隧道施工设计外文翻译.docx

附录附录a： 外文翻译 新意法的设计与施工10.4施工期间监控量测系统的设计施工期间监控量测系统的设计，应基于量测阶段预期出现的变形现象的类型和大小。由于掌子面稳定的重要性，所以当一个隧道设计工程师在设计一个监测系统时，他将拟定一项计划对掌子面核心土的应力应变进行监测并通过对其监测结果进行分析和预测，然后通过这些信息与诊断阶段和处治阶段的预测结构进行对比分析。过程如下： 在掌子面核心土稳定的条件下时(如围岩性质比较坚硬)，工程施工就应该立即大致地对开挖面地层的弹性范围和变形影响进行监测，但是没有必要反复监测和使用的精密的监测仪器，一般是在监测特殊的地质环境出现局部失稳时（例如岩石滑坡或岩石脱落）或者是在围岩性质不连续和出现裂痕的方向平行于隧道轴向需要用到刚性材料时才会用到精密的监测仪器，以此来预防发生岩爆。因此，在这样的情况下通常都会在隧道内每个100米设置系统量测站和监控量测站来达到要求。 (围岩的粘性现象)掌子面核心土虽然可以短期稳定，而且围岩应力在弹塑性范围内，但变形发生会在后期发生，而且是不可忽略的量级。所以设计工程师在施工中通过挤出量测站、主量测站、监控量测站(与隧道埋深有关)及系统量测站，对变形和应力的大小及发展趋势进行及时监测尤为重要。对测量进行校准和完善，这是得到的必要资料的唯一方法，可以此来评估经开挖后掌子面核心土是否充分稳定。其中各种类型的量测站安装使用的频率将取决于当地地理环境和地质构造特征。还应该设置掌子面挤出变形的量测站，因为在整个施工中要随时预测掌子面前方地层发生大幅度的塑性变形或是通过它来选择开挖方式和调控稳定监测技术，这项工作最好在隧道开挖停止7天后进行。如果超前核心土在这种情况下没有充分保护，在过去的许多经验证明其实，在施工中，由于开挖使围岩内部缺少大量岩体将会产生一系列导致隧道不稳定的因素。挤出变形量测站最好在系统量测站安装后，错开四分之一洞径的距离，以便量测掌子面核心土两侧的三维变形。最后，通常每隔2040米监控量测站与系统监测站隔开设置监测阶段所使用的测量仪器滑动变形计滑动变形计是滑动测微计的经济版本，应用广泛，操作简单，坚固可靠。尽管滑动测微计有更高的精度，但滑动变形计0.02毫米/米的精度是可以满足要求的，可以不必采用高精度的滑动测微计。滑动测微计是由一系列外径32mm的pvc管(每节长3m)组成。管和管之间用套管连接组装成一个整体。每隔1m设一个探测点。测管的现场安装需钻约56mm的钻孔，然后用膨胀水泥锚固。探测器的安装是通过球形头，它可以在管内安装的沟槽自由滑动，量测过程也是这样的。m0是指探头与测量点之间的距离，这个值经过机器从测量杆上不间断的传送到位于测量管外的位移传感器上。随后的测量是探头和测量点之间的新的距离（m1），l0的位移l是由m1与m0之间的差值求得。这些测量线上位移的差值就使得变形沿测斜管分布，测量线上的总位移可以通过所有的变形计算出来。 在掌子面核心土不稳定的情况下时（如围岩性质比较松散），在施工阶段如果没有对开挖土体进行适当的控制和加固等超前约束的话，地层的变形就会慢慢变大而导致不稳定。所以设计工程师就应该立即指定安装极为频繁的挤出变形量测站、主量测站、监控量测站和系统量测站（相隔1020米）。通常从围岩稳定状态到围岩失稳状态是很突然的而且变形量很小。如果变形在工程施工中期出现小的特殊变化或是恶化都将会足以引起极其严重和不可逆转的变形，例如会导致掌子面核心土失稳和隧道洞身的塌陷，所以对掌子面的挤出变形的量测是至关重要的。在实际施工中当应力应变状况难以监控时，单是收敛变形是不足以保持围岩的变形效应基本都处于控制范围内以及防止隧道塌方的，这是因为收敛变形处于整个变形过程的最后阶段，因此就出现无法控制的现象，这是隧道洞身周围岩体发生塑性变形的结果。众所周知，塑性变形一旦明显以后就难以控制。另一方面，掌子面的挤出变形是整个变形过程的第一阶段，如果经过妥善的监测的话,它将会出现大量的预收敛变形和收敛变形的现象，但是不会出现隧道塌方的现象，因为它有充足的时间来给隧道进行支护和加固等。监测必须认真地按照具体情况执行。例如当隧道内某区段受大型构造断裂带影响时，可能会遇到各种不同性质的材料和施工组织的混乱等情况，这种情况有时是难以预测。在这种情形下，材料的地质力学预测是十分困难的，尤其是材料的变形性能。模拟计算会变得很困难，只能通过精密仪器量测开挖期间和开挖后的变形的类型和大小。