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連拱隧道圍(wéi)岩變形監測研究
更新時間:2021-04-10 17:51
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連拱隧道圍岩概況介紹
連拱隧道在施工過程中的特點是跨度很大(dà), 結構非常複(fù)雜, 開挖與支護是交錯進行的, 並且受到當地地質(zhì)的影響非常大。以上(shàng)這些特點使(shǐ)得圍岩應力變化和支(zhī)護荷載轉換的處理變得非(fēi)常重要。不少(shǎo)的連拱隧道我(wǒ)國各(gè)地相繼建(jiàn)成, 但是在連拱隧道的設計和施工(gōng)過程中很少有相(xiàng)類似的工(gōng)程設計和施工經驗可以得到借鑒, 特別是在(zài)連拱隧道的圍岩變形方麵,所以對連拱隧道的圍岩變形更應當進一步研究,使其服務於更(gèng)多的工程建設。
進行隧道設計與施工的(de)基礎是對(duì)隧道圍岩進行正(zhèng)確的分(fèn)級,一個符合地下工程實際情況的圍岩分級,能夠在改善地下結構的設計,發展新的隧道施工工藝,降低工程的計價方麵起到舉足輕重的作用,能夠多快好省地修建(jiàn)隧道。隧道圍岩的(de)等級劃分具體如下(xià):
按岩體完整(zhěng)程度的等級劃分:
在隧道開挖過程中,能夠反饋重要信息的就是(shì)圍岩變形。所以我們應當通(tōng)過對岩體結構的位(wèi)移進行實時的監測和(hé)分析(xī),及時對岩體結構(gòu)的穩定性及其變化進行了解,這樣不(bú)僅可(kě)以根據實際需要對其進行穩定性的控製,也可以利用位移反分析(xī)的方法(fǎ)來預測岩體結構荷載,使(shǐ)其在未(wèi)來的施工過程(chéng)中以及投入使用的過程中做到防(fáng)患(huàn)於未然(rán),保證(zhèng)隧道在(zài)施工過程中的安全和工程的質量。
對連拱隧道圍岩變形監測(cè)和分析
1、首先應當編製(zhì)連(lián)拱隧(suì)道圍岩變形的監測和研究的計劃,為(wéi)係統的隧(suì)道開挖後圍岩和支護的變化規律提供(gòng)可靠的依據。
其主要內容包括量(liàng)測方法(fǎ)、量測斷麵的選定、量測斷麵間(jiān)距、量測時間(jiān)以及對其(qí)的評價。量測斷麵間距的確定是這(zhè)樣的,在洞口段和埋深小於二倍坑道半徑的地(dì)段每隔5~10間距設一個量測斷麵,其餘地段根據地(dì)質條件,量測斷麵間距(jù)可適當加大 但(dàn)必(bì)須保證沿隧道軸線每類圍岩至少有一(yī)個量測斷麵。對於地質條件好且收斂值穩定的(de)地段可增長量測斷麵間距; 在圍岩較差、收斂值長期不穩(wěn)定的(de)情況下,要縮小量測斷麵(miàn)間距。同時根據(jù)變形速度(dù)、距工作麵距離確定量測的頻率。在接近超前導坑、地質條(tiáo)件變差或量測值出現異常的情況下,量測頻率加大,必要時間為一小時或更(gèng)短(duǎn)的時(shí)間量1次,反之(zhī)頻率則可以減少。到了後期(qī)量測時,可以(yǐ)確定在幾個月或半年一次的量測頻率。
2、實施測量計劃(huá),獲得精確的測量信息。
