一种适用于连拱隧道扩建工程的全过程监测方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于连拱隧道扩建工程的全过程监测方法，属于隧道施工技术领域。确定连拱隧道原位扩建施工过程中应实施的监测项目；采用数值计算的方法，对连拱隧道原位扩建施工过程进行模拟，得到连拱隧道原位扩建施工过程中的变形特征及力学特性，对拟实施的监测项目进行测点布置和监测方法选择；布设监测仪器设备，并进行监测；评价连拱隧道原位扩建施工的安全性。通过多种监测项目多角度地反映连拱隧道原位扩建施工的安全性，可有效保证连拱隧道原位扩建施工的安全；相较于传统监测方法，在进行围岩位移和围岩预收敛变形时，利用既有连拱隧道洞室进行测点布置，操作更简单便捷，监测效果更好。监测效果更好。监测效果更好。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于连拱隧道扩建工程的全过程监测方法


[0001]本专利技术属于隧道施工
，涉及一种适用于连拱隧道扩建工程的全过程监测方法。

技术介绍

[0002]连拱隧道作为公路隧道中常见的隧道形式，在既有公路隧道建设中得到了广泛应用。由于既有连拱隧道通行能力不足，需对其进行改扩建作业，在受实际条件制约下，有时必须对连拱隧道进行原位扩建。
[0003]而目前针对连拱隧道原位扩建的研究过少，尚未形成针对连拱隧道原位扩建工程的监测评价方法，不能有效地保障施工安全，因此迫切地需要一种高效、准确、便捷的适用于连拱隧道原位扩建施工的综合监测评价方法，以保证连拱隧道原位扩建施工安全进行。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种适用于连拱隧道扩建工程的全过程监测方法，在连拱隧道原位扩建施工过程中，对围岩位移、松动圈范围、隧道沉降和收敛、围岩压力、初期支护喷射混凝土应变、钢架应变、二次衬砌钢筋轴力等监测项目进行监控量测，评价施工过程中围岩稳定性并计算衬砌结构安全系数，确保连拱隧道原位扩建施工安全。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种适用于连拱隧道扩建工程的全过程监测方法，该方法包括以下步骤：
[0007](1)确定连拱隧道原位扩建施工过程中应实施的监测项目；
[0008](2)采用数值计算的方法，对连拱隧道原位扩建施工过程进行模拟，得到连拱隧道原位扩建施工过程中的变形特征及力学特性；
[0009](3)根据各监测项目的常用测点布置方案，结合数值计算得到的变形特征及力学特性，对拟实施的监测项目进行测点布置和监测方法选择；
[0010](4)根据监测测点布置结果，布设监测仪器设备，并进行监测；
[0011](5)对监测得到的结果进行分析，评价连拱隧道原位扩建施工的安全性。
[0012]可选的，所述(1)中，为研究开挖过程对围岩稳定性的影响，测定原位扩建施工过程中的围岩位移和围岩预收敛变形；
[0013]为根据开挖过程中围岩松动圈范围验证支护设计的合理性并动态调整支护参数，测定原位扩建施工过程中的松动圈范围；
[0014]以特征点位移突变作为评价围岩稳定性的指标，定量评价对开挖过程中的围岩稳定性，对施工过程中洞身沉降及收敛进行监测；
[0015]通过衬砌内力结果计算安全系数，定量评价衬砌结构安全性，对施工过程中初期支护喷射混凝土应变、钢拱架应变以及二次衬砌钢筋轴力进行监测。
[0016]可选的，所述(2)中，采用数值计算模拟连拱隧道原位扩建施工时，根据拟监测项目的特点，分别按荷载—结构法和地层—结构法进行数值计算；洞身沉降及收敛的测点布
置参考地层—结构法计算结果确定，初期支护喷射混凝土应变、钢拱架应变以及二次衬砌钢筋轴力的测点布置参考荷载—结构法计算结果确定；
[0017]采用地层—结构法对连拱隧道原位扩建施工总流程进行模拟时，连拱隧道原位扩建工程工序如下：左洞回填加固—施作左侧初期支护—拱部右侧注浆加固—拱部右侧开挖—右洞部分既有结构拆除—施作右侧初期支护—拱部注浆加固—左洞部分既有结构拆除—拱部开挖—施作拱部初期支护—拆除剩余既有结构—仰拱开挖—施作仰拱初期支护—施作二次衬砌及其他附属结构；
