面，如果測圍巖施加給噴碎層

16、的徑向壓力時， 可以用水泥砂漿把壓力盒 固定在巖石面上，然后施作噴碎層，注意請不要使壓力盒和噴碎之間存在間隙， 使得壓力盒與圍巖受壓面在一起貼緊。圍巖壓力測試的主要是為了判斷復合式襯砌中圍巖載荷的大小，為了判斷初期支護與二次襯砌各自分擔圍巖壓力的情況。3.1.2.5 支護混凝土內應力測量 支護混凝土內應力測量是為了了解支護襯砌內 的受力狀態(tài)。在襯砌的內外層鋼筋中成對布設。安裝前要在主筋待測部位將鋼弦 式應力計并聯(lián)焊接上，施工中應注意在焊接中對應力計淋水降溫，同時對應力計 編號并記錄下應力計型號，使用透明膠布將寫在紙上的編號粘貼在導線上。5、監(jiān)控量測點布置及方法淺埋隧道地表沉降觀測點應在隧道開挖

17、前布設。地表沉降測點和隧道內測點應布置在同一斷面里程。沉降測點在隧道兩側量測范圍不應小于 H0+B 其測點布置如下示意圖A基準點地表沉降測點縱向間距隧道埋深與開挖寬度縱向測點間距(mi)2B Ho 2.5B20 50B Ho 2B10 20Hoc B510注：Ho為隧道埋深；B為隧道最大開挖寬度拱頂下沉測點和凈空變化(圍巖收斂)測點應布置在同一斷面，根據(jù)設計要求， V級圍巖每5ml IV級圍巖每10mlm級圍巖每30ml II級圍巖每50m布設一個斷 面，第一個監(jiān)測斷面布置在明暗洞交界里程往洞內方向 2m處，拱頂下沉測點原 則上布置在拱頂軸線附近。隧底隆起觀測點布設在仰拱中心，與拱頂下沉觀測點

18、 在同一量測斷面上。拱頂下沉及凈空變化量測點布置見下圖。6、施工監(jiān)測管理(1)工程施工前，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況(尤其危房建筑)及工程的施工進度，編制詳細的監(jiān)測實施作業(yè)計劃及其相應的保證措施。納入施工生產(chǎn)計劃中的一項 重要內容，同時報請監(jiān)理工程師和業(yè)主批準。(2)成立專門的監(jiān)測小組，保證監(jiān)測人員有確定的時間、 空間和相應的監(jiān)測工具，確保監(jiān)測成果及時準確。(3)施工監(jiān)測緊密結合施工步驟，測出每一施工步驟時的變形影響， 同時計算 出各測點的累計變形。(4)監(jiān)測人員及時整理分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制各種變形和時間的關系曲線，預測變形發(fā)展趨向，及時向總工程師、監(jiān)理和業(yè)主匯報，若發(fā)現(xiàn)異常情況，隨時與監(jiān) 理、業(yè)主聯(lián)系

19、，采取有效措施，做好預防。同時根據(jù)監(jiān)測結果及時調整施工步驟及采取相應的技術措施，確保施工及周圍環(huán)境的安全。五、數(shù)據(jù)處理、分析及應用(1).繪制位移一時間關系曲線，根據(jù)曲線形態(tài)判斷圍巖的穩(wěn)定情況。當位移一時間關系曲線趨于平緩時(如圖A),變形速率不斷下降，表明圍巖趨于 穩(wěn)定，支護是安全的，應進行數(shù)據(jù)處理或回歸分析，推算最終位移掌握位移變化 規(guī)律。當位移一曲線出現(xiàn)反彎點時(如圖B),則表明圍巖和支護已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，此時 應密切監(jiān)視圍巖動態(tài)，并加強支護，必要時暫停開挖C(2)回歸分析由于量測的偶然誤差所造成的離散性，繪制的散點圖是上下波動和不規(guī)則的， 因此必須對量測采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)字處理-回歸分析，

20、采用最小二乘法擬合數(shù) 據(jù)獲得合理的典型曲線，并以相應的數(shù)字公式進行描述?；貧w分析是目前時測數(shù)據(jù)數(shù)學處理的主要方法，通過量測數(shù)據(jù)回歸分析可以預測 最終位移值和位移速率。目前常采用以下函數(shù)作為回歸函數(shù)：對數(shù)函數(shù)：u A Bln t 1指數(shù)函數(shù)：雙曲函數(shù)：AlnB TB toBt0Btu A e etu A Bt1 Bto1 BT式中： u 某一時刻變形值（mm） ；A 、B回歸系數(shù)；t 量測時間；t0 測點初讀數(shù)距開挖時的時間（d） ；T 量測時距開挖時的時間（d） 。監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法對圍巖及支護狀態(tài)觀測，詳細記錄洞內各項作業(yè)、時間與進尺，描繪每一開挖斷面的工程地質斷面和水文地質斷面，記錄描述支護

21、厚度、質量等情況。每周繪制工程地質和水文地質縱向剖面圖。對洞內變形和支護格柵應力，記錄填寫日變化量和累計量的日報表，繪制累計變化量與時間、累計變化量與進尺關系散點圖，按下述函數(shù)關系：（r = A1g （1 + T） (T = A1ge -B/T (T = T/ (A + B T)= A ( e -B/T -eB/T )（r = AT2 + B T + C式中：變形值或應力值；T 量測時間或開挖進尺；A、 B 、 C 回歸常數(shù)。分別對各變形值和應力值進行回歸分析，根據(jù)回歸曲線的擬合好壞程度，即選擇相關系數(shù)或方差最小的函數(shù)為該量測數(shù)據(jù)的回歸擬合曲線，并求得回歸趨勢，對洞室穩(wěn)定和支護狀態(tài)進行預測和判

22、斷。對于地表沉降觀測，除對各斷面最大沉降點進行如同洞內變形觀測點一樣繪制沉降與時間、沉降與進尺關系散點和回歸分析外，尚需繪制各量測斷面各測點的沉降關系即沉降槽曲線，繪制最大沉降點沿隧道縱向的沉降關系曲線。對孔隙水壓力和結構振動測試，記錄填寫日報表，繪制量測值與開挖進尺的關系曲線。六、監(jiān)控量測管理基準圍巖穩(wěn)定性應根據(jù)量測結果按下列指標進行綜合判別：1 ）最大位移；2 ）位移變化速率；3 ）位移速率變化趨勢（加速度）；4 ）初期支護所受的應力、應變、壓力。監(jiān)測項目控制范圍控制標準地表卜沉I、II類圍巖30mmIII、IV類圍巖20mm拱頂卜沉及凈空收斂I類圍巖50mmII類圍巖30mmIII、IV類圍巖20mm位移速度I、II類圍巖5mm/dayIII、IV類圍巖3mm/day建筑物傾