一種用于開挖過程中的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體涉及一種用于開挖過程中的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于弧形導(dǎo)坑法或臺(tái)階法開挖的隧道，其特征在于所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由至少五個(gè)位移測(cè)點(diǎn)以及收斂?jī)x構(gòu)成，相鄰的所述位移測(cè)點(diǎn)之間通過所述收斂?jī)x連接以構(gòu)成位移測(cè)量線，所述位移測(cè)點(diǎn)位于所述隧道的監(jiān)測(cè)斷面上。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，測(cè)量精度高，可應(yīng)用于單側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖的隧道中，通過隧道周邊的收斂量測(cè)來直觀反映隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種用于開挖過程中的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體涉及一種用于開挖過程中的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，適用于弧形導(dǎo)坑法或臺(tái)階法開挖的隧道。
【背景技術(shù)】
[0002]弧形導(dǎo)坑法適用于軟弱圍巖大跨度隧道中，該方法的開挖步驟為:第一步進(jìn)行上部環(huán)形導(dǎo)坑開挖，開挖完畢進(jìn)行初期支護(hù)，接下來進(jìn)行邊墻開挖，開挖完畢進(jìn)行邊墻初期支護(hù)，支護(hù)完畢進(jìn)行預(yù)留核心土開挖，預(yù)留核心土及仰拱底部一次開挖到位，緊接著進(jìn)行仰拱底部的初期支護(hù)，初期支護(hù)封閉成環(huán)后立即進(jìn)行仰拱二次襯砌施工，盡快完成底部仰拱填充，拱墻二次襯砌整體澆筑完畢；此類圍巖施工，在完成開挖及初期支護(hù)后，必須立即進(jìn)行仰拱二襯混凝土施工，及時(shí)封閉圍巖。
[0003]臺(tái)階法同樣適用于軟弱圍巖大跨度隧道中，該方法的開挖步驟為:第一步進(jìn)行上部臺(tái)階開挖，開挖完畢對(duì)上部臺(tái)階拱部進(jìn)行初期支護(hù)，接下來進(jìn)行下部臺(tái)階開挖，預(yù)留中部核心土，開挖完畢進(jìn)行邊墻及部分仰拱初期支護(hù)，初期支護(hù)完畢后開挖預(yù)留核心土，然后施作底部仰拱初期支護(hù)，緊接著進(jìn)行底部仰拱二襯施工，盡快完成底部仰拱填充，拱墻二次襯砌整體澆筑完畢；此類圍巖施工，在完成開挖及初期支護(hù)后，必須立即進(jìn)行仰拱二襯混凝土施工，及時(shí)封閉圍巖。
[0004]在隧道的開挖過程中，圍巖與支護(hù)的穩(wěn)定性至關(guān)重要，稍有不慎就會(huì)發(fā)生隧道垮塌，造成人員傷亡的重大安全事故。因此對(duì)于隧道圍巖及支護(hù)的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)十分重要，隧道周邊的收斂情況能夠直觀反映隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通過周邊收斂量測(cè)，可以為隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析提供依據(jù)。
[0005]目前隧道變形監(jiān)測(cè)的方法主要有:(I)通過在隧道圍巖上設(shè)置激光器和光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè)器來進(jìn)行隧道收斂監(jiān)測(cè)，由于采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖隧道對(duì)于隧道穩(wěn)定性有較大影響，而光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè)器需要設(shè)置在穩(wěn)定圍巖上，因此該監(jiān)測(cè)方法并不適用于正在開挖的隧道中；(2)以近景攝像機(jī)為主要設(shè)備的近景變形量測(cè)，該方法所采用的設(shè)備昂貴易損，無法適用于開挖中的隧道；(3)以全站儀為主要設(shè)備的三維變形量測(cè)，但全站儀法用于基準(zhǔn)點(diǎn)的物理狀態(tài)不夠穩(wěn)定，引起測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)誤差很大，而觀測(cè)過程中又沒有進(jìn)行平差處理，所以觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)誤差大于±1.0mm，不能滿足精度要求。
