隧道溶洞暗河段二次衬砌的监控量测.doc

隧道溶洞暗河段二次衬砌监测1 2（）摘要：针对某隧道溶洞暗河段地质条件复杂和涌水压力巨大的特点，对隧道的二次衬砌进行了监控量测，并对量测数据进行了分析，查明了其受力的分布情况，为隧道溶洞涌水的彻底整治提供了依据。关键词：二次衬砌，涌水压力，溶洞，隧道监测1 引言隧道全长9418m，工程地质、水文地质条件十分复杂，施工中揭穿了3条暗河，其中2#3#暗河段发育为特大型溶腔暗河，正洞全部在溶洞充填物中通过，初期支护按级整体式衬砌进行了锚喷，边墙采用42小导管注浆支护，并且还设置了全环格栅钢架，然而施工期间由于此段700余米的埋深复杂的特殊的地理位置和暴雨的影响，多次发生特大涌水，最大涌水量一度达到718万m3/d，边墙涌水点处钢拱架严重扭曲变形，有些25cm的钢筋还被强大的水压力剪断，初期支护变形毁坏极为严重，停工达数月之久，损失惨重。为了对水害进行治理，虽然在此段隧道范围内修建环向集水廊道和过水涵洞以及泄水洞进行排水，鉴于2#、3#段复杂的地质条件，溶洞暗河极为发育和20几米深的溶洞充填物，强大的水压力，除采取必要的支护措施如加大二次衬砌的厚度二次衬砌外全环铺设防水板并且加密衬砌内钢筋布置外，还须对其进行监测工作，以确定雨季隧道结构在围岩和外水压力作用下的稳定性。5 监控量测的目的（1）通过现场量测为确保安全通过2#、3#暗河溶洞段以及以后运营的安全提供信息；（2）通过现场量测为确定外水压力保障集水廊道和行洪道以及泄水洞及时排水提供依据；（3）通过现场量测为探索溶洞暗河地段在高水头压力下的衬砌受力变形规律积累资料。3 监控量测的实施3.1 断面位置根据历次涌水的出水点和2#、3#暗河的具体位置有针对性的设置了三个测试断面即D2K193+260、D2K193+281、D2K193+314段面。3.2量测项目及测点布置测试每个断面初期支护与二衬之间的压力，二衬格栅钢筋应力和二衬混凝土应力。具体布置如下：A、TGH型振弦式压力盒（0.5MPa）：测试初期支护与二次衬砌之间压力；埋设位置：在三个测试断面的拱顶、拱腰、拱脚、墙腰、墙角共对称埋设9个。B、GGLJ-25型钢筋应力计：量测隧道整体式衬砌结构内部钢筋应力；埋设位置：在三个断面的拱顶、拱脚、墙腰共对称埋设5个。 C、HGBJ型混凝土应变计：量测隧道整体式衬砌混凝土的应变。埋设位置：在三个断面的拱顶、拱腰、拱脚、墙腰共对称埋设7个。传感器的布置图如下：图1各断面传感器布置混凝土压力盒混凝土应变计钢筋应力计二次衬砌内轨顶面为了防止水的影响，保证测量的准确性和长期监测，传感器全部采用钢弦式，应力和应变值测设通过与之配套的GSJ-2A型智能检测仪来进行的直接读取。3.3 量测频率： 在混凝土浇注后一天即开始量测，第一个月前15天每天测量一次，后15天每2天测量一次，23个月量测间隔时间为5天，3个月后量测间隔时间为10天。4 量测数据整理与分析从2005年3月2#、3#暗河二次衬砌开始施工以来，对埋设的三个断面进行了不间断的量测，取得了宝贵的第一手资料，尤其在2005.5 和2005.6泄水洞涌水期间的量测数据意义更为重要，而后对之进行了详细的分析。4.1从各断面测量结果来看：从各断面的初期支护与二次衬砌间的压应力、二次衬砌内部钢筋应力以及二次衬砌内混凝土应变曲线来看，值都不大。对于压力：D2K193+260断面左侧拱脚和左侧墙腰、墙脚压力稍大；D2K193+281断面右侧墙腰、墙脚压力稍大；D2K193+314断面右侧墙脚压力稍大，达到了0.2Mpa，但还小于设计所允许的安全压力值。对于钢筋计在三个断面的墙腰位置都比较大，但都在25Mpa以下，远远小于钢筋强度。对于砼应变：各个断面变化几乎毫无规律可言，D2K193+260断面除左墙腰和左侧拱脚处为压应变外，其余位置全部为拉应变，且拱顶变化幅度最大；D2K193+281断面几乎全部为压应变，但值都不大；而D2K193+314断面却几乎全部为拉应变，并且和钢筋计变形一致，左右拱腰处变形为最大，达到了100，由可得到起最大值为2.9KPa，对于C25钢筋混凝土结构还是在抗拉强度允许范围之内的。