在這一過程中我們要注意三個問(wèn)題:①獲得滿足精度(dù)要求的可信的量測信息,如數據等;②在處理數據的(de)基礎上進行正確的預測和反饋,我們可以建立實驗數據表和(hé)作散點圖連成實驗曲線,特別是可以利用回歸分析函(hán)數來獲得有效的數(shù)據;③建立量測的管理體製和相應的管理基準(zhǔn)。下麵我們就來介(jiè)紹用回歸方法進行量(liàng)測和數據整理工作:①根據實驗曲線與標準函數曲線圖的相似程度,確定(dìng)回歸方程的類型,常(cháng)用函數形式比如:雙曲線函數:1/ y = a +b/ x;對數函數;Y=a + blgx 和y=a+b1n(1 + x),指數函數(shù): y=rebx 和y=reb/x。其中a、b為回歸(guī)常數,x為自變量, y為因變量。②運用線性變換的方法求解。如(rú)雙曲線函數(shù) 1/ y = a + b/ x,令u =1 / y, t =1/ x 則u=a+bt ,這(zhè)樣(yàng)就把(bǎ)非線性方程轉化為線性方程(chéng)。對於 y 對(duì) x 的回歸方(fāng)程,若用xi、 yi(i= 1, 2,……, n)表示n組實測數據,可用許多直線方程(chéng) yi = a+ b xi 代表 xi、yi的關係,從中總可以找到一條最佳(jiā)直(zhí)線 =a + bxi,它與(yǔ)全(quán)部散點在y方向的總誤差Q為最小。Q值極小的條件(jiàn)是分別(bié)a和b求(qiú)偏導數為零。③計算回歸方程標準偏差、精度表示(shì)及預測區間:回歸方程標準(zhǔn)偏差(chà)σ= ± Q/ ( n - k);精度表示為 ^y ±kσ;對於給定 x ,當置信度(dù)為(wéi) 95 %時, y 的預測區間為(^y - 2σ,^y +2σ);當置信度為 99 %時,y的預測區間為 (^y - 3σ,^y +3σ),其中(zhōng):k為回歸方程回歸常數數目(mù);^y表示用回歸方程計算(suàn)的y值。
下麵運用以(yǐ)上公(gōng)式以蘭(lán)州至(zhì)杭州(zhōu)高速公路重慶境(jìng)山黃包隧道為例進行數據處理分(fèn)析:根據實例選用對數(shù)函數u=a+b1n(1 + t),令y=u,x=ln(1+t),求解a、b,其中L1=11400mm,L2=11820mm代入得a=(13.95*230.23-36.34*86.54)/(13.952-6*36.34)=-2.85,b=(230.23-13.95*86.54/6)/(36.34-13.952/6)=7.43,則回歸方程可確定為(wéi)u=-2.85+7.43ln(1+t),標準偏差(chà)為σ=±√9.52/(6-2)=±1.5,所以其周2邊收斂量=- 2.85+7.43ln(1+37),拱頂下沉量=3.15+5.07ln(1+37)=21.59mm,回歸周2邊收斂位移值=周(zhōu)2邊收斂量(liàng) / =0.20%,回歸拱頂下沉相對位移值=拱頂下(xià)沉(chén)量/L2=0.18%。以此類推得到有(yǒu)用的(de)工程數據(jù)。
3、收斂側線的布置(zhì)和數量與地質條件、開挖方法、變形速度等因素有關(guān)。
全(quán)斷麵開(kāi)挖應當使其埋深(shēn)於小於2倍洞涇地段或淺埋隧道,或(huò)收斂量測斷麵與(yǔ)其他(tā)兩(liǎng)側項目重合時,采用3到6條(tiáo)側線,一般地段(duàn)采用2到3條側線,但拱(gǒng)腳處必須有一條水(shuǐ)平側線。
連(lián)拱隧道的(de)設計之所以已比較成熟,主(zhǔ)要得益於最近幾(jǐ)年國家對連拱隧道設計和(hé)施工的研究和總結。在生(shēng)活中鐵路公(gōng)路或(huò)其他實際選線中可采用連(lián)拱(gǒng)隧道的(de)設計,特別是在先天條件較好的圍岩地質和地形有利的隧道洞口的地區進行中短隧道的建設時,更加適宜選用連拱隧道技術。希望隨著連拱隧道這一技術的(de)進步,使其(qí)能夠到達(dá)更多更遠的地方特別是邊遠山區,造福更廣的地域(yù)。
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