[0006]鑒于此，本領(lǐng)域急需一種用于開挖過程中的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其是用于弧形導(dǎo)坑法和臺(tái)階法開挖的隧道中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種用于開挖過程中的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過在隧道的監(jiān)測(cè)斷面上設(shè)置若干位移測(cè)點(diǎn)，相鄰位移測(cè)點(diǎn)之間通過收斂?jī)x進(jìn)行連接，以量測(cè)隧道監(jiān)測(cè)斷面上的相鄰位移測(cè)點(diǎn)連線方向的相對(duì)位移，以獲知隧道的收斂變形情況。[0008]本實(shí)用新型目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成:
[0009]一種用于開挖過程中的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于弧形導(dǎo)坑法或臺(tái)階法開挖的隧道，其特征在于所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由至少五個(gè)位移測(cè)點(diǎn)以及收斂?jī)x構(gòu)成，相鄰的所述位移測(cè)點(diǎn)之間通過所述收斂?jī)x連接以構(gòu)成位移測(cè)量線，所述位移測(cè)點(diǎn)位于所述隧道的監(jiān)測(cè)斷面上。
[0010]所述位移測(cè)點(diǎn)由嵌入所述隧道圍巖部分的螺紋鋼筋以及設(shè)置于所述螺紋鋼筋端部的鋼筋圈構(gòu)成。
[0011]所述至少五個(gè)位移測(cè)點(diǎn)中的五個(gè)位移測(cè)點(diǎn)的具體位置為:其中一個(gè)設(shè)置于所述隧道的拱頂，還有兩個(gè)分別設(shè)置于所述隧道兩側(cè)邊墻上部的同一水平高度，其余兩個(gè)分別設(shè)置于所述隧道兩側(cè)邊墻下部的同一水平高度。
[0012]所述隧道兩側(cè)邊墻上部的同一水平高度具體指距所述隧道水平中心線上方的
1.5m高度處。
[0013]所述隧道兩側(cè)邊墻下部的同一水平高度具體指距所述隧道設(shè)計(jì)路面上方的1.5m高度處。
[0014]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，測(cè)量精度高，可應(yīng)用于弧形導(dǎo)坑法或臺(tái)階法開挖的隧道中，通過隧道周邊的收斂量測(cè)來直觀反映隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通過計(jì)算隧道周邊收斂速率和預(yù)測(cè)最終位移值，為二次襯砌澆筑選擇最佳時(shí)機(jī)，為隧道施工工藝、支護(hù)襯砌參數(shù)優(yōu)化提供參考。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型中弧形導(dǎo)坑法開挖隧道的順序示意圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型中臺(tái)階法開挖隧道的順序示意圖；
[0017]圖3為本實(shí)用新型中弧形導(dǎo)坑法隧道的位移測(cè)點(diǎn)的布置示意圖；
[0018]圖4為本實(shí)用新型中臺(tái)階法隧道的位移測(cè)點(diǎn)的布置示意圖；
[0019]圖5為本實(shí)用新型中隧道拱頂位移?時(shí)間曲線示意圖；
[0020]圖6為本實(shí)用新型中隧道拱頂位移發(fā)展速率?時(shí)間曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解:
[0022]如圖1-6，圖中標(biāo)記1-5分別為:位移測(cè)點(diǎn)1、位移測(cè)點(diǎn)2a、位移測(cè)點(diǎn)2b、位移測(cè)點(diǎn)3a、位移測(cè)點(diǎn)3b、數(shù)顯收斂?jī)x4、設(shè)計(jì)路面5。
[0023]實(shí)施例:如圖3、4所示，本實(shí)施例具體涉及一種用于開挖過程中的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該隧道采用弧形導(dǎo)坑法或臺(tái)階法開挖，基于此類方法開挖過程中所構(gòu)成的特殊隧道結(jié)構(gòu)，為了監(jiān)控隧道的收斂變形，在隧道內(nèi)設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面分別在隧道的兩側(cè)邊墻上布設(shè)多個(gè)位移測(cè)點(diǎn)，利用數(shù)顯收斂?jī)x，采用一根在重錘作用下被拉緊的普通鋼尺作為傳遞媒介，通過數(shù)顯收斂?jī)x上的顯示屏測(cè)讀隧道周邊某兩點(diǎn)之間相對(duì)位置的變化，并記錄入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫以供分析。
