漫谈矿山法隧道技术第十二讲隧道情报化施工的(2)
DB收集的数据中,位移的项目包括拱顶下沉、上半断面水平净空位移、下半断面水平净空位移和脚部下沉等。量测时点包括初始位移速度,距掌子面0.5D、1.0D、2.0D、下半断面通过时以及最终位移值。此外,还包括地中位移、锚杆轴力、喷混凝土应力以及掌子面观察的项目等。
日本以数据库的情报为基础,分析与隧道设计施工有密切关系的各因素之间的规律,并作为施工管理的依据。其中包括: 1)水平净空位移的频率分布; 2)初始位移速度和最终位移值的关系; 3)埋深与最终水平位移的关系; 4)最终位移值与围岩强度应力比的关系; 5)围岩级别与掌子面评价点的关系; 6)围岩级别与支护变异的关系。
以初始位移速度与最终位移值的关系为例,如图2所示,这些关系图已在公路、铁路隧道中作为选定支护模式的大致标准。
上述分析充分说明,根据一定量的数据,完全可以获得与设计施工有关的规律性的结果,用以指导和完善数据施工。
从我国当前的施工现状看,虽然积累了大量的量测数据,但情报的“质”还不能满足情报化施工的要求。问题出现在情报的“质”上。没有“质”的情报,即使数量再多,也没有用。在隧道施工领域中,利用我们的优势(数据量巨大),只要在情报的“质”上下功夫,就能够进行系统地总结和分析,为情报化施工建立良好的施工平台——情报数据库。
2 获取情报的方法
获取情报的途径和方法是多种多样的,包括: 1)掌子面前方围岩的探查; 2)掌子面观察; 3)量测; 4)各种试验(室内的、原位的)。获取情报的主要方法和目的见表1。
表1 获取情报的方法和目的Table 1 Information collecting methods and purposes方法目的洞内观察调查 1)掌子面自稳性、毛开挖工作面稳定性初步判断;2)掌握岩质、断层破碎带、褶皱构造和变质带等的性质;3)掌握喷混凝土等支护构件的变异状况;4)对围岩分级的再评价原位调查、试验洞内弹性波测定 1)对围岩分级的再评价;2)松弛区域判定;3)地层的裂隙、变质程度评价;4)掌握岩层的强度等钻孔调查1)掌握岩质、断层破碎带、褶皱构造、变质带和瓦斯等的性质;2)采集围岩试验用试件利用钻孔的调查 掌握地基承载力(标准贯入试验)、水压、渗透系数(涌水压试验)、变形系数(孔内水平加载试验)等岩层直剪试验掌握围岩的初期抗剪强度、残余强度及变形系数点荷载试验掌握点荷载强度针贯入度试验掌握针贯入深度围岩试件试验单轴抗压强度试验掌握单轴抗压强度、静弹性系数、静泊松比超声波传播速度测定掌握P波速度、S波速度、动弹性系数、动泊松比容重试验掌握容重、含水率吸水率试验掌握吸水率压裂拉伸试验掌握压裂拉伸强度蠕变试验掌握蠕变常数粒度分析试验 1)土砂围岩的场合,作为判断掌子面稳定性的资料;2)泥岩、黏板岩等场合,作为判断膨胀性的资料浸水崩解度试验软岩场合,作为判断围岩对水的稳定性的资料三轴压缩试验掌握黏着力、内摩擦角及残余强度X线回析试验判定黏土矿物的种类(有无膨胀性矿物)阳离子交换容量(CEC)测定推定黏土矿物的含有量量测拱顶下沉测定监视隧道拱顶的绝对下沉量,了解断面的变形状态,判断隧道拱顶的稳定性净空位移测定 根据位移值、位移速度、位移收敛状况和断面变形状态等判断隧道周边围岩的稳定性、支护结构的设计施工妥当与否以及衬砌的施设时间地表下沉测定 在洞口段和埋深小的区间,测定隧道纵向的地表下沉,评价隧道开挖对地表面的影响和隧道的稳定性洞内地中位移测定了解隧道周边的松弛区域和位移值,判断锚杆长度、设计施工妥当与否锚杆轴力测定根据锚杆的应变计算锚杆轴力,确认其效果,判断锚杆长度、直径是否合适喷混凝土应力测定根据作用在喷混凝土背后的土压和喷混凝土应力确认其支护效果,判断是否增喷混凝土等地表、地中的位移测定判断隧道开挖对地表的影响和采取的防止下沉对策的效果,推定隧道周边的松弛区域钢支撑应力测定 根据钢支撑应力,判断钢支撑的大小、间距是否合适,并推定作用在钢支撑上的土压大小、方向和侧压系数衬砌应力测定确认衬砌的稳定性、双设隧道有无相互干扰底鼓测定判断仰拱的必要性和效果AE测定评价岩爆现象发生的危险度锚杆拉拔试验确认锚杆的锚固效果,根据拉拔承载力选定合适的锚杆锚固方式及锚杆类型前方探查洞内弹性波探查掌握掌子面前方的断层、破碎带等的位置和宽度钻孔检层法计算钻孔速度和钻孔能量,掌握围岩状况,比较好地掌握断层、破碎带等的位置和宽度钻孔岩粉简易地掌握掌子面前方的地质状况和地下水状况纵向位移量测预测法利用洞内纵向位移量测推定掌子面前方围岩的变化
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