岩土工程课程设计

岩土工程课程设计学生姓名：学号：班级：设计课题：指导教师：引言隧道监控测量是新奥法施工的重要技术控制手段之一，其结果主要用于对隧道施工方法的可行性、设计参数的合理性进行评价，帮助施工技术人员全面了解隧道施工实际围岩级别和变形特性，从而达到对隧道二次衬砌的施作时间的正确选择，隧道监控测量是保障隧道建设成功必不可少的手段。一、工程概况本工程为市府广场公交换乘中心改造工程的一部分，由现商城负一层消防通道下穿市府广场停车场负二层原设计地道总长59.5m，其中明挖框架段17.5m，穿越城市主干道至地下停车场段为隧道工程，长42m。桩号1+30.827~1+72.827，长42m；采用“新奥法”原理进行设计，暗挖法施工。地下通道为圆形拱衬砌，挡墙式洞口，洞内路面采用混凝土路面，通道净宽6m，净高2.5m，其中开挖高度8.48m，开挖宽度5.6m。结构覆土厚度约为3m。隧道穿越地层为杂填土（Qm1）和淤泥质杂填土（Q4a1），其中淤黏土为天然含水量大于液限含水量，天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土，属于静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的一种特殊性土。通道所处位置及断面设计如图1和图2所示。主干路中心线接停车场负二层隧道中心线地下通道公交换乘中心市府广场图1地下通道平面图二衬初衬图2地下通道断面设计图二、监控量测的目的及意义隧道现场监控量测是指在隧道施工过程中，对围岩和支护、衬砌受力状态的量测。现场监控量测是监视围岩稳定，判断支护、衬砌结构设计是否合理，施工方法是否正确的一种手段；也是保证新奥法安全施工、提高经济效益的重要条件；为施工中可能有的工程变更提供科学依据；它贯穿隧道施工的全过程。为此《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）中第9.1.1条作出下列规定：采用复合式衬砌的隧道，必须将现场监控量测项目列入施工组织设计，制定监控量测计划，并在施工中认真实施。监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，按这种要求进行布点和检测，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。量测数据应及时分析处理，并将结构反馈到施工过程中。结合本管段隧道的施工特点及设计要求，特制定隧道施工监控量测作业指导书，以指导隧道施工。1监控测量的目的（1）、通过监控量测，了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，明确工程施工对地层的影响程度以及可能产生失稳的薄弱环节，把握施工过程中结构所处的安全状态。（2）、用现场实测的结果弥补理论分析的不足，并把监控量测结果反馈到设计和施工中。在是够过程中，及时掌握地层和支护结构的变位与受力信息，以便采取相应的施工技术措施，比如改变施工方法、选择相应辅助工法、确定二次衬砌施作时机、调整开挖步序、修正支护参数等，以避免出现施工事故。（3）、对工程施工可能产生的环境影响进行全面的监控，判断浅埋暗挖法施工队周围环境的影响程度，寻求预防的办法。（4）、修改工程设计。监控量测除了表明工程的质量状况外，研究监控量测工监控量测设计选取量测项目确定量测频率监测测点布置现场量测洞内、外观察水平净空收敛、拱顶下沉量测综合判断分析数据处理非线性函数数学变换后进行线性回归修改支护刚度调整施工程序变更设计浅埋段地表下沉量测程状况的累积记录，有助于对工程设计进行修改，并通过观测数据域理论上及试验中预测的工程特性指标的比较，了解设计的合理程度。2、量测的意义（1）在施工过程中对前进的开挖工作面附近围岩的岩石性质、状态进行目测，掌握围岩动态，以及围岩的施工力学性能，了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布，及时改进支护，对围岩稳定性、安全性作出评价来指导现场施工。（2）通过施工和环境监测进行信息反馈及预测预报，优化施工组织设计，指导现场施工，确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会、经济和环境效益。