[0024]如圖1所示為采用弧形導(dǎo)坑法開挖隧道的順序示意圖，其中的字母代表隧道各部分的開挖次序，具體如下:a.進(jìn)行上部環(huán)形導(dǎo)坑開挖，開挖完畢進(jìn)行初期支護(hù)；b.接下來進(jìn)行左側(cè)的邊墻開挖，并進(jìn)行邊墻初期支護(hù)；c.之后進(jìn)行右側(cè)的邊墻開挖，并進(jìn)行邊墻初期支護(hù)；d.支護(hù)完畢后進(jìn)行預(yù)留核心土開挖，預(yù)留核心土及仰拱底部一次開挖到位，緊接著進(jìn)行仰拱底部的初期支護(hù)，初期支護(hù)封閉成環(huán)后立即進(jìn)行仰拱二次襯砌施工，盡快完成底部仰拱填充，拱墻二次襯砌整體澆筑完畢。
[0025]如圖2所示為采用臺(tái)階法開挖隧道的順序示意圖，其中的字母代表隧道各部分的開挖次序，具體如下:a.進(jìn)行上部臺(tái)階開挖，開挖完畢對(duì)上部臺(tái)階拱部進(jìn)行初期支護(hù)；b.接下來進(jìn)行兩側(cè)的下部臺(tái)階開挖，預(yù)留中部核心土，開挖完畢進(jìn)行邊墻及部分仰拱初期支護(hù)；c.初期支護(hù)完畢后開挖預(yù)留核心土，然后施作底部仰拱初期支護(hù)，緊接著進(jìn)行底部仰拱二襯施工，盡快完成底部仰拱填充，拱墻二次襯砌整體澆筑完畢。
[0026]如圖3、4所示，針對(duì)上述的弧形導(dǎo)坑法和臺(tái)階法開挖的隧道結(jié)構(gòu)，在開挖過程中設(shè)置了特殊的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以進(jìn)行收斂監(jiān)測(cè)，選取隧道內(nèi)的某一監(jiān)測(cè)斷面上的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行說明，其內(nèi)的位移測(cè)點(diǎn)布置具體如下:位移測(cè)點(diǎn)I布設(shè)于隧道的拱頂處；位移測(cè)點(diǎn)2a和2b分別布設(shè)于隧道的兩側(cè)邊墻上，兩者處于同一高度，距隧道水平軸線上方1.5m高度處；位移測(cè)點(diǎn)3a和3b分別布設(shè)于隧道的兩側(cè)邊墻上，兩者同樣處于同一高度，距隧道的設(shè)計(jì)路面5上方1.5m高度處。相鄰的位移測(cè)點(diǎn)之間通過設(shè)置數(shù)顯收斂?jī)x以構(gòu)成位移測(cè)量線4，即將數(shù)顯收斂?jī)x的兩端掛鉤分別扣接于相鄰的位移測(cè)點(diǎn)上，這樣既可以量測(cè)隧道拱頂在豎直方向的位移情況，也可以量測(cè)隧道兩側(cè)邊墻之間的水平收斂位移情況，具體為:位于隧道拱頂?shù)奈灰茰y(cè)點(diǎn)I分別與位移測(cè)點(diǎn)2a、2b、3a、3b之間設(shè)置數(shù)顯收斂?jī)x，同時(shí)位移測(cè)點(diǎn)2a與2b之間、3a與3b之間也設(shè)置有數(shù)顯收斂?jī)x。值得注意的是，根據(jù)隧道的開挖進(jìn)度，設(shè)置于隧道兩側(cè)邊墻上不同水平高度的位移測(cè)點(diǎn)2a_2b和位移測(cè)點(diǎn)3a_3b可分步設(shè)置，以量測(cè)隧道不同開挖進(jìn)度和高度上的收斂變形情況。
[0027]上述的各位移測(cè)點(diǎn)主要包括嵌入隧道圍巖部分的螺紋鋼筋以及設(shè)置于螺紋鋼筋端部的鋼筋圈，鋼筋圈可以是圓形、方形或三角形構(gòu)造，其主要用于扣接數(shù)顯收斂?jī)x的掛鉤。
[0028]本隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的量測(cè)頻度應(yīng)當(dāng)根據(jù)位移速度和距開挖工作面的距離選取，具體為:
[0029]①當(dāng)變形速度大于等于10mm/d、且量測(cè)斷面距開挖工作面的距離為(O?1)B時(shí)，量測(cè)的頻率為I?2次/天，其中d為時(shí)間單位天，B為隧道寬度，下同；
[0030]②當(dāng)變形速度為5?10mm/d、且量測(cè)斷面距開挖工作面的距離為(I?2)B時(shí)，量測(cè)頻率為I次/天；
[0031]③當(dāng)變形速度為I?5mm/d、且量測(cè)斷面距開挖工作面的距離為(2?5) B時(shí)，量測(cè)頻率為I次/2天；
[0032]④當(dāng)變形速度小于lmm/d、且量測(cè)斷面距開挖工作面的距離為大于5B時(shí)，量測(cè)頻率為I次/2天；
[0033]⑤后期量測(cè)時(shí)，間隔時(shí)間可加大到幾個(gè)月或半年量測(cè)一次。
[0034]如圖5、6所示，當(dāng)上述的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成量測(cè)后，需要對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行成果分析與信息反饋:
[0035](a)每次觀測(cè)后現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算位移發(fā)展增量，出現(xiàn)異常情況，重新測(cè)量排除操作失誤后立即報(bào)告相關(guān)部門；[0036](b)每次測(cè)回?cái)?shù)據(jù)后交數(shù)據(jù)處理員輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行位移增量、位移發(fā)展速率的計(jì)算，繪制位移~時(shí)間曲線(如圖5)和位移發(fā)展速率~時(shí)間曲線(如圖6)，并應(yīng)用函數(shù)擬合和灰色預(yù)測(cè)等方法進(jìn)行位移發(fā)展短、長(zhǎng)期預(yù)測(cè)；
[0037](c)當(dāng)隧洞周邊水平收斂速度以及拱頂或底板垂直位移速度明顯下降，隧洞周邊水平收斂速度小于0.lmm/d~0.2mm/d,拱頂或底板垂直位移速度小于0.07mm/d~0.15mm/d,隧道各項(xiàng)位移已達(dá)預(yù)計(jì)總量的80%~90%以上時(shí)，需向有關(guān)部門報(bào)送二次襯砌施
工?艮告。
[0038]本實(shí)施例的有益效果具體表現(xiàn)為以下四點(diǎn):
[0039]①周邊位移是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化的最直觀反應(yīng)，量測(cè)周邊位移可為判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠的信息；
[0040]②根據(jù)變位速度判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度，為二次襯砌提供合理的支護(hù)時(shí)機(jī)；
[0041]③判斷初期支護(hù)設(shè)計(jì)與施工:方法選取的合理性，用以指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工；
[0042]④對(duì)超、欠挖量進(jìn)行測(cè)定，判定開挖質(zhì)量，用以指導(dǎo)施工。
【權(quán)利要求】
1.一種用于開挖過程中的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于弧形導(dǎo)坑法或臺(tái)階法開挖的隧道，其特征在于所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由至少五個(gè)位移測(cè)點(diǎn)以及收斂?jī)x構(gòu)成，相鄰的所述位移測(cè)點(diǎn)之間通過所述收斂?jī)x連接以構(gòu)成位移測(cè)量線，所述位移測(cè)點(diǎn)位于所述隧道的監(jiān)測(cè)斷面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于開挖過程中的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述位移測(cè)點(diǎn)由嵌入所述隧道圍巖部分的螺紋鋼筋以及設(shè)置于所述螺紋鋼筋端部的鋼筋圈構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于開挖過程中的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述至少五個(gè)位移測(cè)點(diǎn)中的五個(gè)位移測(cè)點(diǎn)的具體位置為:其中一個(gè)設(shè)置于所述隧道的拱頂，還有兩個(gè)分別設(shè)置于所述隧道兩側(cè)邊墻上部的同一水平高度，其余兩個(gè)分別設(shè)置于所述隧道兩側(cè)邊墻下部的同一水平高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于開挖過程中的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述隧道兩側(cè)邊墻上部的同一水平高度具體指距所述隧道水平中心線上方的1.5m高度處。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于開挖過程中的隧道收斂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述隧道兩側(cè)邊墻下部的同一水平高度具體指距所述隧道設(shè)計(jì)路面上方的1.5m高度處。
【文檔編號(hào)】G01B21/32GK203443580SQ201320547347
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】劉功大, 胡旺, 劉超超, 程偉, 陳廷偉, 王德佳 申請(qǐng)人:中鐵上海工程局有限公司, 中鐵上海工程局第二工程有限公司