[0018]统计并分析地层—结构法计算中开挖断面的变形特征，统计开挖过程完成后隧道断面的最大水平、竖向位移以及对应发生的位置；
[0019]荷载—结构法计算中断面最终弯矩内力结果，统计弯矩内力图中拱顶、左右拱肩、左右边墙、左右墙角及仰拱各位置弯矩极值出现的对应断面位置。
[0020]可选的，所述(3)中，采用单孔—双收声波测试法对原位扩建隧道进行松动圈测试；通过文献调研寻找与本工程地质条件相近的新建两车道连拱隧道和新建四车道隧道工程案例，调研其松动圈测试布点方案以及测试所得的松动圈范围；原位扩建隧道松动圈测试时，测点布置位置采用新建四车道隧道工程的方式进行；根据原位扩建设计断面轮廓，将新建两车道连拱隧道和新建四车道隧道工程案例的松动圈范围重叠分析，如果在测点布置处，新建两车道连拱隧道松动圈范围大于新建四车道隧道工程，那么该测点的孔径及孔深参数采用新建两车道连拱隧道工程选取，反之，采用新建四车道隧道工程选取。
[0021]可选的，所述(3)中，采用多点位移计监测开挖过程中围岩位移和围岩预收敛变形；围岩位移和围岩预收敛变形测点处分别沿径向和纵向埋设多点位移计，并安放无线振弦采发仪；径向埋设的多点位移计用于测量围岩位移，纵向埋设的多点位移计用于测量围岩预收敛变形，无线振弦采法仪实现监测数据的自动采集；
[0022]在对施作左侧初期支护后的左洞以及施作右侧初期支护后的右洞进行沉降及收敛监测时，将测点布置在数值计算结果中新施作初期支护发生较大沉降或收敛处；仅在当数值计算结果中最大位移结果发生在既有隧道结构或新作临时支护上，且最大位移结果超出30％新施作初期支护上的位移结果时，在既有隧道结构或新作临时支护上最大位移结果发生位置处布置位移测点，否则仅在新施作初期支护布置测点；在测点处安设反光镜，采用全站仪对各测点的沉降及收敛结果进行监测。
[0023]可选的，所述(3)中，采用应变计、钢筋计以及无线振弦采发仪对施工过程中初期支护喷射混凝土应变、钢拱架应变以及二次衬砌钢筋轴力进行自动监测；喷射混凝土应变、钢拱架应变以及二次衬砌钢筋轴力选用相同的测点布置方案，参考荷载—结构法计算所得的断面最终弯矩内力结果，将上述监测项目的测点布置在弯矩内力图中弯矩极值出现的对应位置处；
[0024]综合考虑围岩条件、隧道埋深、施工风险和不良及特殊地质的影响因素对各监测项目进行监测断面选取；其中在进行沉降及收敛监测时，监测断面选取的间隔距离宜与开挖进尺保持一直，当监测结果接近安全预警值或经专家研判具有施工风险时，考虑在该风险段增加沉降及收敛监测断面的布置；在进行松动圈测试时，测试断面尽量选取在各围岩级别代表里程段以及具有特殊及不良地质的隧道里程处；在进行围岩位移及围岩预收敛变形监测时，为反映隧道开挖的空间效应，应将监测断面布置接近隧道中间里程处；在可能出
现施工风险的隧道里程处布置监测断面，以便通过围岩位移及位移预收敛变形监测结果，评价隧道施工安全性；在进行初期支护应变及二次衬砌钢筋轴力监测时，将监测断面布置在支护结构设计时的控制断面里程处以及具有不良及特殊地质出现施工风险的隧道里程处，以保证施工中衬砌结构的安全。
[0025]可选的，所述(4)中，为得到施工全过程中的围岩位移及位移预收敛变形监测结果，在施工开始前，将多点位移计埋设到各监测断面测点布置位置；在设计监测断面里程处，从既有连拱隧道洞室相应里程出发，通过爆破施工，沿径向开挖一段临时施工通道至测点布置处，且临时施工通道尺寸应满足人员设备通行以及施工作业要求；
[0026]当临时施工通道施作完成后，在测点布置处钻孔并埋设多点位移计，在临时施工通道洞壁合适位置开槽并安装一个具有一定强度的铁箱以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于连拱隧道扩建工程的全过程监测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)确定连拱隧道原位扩建施工过程中应实施的监测项目；(2)采用数值计算的方法，对连拱隧道原位扩建施工过程进行模拟，得到连拱隧道原位扩建施工过程中的变形特征及力学特性；(3)根据各监测项目的常用测点布置方案，结合数值计算得到的变形特征及力学特性，对拟实施的监测项目进行测点布置和监测方法选择；(4)根据监测测点布置结果，布设监测仪器设备，并进行监测；(5)对监测得到的结果进行分析，评价连拱隧道原位扩建施工的安全性。