限于篇幅，只给出 D2K193+260断面初衬和二衬间压力随时间变化曲线如下：从曲线中可以看出，在二次衬砌施作完成后的几天之内，各点的压力都经历了一个从大到小的过程，并且相对下降很快，这是由于最初由于砼本身的水化热造成温度生高，砼体积增大，接触面压力自然增大，在4月7号即二衬施作完成后的14天左右下降到最小值，然后随着日期发展又有增大的趋势，但曲线增加幅度比较平缓，然而到了5月26号之后，各测点有一个比较明显的台阶型增幅，随后的日子基本上在这台阶之上，这是因为随着雨季的来临，当地降雨量增多，围岩裂隙含水量增大，外水压力还是对二次衬砌造成了一定的影响，但不太明显，在地质资料上来看，此段正洞全部在溶洞充填物中穿过，但由于距离2#暗河空腔较近，所以水压力不太大。单独分析不同部位的压力曲线，在左侧拱脚和左侧边墙位置压力最大，最大值最初达到了90KPa，其次是右侧拱腰和右边墙中部，而拱顶受力很小，基本上不受力，并且后期变化也不大，这也和实际经验相吻合，灌注砼过程中由于施工原因造成拱顶的空洞或者说封顶不良，必须在后期对之进行注浆加压挤密，但也同时说明了拱顶下沉变形已经基本趋于稳定。图2 D2K193+260断面初衬和二衬间压力随时间变化曲线4.2不同断面同一位置：D2K193+314断面左右拱腰位置、左右侧拱脚、右墙腰位置和底部所受压力和砼变形都较大，并且还没有趋于稳定，从地质资料上看，此处靠近3#暗河，隧道底部充填物达20余米，虽然采用了挖孔桩、托梁等技术通过，但由于充填物太深，还是对整个衬砌造成了一定影响，需要继续观察；D2K193+281断面右墙腰位置各个量测值也较大，并且进入4月份雨季之后还有进一步增长的趋势，从目前测试结果进行指数回归分析，到8月底雨季结束，估计压应力最大值将达到为110KPa，砼应变为40，都在允许范围之内。现给出各断面拱脚二次衬砌砼应变随时间变化曲线和墙脚压力随时间变化曲线：图3 1#、2#、3#断面拱脚二次衬砌砼应变随时间变化曲线图4 1#、2#、3#断面边墙墙脚压力随时间变化曲线4.3 雨季水压对衬砌的影响：由于在二次衬砌外铺设了防水板，基本上可以认为二衬是不透水的，4月份进入雨季之后，最初虽有降雨，但降雨量都不大，其中4月13日、4月14日连降两天中雨，2#暗河水量增大，但所测数据基本上没有多大变化，一个是衬砌背后的竖向盲管排走了一部分流量，再一个是使得隧道周围溶洞区围岩含水趋于饱和，于是随后的暴雨则对之造成了影响。今年泄水洞发生的几次涌水来看，虽然修筑了集水廊道和行洪道，但由于衬砌外侧没能充分灌浆加固围岩，造成一些地方空洞，排水不畅，有一定的水压力，但压力值都不大，主要集中在左侧衬砌墙腰和拱腰位置，这也和2#暗河在隧道左侧水流方向为从左侧流向右侧一致。5.30和6.14涌水量分别达到了434万m3/d和715万m3/d，相对于去年6.25涌水量还有一定差距，所以不排除以后发生更大涌水的可能，那么对二次衬砌的水压力将进一步增大，为了保证以后运营的安全，所以必须对左侧边墙进行探测或钻孔，找出其承受水压力较大位置，从而采取相应措施，从此次量测数据也可以看出，对于复合式衬砌结构，二次衬砌是受力的，对于穿过溶洞充填物地区的隧道，施作二次衬砌加上防水板构成的有效的防水材料，能承受一部分水压力。5 总结总的来说，这次测设是比较成功的，一是检测出正洞左侧由于受2#暗河的影响再加上注浆不严密造成了一定程度的水压，但都在允许范围之内；再就是3#暗河基本在正洞以下和洞底20余米的充填物对衬砌受力造成了一定的影响，由于进行了基底注浆，影响值都不大。这次测试数据与分析结果对于隧道溶洞、暗河的特大涌水的治理提供了有利依据，亦为后期的施工和运营提供了保障。参 考 文 献1夏才初，李永盛.地下工程测试理论与监测技术M.上海：同济大学出版社，19992铁道部专业设计院标准设计管理处主编.铁路隧道结构物设计计算丛书：隧道衬砌M.北京：中国铁道出版社，19813袁红茵. 高速公路隧道混凝土二次衬砌极限承载能力的研究J. 湖南交通科技,2002(9):8283The Monitoring on the Secondary lining of tunnels Karst and Underground river ()Abstract：According to the complicated geologic and waterinflow pressure of ？ tunnels karst and underground river，we give the monitoring to the tunnels secondary lining and analysis the data