隧道洞口高边坡变形三维监控研究

1、隧道洞口高边坡变形三维监控研究摘要：本文依托广州某高速隧道为工程背景，采用后方交会的方法 建立一个近似于隧道施工坐标系的相对独立坐标系统，作为隧道洞口高边 坡变形监测的控制网，在三角网基础上进行自山设站观测边坡变形；研究 隧道洞口高边坡三维变形的基本规律和边坡主滑方向的三维变形特征，对 其他工程具有一定的实用价值。关键词：示方交会三维监控变形监测中图分类号：u672. 7+4文献标识码：a0前言某高速隧道洞口边坡地势陡峻，高差30多米的边坡，左、右线洞门 段围料iv级，岩性为强屮风化凝灰岩，夹微风化凝灰岩，富含基岩裂隙 水，局部有渗水现象。边坡岩土层由坡积粉质黏土和强风化凝灰岩两层构 成，属于

2、土质边坡类型。地表受水侵蚀、风化严重，加上在洞口段隧道埋 深较浅和右洞结构偏压，结构上部岩土体难以形成承载拱。洞口仰坡地表 坡面容易受拉开裂、滑坡破坏、坍塌等破坏模式，经地表水侵入，其稳定 性就很难得到保证。因此，洞口段边坡的稳足性是隧道施工监控必须认真 对待的问题。边坡变形监测控制网的建立隧道洞口边坡地势陡，高相差30多米，采用传统的水准仪方式來测量根木行不通。根据边坡变形监测及全站仪的特点，采用后方交会自由设 站的方法建立一个近似隧道坐标系统的监控网，所获得的数据能基本精确 地反映出洞口边坡在隧道前进方向和隧道断面方向的水平位移及总体位 移情况，满足变形监测的需要。后方交会自由设站的方法为

3、：通过两个已知点控制点来建立起三个相 对坐标点的三角控制网，在三角网基础上进行口山设站测量隧道地表沉 降。这种方法优点有： 不受两个已知点的变化和本身两点坐标精度的 影响，增加了坐标的稳定性和准确性； 把已知点增加到3个，精度提 高；不但能知道测点的变化高程，但可以根据坐标的变化预测到边坡滑 移趋势。采用后方交会法建立新的测站点p的精度分析表明：p点坐标中 误差m =±1 min o用相对坐标的自山设站来测量地表沉降注意事项：最 好在一个高平台上，使得仰角变小，减少视差；尽量选择在每一天同一时 间同一个点上设站量测，也输入实际仪器高，使得每次测量的环境变量一 样，减少误差；设置限差坐

4、标x、y和h不超过±0.5nmi ,测量结果误差 不得超过±05mnu从地形分析及测量结果看，al、a2、a3这3个控制点 的位移量很微小，可作为短期内固定点。如果al、a2、a3点每次测量变化 较大或测站点遭到破坏时，建议用线性或其他方法求解出3点的近似值再 使用。同时，为保险起见，可加设另一个点作为检核。鉴于边坡地形陡峭，边坡的监测网共布置5个断面，编号为zl、z2、 z3、y1和y2断面，各监测断面的中心桩号分别是zk56+020、zk56+025、 zk56+03k yk56+040、yk56+046。总共有25个监测点,监测内容应根据 边坡的地质结构、空间形态及所

5、处阶段，选择关键的监测部位，本着少而 精的原则，选择监测参数，注意突出重点，兼顾整体，合理布置监测网点, 选点原则为最能反映边坡滑移最敏感的地方（见图1）,地形特别造成测点 分布比较分散，难以在同一个断面埋多个测点。测点布设要求：在测点位 置挖长、宽、深均为150nini的坑，然后放入地表测点预埋件，埋件采用g 22nnn螺纹钢筋制成，钢筋截面带有十字形状，测点四周用栓填实，待桧固 结后即可量测。图1隧道进口高边坡监测点布置示意2边坡变形监测结果分析隧道进口端左洞口里程桩号zk56+020处地表变形沉降最大值为23 mm；进口端右洞口里程桩号yk56+045处地表变形沉降最人值为31 mm。

6、沉降值最大的主要集中在距洞内中心10m的范围内，z1断面呈口左向右减 少的情况，主要造成原因是这里地层有较大落差；各个断面的地表沉降槽 形分布不太明显，与测点分布不均和高边坡形状有关系。从图2到图4可以看出，边坡变形大致可以总结以下规律：d当上台阶和下台阶挖过监测断面沉降速率较人，最大沉降速率达 到4 mm/d,沉降量达到总沉降量的7587%;2）至t二60天时，左线下台阶离监测断面距离约约为6. 5d （d为隧道跨度），右线下台阶离监测断面距离约为4d后，地表沉降很小，基本稳定；3 ）左线开挖对右洞上方的测点影响不大，同样右线开挖也对左洞上 方的测点影响不大，覆土厚度越大变形也越小，施工对边

7、坡的扰动是有一 定范围的，越远影响就越小。4）边坡的滑移方向以坐标轴x的负方向和坐标轴y的正方向为主， 即隧道纵向出口方向和隧道前进方向的右侧滑移，但变形都比较小，隧道 边坡比较稳定。本节论文主要是研究隧道施工对边坡稳定性的影响，并未考虑隧道边 坡开挖后到进洞这一段时间边坡的沉降量，所以边坡总体的沉降量并不是 很大。此外，利用南方cass7. 0展开每天隧道边坡监控的数据，能快速的 判断隧道边坡的滑移方向和滑移情况。总结隧道边坡三维监测表明边坡位移呈三维特征，隧道变形主要表现为沉 降变形和侧向变形，且隧道垂直方向的位移量最人,边坡的主滑方向以隧 道纵向出口方向和隧道前进方向的右侧滑移，但变形都

8、比较小，隧道边坡 比较稳定；结合洞内靠近洞口段围岩变形数据分析表明，右洞变形较大口 存在偏压情况，反映出边坡变形与靠近洞口段i韦i岩变形是相一致的，可以 作为围岩-边坡体系来研究；靠近洞口段隧道围岩自稳能力较差，隧道开挖 过程中，其沉降变形和水平变形均较人，而边坡变形主要发生在该段隧道 施工阶段，所以隧道开挖过程中应严格控制爆破药量及进尺尺度，并及时 进行效的支护，防止洞顶岩体产生松弛破坏或冒顶而为上部岩体提供变形 空间。此外，如能进一步采用有限元软件flac3d建立三维模型，分析和 比较隧道洞口刷坡后和隧道开挖后岩体的应力特征、位移特征和探讨边坡 的稳定性情况，这样更好。参考文献1 全站仪在隧道开挖施工三维变形监测中的应用.王浩，葛修润. 岩石力学与工程学报(增)j, 1999, (8): 1217 - 12192 隧道洞口边坡变形监测的一种方法j.贾海涛，李全海，尹光辉. 东北测绘，2002, 1 (25) :35 - 373 黄俊，刘学增隧道洞口沉降分析与变形预测j.现代隧道 术，2007,8(44)