了解地层压力张量也是十分有益的，或者是简单的水平与竖直压力的比例，通常是其中一个压力更大而使结构受力不均。这时必须安装监控量测站进行隧道周边变形的量测，围岩内部位移的量测，以及围岩内部应力的量测，为了确定是否残余应力起作用。这可以根据隧道承受的荷载情况确定是安装主量测站还是监控量测站。如果在可能发生围岩滑坡的地方出现了破裂面或断层时，最好的方法是在围岩各个方向个不连续性处将测量器具综合使用。然后工程师根据特殊的地理环境和地质情况等因素选择测量器械的种类、数量和测量位置。在构造作用强烈的地区，水文地质量测是非常重要的。因为岩性往往在水的渗透以及压力作用下将会方生急剧变化。如果没有得到迅速的控制，强大水力梯度可能会严重影响隧道长期和短期稳定性。监测阶段所使用的量测仪器磁力变形计磁力变形计主要广泛应用于测量施工期间道路路基的垂直沉降位移和大坝的水平位移。它由一对受保护的波纹外套管保护着的检查管组成, （测量点）每隔一定的距离加上金属磁圈。当检查管插入到钻孔内时，金属磁圈就固定到地层中了。测量工作是将一个探头滑入检查管内测量金属磁圈的位置，因此在各个测量点就产生了位移。磁力变形计每个金属磁圈的精确度可以达到 1毫米左右,如果该测量精度达不到的话也要满足整个测量工作以及掌子面核心土的挤出变形的要求。隧道开挖在遇到地下水层时对水的截断是非常重要的，所以要在衬砌后修输水渠道，然后进行系统地分析和测量排水流量。必须弄清楚测压水位变化与弹簧两者在隧道附近产生影响之间的关系。为了建立一个更为贴近实际而且能更好地评估在含水层隧道中排水设备所产生长期影响的水文地质模型，设计工程师也必须监控隧道浅埋段产生的围岩变形以及测量由于隧道开挖深度和水平地面沉降而引起的变形。无论测量的结果是什么，对隧道在穿越下表结构时的施工都特别的重要，例如道路、建筑物或是当在河床下进行开挖工作时。再者，表层结构本身就需要适当的仪器对其监测（表面测角器、不均匀沉降压力表等），通过监测来验证它的原始状况没有变化（绝对沉降和差异沉降监测、监测所有裂缝开放及受振动造成的影响等）。在做好这些后对水文地质情况的监测也要必须进行，在监控隧道如何排除地表水流，并确保在隧道施工中不会出现任何静电干扰和安全问题上的监测工作是不可或缺的。在隧道位于城市地区有可能毁坏一些基础设施时，设计工程师将更注重所有具有实用功能的基础设施。由于地下隧道的通过甚至可能会导致下水道和天然气的泄漏而形成渡槽引起巨大的危险，高压电力线路也会因为受轻微的扰动将不再工作。在这方面使用一个综合监测系统将是不可缺少的，以便交叉测量与数据重复处理能够同时进行，以消除或至少大大减少了因潜在的不准确的测量误差所产生错误的可能性。10.5 隧道在使用时的监测如果该地下工程具有巨大的价值或者可能对周边环境产生正面或负面的影响时，就必须对其安全性和产生的效果进行清晰连续的监测，这项工作的持续时间应该是施工后和其整个使用寿命时间范围内。在几年前这种类型的监测不是很常见，部分原因是在监测中可能要中断工程的使用以便给维修人员时间来采取必要的测量。但是今天，远程遥控自动装置可以测量到关于监测该地下建筑可以正常运行的很多参数。这就意味着一个监测系统可以在施工期间被使用，就能够在多年后还能继续提供数据来保证隧道不受外界影响以及隧道的正常使用。根据隧道的情况在施工时结合现代化的最新信息这种方法使用以后，对地面结构体系的应力应变作用就有了足够的认识，在工程维护和修理的问题上就可以用科学的方法来解决。检测阶段所使用的测量工具单点和多点式位移计单点和多点式位移计是用来测量地层沿钻孔轴线方向的移动，以此来保证洞口处不同深度测量点的数量。是选用单点或是多点位移计取决于它安装的测量点的数量。单点式位移计使用时需要一个有直径约4.5厘米的钻孔，而多点式位移计则需要一个直径约10厘米的钻孔。它们都是用于测量隧道洞室周围岩体的变形。该系统的组成是在地层中钻孔安装锚杆通过钢丝与地表相连接，殷钢和玻璃纤维杆受高强的润滑剂外壳保护。因为殷钢的膨胀系数即大约高于普通钢的十分之一，所以在预计温度将要发生大幅度变化时选用殷钢更好。玻璃纤维杆因为其实用性现在已经被广泛推广（它的伸长量可达到为准备安装的基本的折叠），但是当该测点的安装长度大于70 - 80米它不能用于测量收缩量。玻璃纤维杆可以在保护壳内锚杆点与位移计口之间自由滑动，而它的每一次动作都将被数值比较器或电位仪传感器测量记录下来。