2.根据权利要求1所述的一种适用于连拱隧道扩建工程的全过程监测方法，其特征在于：所述(1)中，为研究开挖过程对围岩稳定性的影响，测定原位扩建施工过程中的围岩位移和围岩预收敛变形；为根据开挖过程中围岩松动圈范围验证支护设计的合理性并动态调整支护参数，测定原位扩建施工过程中的松动圈范围；以特征点位移突变作为评价围岩稳定性的指标，定量评价对开挖过程中的围岩稳定性，对施工过程中洞身沉降及收敛进行监测；通过衬砌内力结果计算安全系数，定量评价衬砌结构安全性，对施工过程中初期支护喷射混凝土应变、钢拱架应变以及二次衬砌钢筋轴力进行监测。3.根据权利要求1所述的一种适用于连拱隧道扩建工程的全过程监测方法，其特征在于：所述(2)中，采用数值计算模拟连拱隧道原位扩建施工时，根据拟监测项目的特点，分别按荷载—结构法和地层—结构法进行数值计算；洞身沉降及收敛的测点布置参考地层—结构法计算结果确定，初期支护喷射混凝土应变、钢拱架应变以及二次衬砌钢筋轴力的测点布置参考荷载—结构法计算结果确定；采用地层—结构法对连拱隧道原位扩建施工总流程进行模拟时，连拱隧道原位扩建工程工序如下：左洞回填加固—施作左侧初期支护—拱部右侧注浆加固—拱部右侧开挖—右洞部分既有结构拆除—施作右侧初期支护—拱部注浆加固—左洞部分既有结构拆除—拱部开挖—施作拱部初期支护—拆除剩余既有结构—仰拱开挖—施作仰拱初期支护—施作二次衬砌及其他附属结构；统计并分析地层—结构法计算中开挖断面的变形特征，统计开挖过程完成后隧道断面的最大水平、竖向位移以及对应发生的位置；荷载—结构法计算中断面最终弯矩内力结果，统计弯矩内力图中拱顶、左右拱肩、左右边墙、左右墙角及仰拱各位置弯矩极值出现的对应断面位置。4.根据权利要求3所述的一种适用于连拱隧道扩建工程的全过程监测方法，其特征在于：所述(3)中，采用单孔—双收声波测试法对原位扩建隧道进行松动圈测试；通过文献调研寻找与本工程地质条件相近的新建两车道连拱隧道和新建四车道隧道工程案例，调研其松动圈测试布点方案以及测试所得的松动圈范围；原位扩建隧道松动圈测试时，测点布置位置采用新建四车道隧道工程的方式进行；根据原位扩建设计断面轮廓，将新建两车道连拱隧道和新建四车道隧道工程案例的松动圈范围重叠分析，如果在测点布置处，新建两车道连拱隧道松动圈范围大于新建四车道隧道工程，那么该测点的孔径及孔深参数采用新建
两车道连拱隧道工程选取，反之，采用新建四车道隧道工程选取。5.根据权利要求4所述的一种适用于连拱隧道扩建工程的全过程监测方法，其特征在于：所述(3)中，采用多点位移计监测开挖过程中围岩位移和围岩预收敛变形；围岩位移和围岩预收敛变形测点处分别沿径向和纵向埋设多点位移计，并安放无线振弦采发仪；径向埋设的多点位移计用于测量围岩位移，纵向埋设的多点位移计用于测量围岩预收敛变形，无线振弦采法仪实现监测数据的自动采集；在对施作左侧初期支护后的左洞以及施作右侧初期支护后的右洞进行沉降及收敛监测时，将测点布置在数值计算结果中新施作初期支护发生较大沉降或收敛处；仅在当数值计算结果中最大位移结果发生在既有隧道结构或新作临时支护上，且最大位移结果超出30％新施作初期支护上的位移结果时，在既有隧道结构或新作临时支护上最大位移结果发生位置处布置位移测点，否则仅在新施作初期支护布置测点；在测点处安设反光镜，采用全站仪对各测点的沉降及收敛结果进行监测。6.根据权利要求5所述的一种适用于连拱隧道扩建工程的全过程监测方法，其特征在于：所述(3)中，采用应变计、钢筋计以及无线振弦采发仪对施工过程中初期支护喷射混凝土应变、钢拱架应变以及二次衬砌钢筋轴力进行自动监测；喷射混凝土应变、钢拱架应变以及二次衬砌钢筋轴力选用相同的测点布置方案，参考荷载—结构法计算所得的断面最终弯矩内力结果，将上述监测项目的测点布置在弯矩内力图中弯矩极值出现的对应位置处；综合考虑围岩条件、隧道埋深、施...

【专利技术属性】
技术研发人员：李科，江星宏，刘秋卓，李文锋，程亮，郭鸿雁，
申请(专利权)人：招商局重庆交通科研设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：