滑动测微计在天平山隧道掌子面围岩变形监测中的应用.pdf

铁道建筑
2014年第3期
Railway Engineering
文章编号:1003-1995(2014)03-0047-04
滑动测微计在天平山隧道掌子面围岩变形监测中的应用
孙明磊,韩现民,朱正国
(石家庄铁道大学土木工程学院,河北石家庄050043)
摘要:为了更准确地掌握隧道掌子面前方固岩在施工过程中产生的挤压变形,引进国外T-REX滑动测測
微计进行监测,介绍了T-REX滑动测微计组成、安装及量测掌子面国岩变形的方法,并在贵广铁路天平
山隧道进行了现场试验验证。滑动測後计曼測到掌子面围岩挤压变形较明显,与开挖后揭示的围岩情
况基本吻合。实践证明,T-REX滑动測徹计用于测试掌子面挤压变形可行,该仪器枸造較简单、安装量
测方便、量测数据較精确。但考虑到仪器本身及人为操作的误差,该滑动测微计适用于挤压变形明显的
软岩大变形区,对稳定性较好的硬岩区段不宜使用
关键词:隧道工程滑动测微计掌子画国岩挤压变形现场监测
中图分类号:TU455文献标识码:ADOI:10.3969/j.isn.1003-199.2014.03.15
隧道掘进时对隧道周边及前方…定范围内的围岩
掌子面岩
环水泥浆
底
产生扰动,改变了围岩初始应力状态。长期研究试验
测解管
及工程实践证实:隧道开挖扰动后周边及前方围岩所
产生的变形分为掌子面挤压变形、掌子面前方围岩预
第个
第2个
第1个
收敛变形及开挖后泂室围岩收敛变形三类。可以通过
控制掌子面挤压变形和掌子面前方围岩预收敛变形来
100
500
控制隧道总变形
对掌子面及前方围岩的变形、隧道支护结构及围
图1滑动测微计量测原理(单位:
岩的收纹进行分析,可掌握变形随时间和空间的发展环
坏)。测斜管与孔壁间隙用有粘合剂的浆液充填,
情况。对监测结果的分析和及时反馈,一方面可以对以便测环与岩面粘接,使测环与地层结合成一体。滑
掌子面和媵道涧身加固揹施进行优化,另一方面可对
动测微计的探头从孔外伸人测斜管内,测量两相邻测
掘进进尺和开挖方法进行调整
环间的精确距离。滑动测微计探头内装有两套高精度
本文采用意大利 SISCEO公司生产的T-REX滑动
的线圈系统,其间标距为1.0m,探头内的两套线圈系
測微计来量测掌子面前方围岩的挤压变形,验证其适
统在测量位置上通过两个测环感应,产生一个与两测
用性,为后续量测方法提供借鉴
量环实际间距成比例的电信号(主要用于量测两测环
T-REX滑动測微计量测原理
间的轴向分量)。其量测精度可达到0.003mm
T-REX滑动测微计是一种能以很高的精度测量
第一次沿测管测读的数据称作“初始读数”,为相
邻第与n+1个测环之间距离与标准间距(lm)的
沿钴孔内ABS测斜管规则分布的监测标识(测环)间差值,用Xo表示(れ为测环编号,n=1?,立表示测环
距变化的仪器。该系统由探头、控制电缆、定位杆、便
数目),后续读数称为“地层表现读数”。表1为各测
携读数仪和数据管理软件组成。量测原理见图1
环在第个循环开挖过程中产生的位移计算方法,位
使用滑动测微计,需先在钻孔中安装测斜管,在管
移列即该循环完成后的不同测环位置的围岩挤压变形
外壁按规定间隔(标雅间距1.0m)套上塑料磁环(测
计算公式。
2仪器安装及?测
收稿目期:2013-09-20;修回日期:2013-12-25
基金项目:河北省自然基金资助项日(F2012100,E2013210u19);河2.1基本组件
北省高等学校科学技术研究基金资助项目(QN20131179
设备组成见图2。
作者筒介:孙明磊(1978),男、山东浙水人,副教授,硕士。
铁道建筑
March 2014
表1掌子面挤压变形计算
测环深度
距不动点「初始读数/第1循环读数
位移/m
距离/m
m
0.5
0.5
X,
0
1.5
Xu- Xos
X
12
3
i-2.5
2.5
(X1-Xa1)+(X12-Xo2)
X
ni-(n-0.5)n-0.5
(X1-Xa1)+(X2-X2)+…+(X--Xa-)
X
1.5
1.5
(X1-Xa1)+(X12-Xa2)+…+(X1,--Xo-)
0.5
i-0.5
第个测环已挖掉
已挖
注:①假定测斜管底盖处为围岩不动点,开挖循环进尺1m。②读数为负表示两测环实际间距<1.0m
要注意其内部公定位标记应与同一侧测斜管对应的母
定位架
定位标记相匹配。连接接头用密封胶粘接,也可用鉚
钉连接。如果变形很大,最好用铆钉连接。铆钉要注
底盏
意避开导槽(纵向贯穿整个测斜管,环向90°间隔分
滑轮
布,共4条)。
③安装底盖
(a)测斜管组件
(b)T-REX探头组件
在底盖上涂密封胶后安装在测斜管上,保证底盖
图2设备组成
完全套在测斜管上;用胶带或密封条将底盖密封。
④注浆管准备
1)测斜管组件
选用直径与钻孔直径、测斜管、测环匹配的PVC
①测斜管:ABS塑料管,长3m,外径70mm,内径
59m,内壁设导槽作为探头滑轮定位装置(导槽深管作为注浆管,为保证测管底部注浆密实,在洞外将注
浆管前方端部用电钻钻出小孔作为出浆孔,前面尽量
1.57mm,宽5
5 mm)o
②定位架:用于测环的快速定位,长1m。
密集,越靠近孔口越稀琉,注浆管端头用窗纱包裏。
③接头:用于测斜管接长。
2)钻孔
④底盖或带滑轮的底盖:用于测斜管封堵。
钴机成孔,钴孔直径不小于110mm,孔深30m左
⑤测环:内径71mm,外径93mm
右。钻孔完成后要清空,将孔底的水、碎石等吹出,以
2)探头组件
便注浆。
包括非接触型线性磁感应传感器、可盘绕在绞盘
3)安装测斜管
上的控制电缆、定位杆、便携式数据记录仪等。
将注浆管用铁丝绑在测管底部以便随着测管的接
2.2仪器安装
长插入钻孔内。将测管推人钻孔中时需格外小心,不
1)洞外准备
宜用力过大,应保持水平,尽量避免测环碰撞孔壁导致
主要包括测斜管准备、测环固定、测斜管接头固测环错位。每根测斜管推到端头后,用ABS胶把测管
定、安装底盖、注浆管准备。
与下节测管的连接接头粘接,直至无法推动测斜管为
①测斜管准备、测环固定
止。最后在孔口靠近测斜管位置插人长50~80cm注
将测斜管擦拭干净,每根测管安装3个测环,间距浆管作为排气管,用锚固剂封死孔口。
1m,最外测环距端部0.5m。将测环用3个螺丝固定
4)注浆
在测斜管上,以免安装过程中测环错位。
测管和钻孔壁之间需用水泥浆充填,使测环与地
②测斜管接头固定
层结合成一体,测环随围岩的位移而产生变位。
为尽量减少洞内工作,不耽误施工进度,测斜管接2.3量测
头在洞外先把一侧固定到测管上。安