施工期间大部分用于监测的的仪器将被安装在测量站，其目的是提到监控量测的质量。尤其是，如果在隧道的使用中采用解释的测量，与类似的测量直进行接比较的的话更容易理解和更有意义。显然这些需要仔细监测服的隧道在使用时最务时将会因为一些随时间变化不稳定因素而受到影响。例如发生隧道滑坡和严重的tectonised，或是在任何情况下受到大量粘性和徐变现象等。对于浅埋隧道洞口段的施工方法应在整个施工工作中进行监测，因为由于周围环境任何时候的大幅扰动它将受到影响（如地震活动的结果）,即使建设完成以后也一样。那哪个才是隧道在运行时最合适的测量呢？在回答这个问题之前我们必须明确一个长期的监测目的。它必须要做到以下几点： 核实监测的作用，要知道所有的监测行为是为了确保地下洞室的稳定性和完整性，是工程设计活得符合规定的安全系数的保证。 给建筑对周围环境的影响进行监测和评估, 特别重视早已存在的水文地质环境的均衡性（监测范围应包括由于地表水位下降可能会使农作业土壤肥力减少或者是在它包含有害物质溶液或悬浮液时存在排水困难现象等潜在的危害）。因此对于隧道使用时的监测应包括获得一些关于隧道洞身周围水文地质条件的变化和稳定器械应力应变状态发生改变的数据。该仪器在施工阶段就已经安装上而不可缺少，可直接测量在初期支护和二次衬砌时的压力分布。设计工程师应该注意那些通常有数据模型预测不了的，特别是以前就存在地应力状态可能出现的不对称荷载。收敛变形的量测在监测工作中占有重要的地位，它包括对衬砌内部轮廓的基本测量以及查明它不会随时间发生变形（即检查隧道断面是否会变成椭圆形）。一般来说测距计、收敛钉和地形指标通常都可以满足这种类型的测量，但是这些系统必须保证对隧道的运行产生的影响很小甚至没有，比如雷达或电视等都可在特定情况下使用。检测阶段所使用的测量工具收敛计收敛计就像是一个用于测量隧道收敛变形参考点的带有螺纹和吊环头的针一样。在收敛计测量时是将它们固定在隧道洞室周围，在对测量面的测量点进行几何布置后，部分收敛计应立即固定于地层内，测量面的测点一般是2个、3个或者是5个。每个测量点采用这样的配置的话就可以使用各种系统来周期性的测量它的收敛变形。最古老和最常用的方法是采用以刻度厘米为单位的殷钢钢丝（收敛线），一旦它连接到一对收敛计的两端，通过一个特殊的测力装置就会带来一个恒定张力。每一对收敛计间的距离可使用机械或者数字化测量仪器读出来最近几年地形测量系统的使用已经非常普遍，以避免现场测量活动受施工的影响。适当的光学目标被安装在收敛计上，而他们之间的距离则使用经纬仪周期性的测量。无论使用什么样的测量方法，最重要的是在收敛计安装好以后能够尽快的调零进入测量工作。当然，如果测量发现有异常情况，设计工程师必须对此作出详细分析，找出其原因采取补救方法恢复测量的原来最好的状态。如果隧道通过大量含水层，当地下水位首次干涸和补充时那么设计工程师监督其过渡期（一般来说时间比较长而且占用较大空间）是非常重要的。这个可以通过在施工开展之前安装网络的水压计来解决，以保证整个隧道施工的连续性。如果隧道开挖前进是处于水动力条件下时，沿隧道路线沉降量可能会相当大, 其中包括整个地区的地基固结现象影响。应同时给予或多或少的各种器械使用说明及数量，但在必须测量的地方也不必提及其环境情况。尽可能采用自动化的方法获取和处理数据是非常可取的办法，在隧道建筑或是对于其使用者来说这是保证对隧道进行定期和系统地测量的进行而对开挖工作不会产生丝毫的干扰的唯一办法。一个典型的数据采集和传输系统的组成（图10.3）： 由电脑控制单元管理测量站的一系列的子系统位于隧道内放在测量站附近一个安全的地方。 许多受微处理器控制的中心装置通过电话点控制和要求各个子系统的工作要与设定的时间表相一致。同事读取在隧道各个不同路段的所有使用仪器的读数至少一次，如果有必要的话要求对每个仪器读数分别单独读取。如果这些仪器位于隧道入口附近的位置，即使在报警信号提示存在潜在危险的情况下时它们都能通过调制解调器连接,通过接收和传输命令完成对话。 操作装置是本系统真正的大脑，通过调制解调器编程管理一个或多个中心装置。隧道的全程监控可以由它来控制并采集数据和进行所有必要的处理。集中化和电脑化的测量使系统的安装技术不断的活跃，当隧道内应力和变形超过临界值时，隧道管理员可通过报警系统来采取安全防范措施，检测阶段所使用的测量工具测斜仪1普通信息的工具测斜仪广泛应用于监测地层的垂直和水平位移以及测量结构位置的变化。它的作用是测量重要点的垂直变化