（3）验证支护结构型式、支护参数的合理性，对支护结构、施工方法的合理性及其安全性作出评价及建议，为确定二次支护时间提供依据。（4）积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据，为修改变更设计、调整施工方法提供科学依据。三、监控量测工作的原则和要求监控测量工作必须紧接开挖、支护作业，应按设计要求进行布点和监测，并根据现场施工情况及时调整量测项目和内容。量测数据应及时分析处理，并将结果反馈到施工过程中。监控量测应作为施工组织设计一个重要组成部分，应纳入施工工序，并贯穿施工的全过程，为施工管理及时提供信息。开工前应根据隧道规模、地形、地质条件、施工方法、支护类型和参数、工期安排以及所确定的量测目的等编制量测计划。编制内容应包括：量测项目、量测仪器选择、测点布置、量测频率、数据处理、反馈方法及组织机构、管理体系等。现场应成立专门监控量测小组，负责测点埋设、日常监测、数据处理和仪器维修保养工作，并及时将量测信息反馈于设计和施工。四、监控量测的内容及控制基准1、监控量测手段本标段主要采用精密水准仪、收敛仪、全站仪等先进测量设备对隧道地表沉降、拱顶下沉、围岩收敛、断面变化等监控项目进行量测。2、监控流程监控流程见监控量测流程框图3、监控量测程序和项目监控量测流程框图监控量测必测项目表监控量测选测项目表项目名称方法及工具测点布置检测目的检测频率支护、衬砌内应力、表面应力及裂隙量测混凝土内应变计、应力计、压力计每代表性地段量测，每断面宜为9个测点监测结构成承受荷载、了解结构受力情况，判断结构的安全（1）开挖面距监测断面前后12时，1～2次/d（2）开挖面距监测断面前后30时，1次/2d（3）开挖面距监围岩内部位移（洞内设点）洞内钻孔安设单点、多点式位移计每10～50m一个断面，每断面5个测点了解施工过程中地层不同深度的变形情况，研究序号项目名称方法、要求及工具测试时间1～15天16天～1个月1～3个月3个月以上1地质和支护状态观察岩性、结构面产状及支护裂缝观察描述，地质罗盘每次机械或人工开挖及初期支护后2洞内周边水平收敛位移量测采用隧道周边位移计量测。开挖后安设收敛杆件，收敛杆件埋入土地深度不小于40cm1～2次每天1次每2天1～2次每周1～3次每月3拱顶下沉及底部上鼓、仰拱填充面高程测量各测点设固定桩、在开挖或第一次喷砼完成后迅速完成，采用水准仪、水准尺超平测量。应和地面相应位置点同时进行。填充面固定桩在填充砼完成后设置1～2次每天1次每2天1～2次每周1～3次每月4洞口及浅埋段、洞顶地表沉陷测量采用精密水准仪、砼桩及水准基点要求按“铁路测量技术规范”。桩底应埋设于冻结线以下30~50cm。沉陷超平按以下几个阶段进行：（1）进洞前应将所有纵、横断面方向桩全部超平一次。（2）开挖至量测断面前20m、10m、5m、时（3）、开挖至量测断面时（4）开挖超过量测断面5m、10m、20m时（5）至衬砌前，每天测量一次。当出现沉陷值突然变大时，增加测量次数，进行监视。（6）衬砌后，应根据沉陷情况继续量测一段时间一次每天施工引起的地层位移规律测断面前后30时，1次/周钢支撑内力及外力支柱压力计或其他测力计每10～50m钢拱支撑一对测力计及时掌握地下工程施工过程中，钢支撑的内力（弯矩、轴力）二次衬砌压应力量测压力盒每一围岩段选一组每组2～5个点每断面7～11个测点了解施工过程中初期支护结构的内力分布情况钢支撑内力及外力支柱压力计或其他测力计每10～50m钢拱支撑一对测力计4、必测项目和选测项目类别监测项目监测仪器测点布置监测频率必测项目开挖地层与支护结构状态地质素描及拱架支护状态观察每一次开挖距开挖面小于2B时每天1~2次距开挖面小于5B时每两天1次距开挖面大于5B时每周1次拱顶下沉水准仪和水准尺每8米一个断面距开挖面小于2B时每天1~2次距开挖面小于5B时每两天1次距开挖面大于5B时每周1次地面沉降水平仪和水准仪每50米或100米一个断面距开挖面小于2B时每天1~2次距开挖面小于5B时每两天1次距开挖面大于5B时每周1次支护周边净空收敛收敛计每8米一个断面、每个断面2个测点距开挖面小于2B时每天1~2次距开挖面小于5B时每两天1次距开挖面大于5B时每周1次选测项目土体与支护结构间压力、初衬与二衬压力土压力盒选择代表性的地段设监测断面，每个断面6个测点距开挖面小于2B时每天1~2次距开挖面小于5B时每两天1次距开挖面大于5B时每周1次钢筋格栅拱架内力钢筋计选择代表性的地段设监测断面，每个断面4~8个测点距开挖面小于2B时每天1~2次距开挖面小于5B时每两天1次距开挖面大于5B时每周1次初期支护、二次支护内力及表面应力混凝土应变计选择代表性的地段设监测断面，每个断面8~13个测点距开挖面小于2B时每天1~2次距开挖面小于5B时每两天1次距开挖面大于5B时每周1次孔隙水压力刚弦式孔隙水压力计和拱顶下沉断面一致距开挖面小于2B时每天1~2次距开挖面小于5B时每两天1次距开挖面大于5B时每周1次必测项目（1）开挖底层及支护状况观察与描述观察检测开挖地层，同时对其进行描述和填表，记录下围岩中的地质情况：岩性、岩层产状、裂隙、地下水情况、围岩完整性与稳定性。现场可以判断围岩级别是否和设计情况吻合，有条件的应采用拍照摄像，同时测量出地下水的流量；并监控围岩的支护效果。（2）拱顶下沉测量拱顶下沉测量是在隧道开挖毛洞的拱顶及轴线左右各几个个带挂钩的锚桩，测桩埋设深度30cm，钻孔直径φ42，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头需设保护罩。该测量通过一个测量相对基准点，用精密水准仪和测微器、配合铟瓦合金尺用倒尺法测量拱顶下沉。（3）地面沉降测点通常是施工前在结构对应的地面沿纵向中线位置间隔一定距离提前布设的。一般选择若干个有代表性的监控量测主断面，按一定间隔布设测点，进行监控量测，布点范围为2.5~3.0倍洞径。测点间距为2~5米。（4）周边收敛位移测量隧道开挖以后，在预设点的断面，沿隧道周边部位分别埋设测线、测桩，测桩埋设深度30cm，钻孔直径φ42，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头设保护罩。测线每断面布设上下2条、测桩每断面2对共4根。采用钢尺式周边收敛仪来测量周边收敛变形。选测项目隧道选测项目监控测量断面布置3.1.2.1锚杆轴力测量锚杆轴力计安装与拱架应力计安装基本相同，在锚杆待测部位并联焊接钢筋计，焊接时应对轴力计采取降温措施。3.1.2.3围岩内部位移测量该测量是用具有3～5点钻孔伸长计的多点位移计进行测量，每一测量断面布设3～5组测点。其目的是了解隧道围岩的松弛区、位移量及围岩应力分布，为准确判断围岩的变化发展提供数据。3.1.2.4围岩压力的测量围岩压力测量主要是把压力盒布设在围岩与初支中间，为了测围岩压力；另外把压力盒布设在初支与二衬之间，为了测两层支护间的压力。在测点布设实践中要把测点分别布设在具有代表性的断面的关键部位上，同时对各测点逐一进行编号。在埋设压力盒时，应该使压力盒的受压面朝着围岩方向。在隧道壁面，如果测围岩施加给喷砼层的径向压力时，可以用水泥砂浆把压力盒固定在岩石面上，然后施作喷砼层，注意请不要使压力盒和喷砼之间存在间隙，使得压力盒与围岩受压面在一起贴紧。围岩压力测试的主要是为了判断复合式衬砌中围岩载荷的大小，为了判断初期支护与二次衬砌各自分担围岩压力的情况。3.1.2.5支护混凝土内应力测量支护混凝土内应力测量是为了了解支护衬砌内的受力状态。在衬砌的内外层钢筋中成对布设。安装前要在主筋待测部位将钢弦式应力计并联焊接上，施工中应注意在焊接中对应力计淋水降温，同时对应力计编号并记录下应力计型号，使用透明胶布将写在纸上的编号粘贴在导线上。5、监控量测点布置及方法浅埋隧道地表沉降观测点应在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。沉降测点在隧道两侧量测范围不应小于H0+B，其测点布置如下示意图地表沉降测点纵向间距量测范围H02~5mB基准点45°隧道埋深与开挖宽度纵向测点间距（m）2B＜Ho＜2.5B20～50B＜Ho≤2B10～20Ho≤B5～10注：Ho为隧道埋深；B为隧道最大开挖宽度拱顶下沉测点和净空变化（围岩收敛）测点应布置在同一断面，根据设计要求，Ⅴ级围岩每5m、Ⅳ级围岩每10m、Ⅲ级围岩每30m、Ⅱ级围岩每50m布设一个断面，