一种用于开挖过程中的隧道收敛监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及隧道收敛监测系统，具体涉及一种用于开挖过程中的隧道收敛监测系统，用于弧形导坑法或台阶法开挖的隧道，其特征在于所述监测系统由至少五个位移测点以及收敛仪构成，相邻的所述位移测点之间通过所述收敛仪连接以构成位移测量线，所述位移测点位于所述隧道的监测断面上。本实用新型的优点是，监测系统结构简单，成本较低，测量精度高，可应用于单侧壁导坑法开挖的隧道中，通过隧道周边的收敛量测来直观反映隧道围岩与支护结构的稳定性。
【专利说明】一种用于开挖过程中的隧道收敛监测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及隧道收敛监测系统，具体涉及一种用于开挖过程中的隧道收敛监测系统，适用于弧形导坑法或台阶法开挖的隧道。
【背景技术】
[0002]弧形导坑法适用于软弱围岩大跨度隧道中，该方法的开挖步骤为:第一步进行上部环形导坑开挖，开挖完毕进行初期支护，接下来进行边墙开挖，开挖完毕进行边墙初期支护，支护完毕进行预留核心土开挖，预留核心土及仰拱底部一次开挖到位，紧接着进行仰拱底部的初期支护，初期支护封闭成环后立即进行仰拱二次衬砌施工，尽快完成底部仰拱填充，拱墙二次衬砌整体浇筑完毕；此类围岩施工，在完成开挖及初期支护后，必须立即进行仰拱二衬混凝土施工，及时封闭围岩。
[0003]台阶法同样适用于软弱围岩大跨度隧道中，该方法的开挖步骤为:第一步进行上部台阶开挖，开挖完毕对上部台阶拱部进行初期支护，接下来进行下部台阶开挖，预留中部核心土，开挖完毕进行边墙及部分仰拱初期支护，初期支护完毕后开挖预留核心土，然后施作底部仰拱初期支护，紧接着进行底部仰拱二衬施工，尽快完成底部仰拱填充，拱墙二次衬砌整体浇筑完毕；此类围岩施工，在完成开挖及初期支护后，必须立即进行仰拱二衬混凝土施工，及时封闭围岩。
[0004]在隧道的开挖过程中，围岩与支护的稳定性至关重要，稍有不慎就会发生隧道垮塌，造成人员伤亡的重大安全事故。因此对于隧道围岩及支护的稳定性监测十分重要，隧道周边的收敛情况能够直观反映隧道围岩与支护结构的稳定性，通过周边收敛量测，可以为隧道围岩及支护结构稳定性分析提供依据。
[0005]目前隧道变形监测的方法主要有:(I)通过在隧道围岩上设置激光器和光敏位移信号监测器来进行隧道收敛监测，由于采用单侧壁导坑法开挖隧道对于隧道稳定性有较大影响，而光敏位移信号监测器需要设置在稳定围岩上，因此该监测方法并不适用于正在开挖的隧道中；(2)以近景摄像机为主要设备的近景变形量测，该方法所采用的设备昂贵易损，无法适用于开挖中的隧道；(3)以全站仪为主要设备的三维变形量测，但全站仪法用于基准点的物理状态不够稳定，引起测站点坐标误差很大，而观测过程中又没有进行平差处理，所以观测点的坐标误差大于±1.0mm，不能满足精度要求。
[0006]鉴于此，本领域急需一种用于开挖过程中的隧道收敛监测系统，尤其是用于弧形导坑法和台阶法开挖的隧道中。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种用于开挖过程中的隧道收敛监测系统，该监测系统通过在隧道的监测断面上设置若干位移测点，相邻位移测点之间通过收敛仪进行连接，以量测隧道监测断面上的相邻位移测点连线方向的相对位移，以获知隧道的收敛变形情况。[0008]本实用新型目的实现由以下技术方案完成:
[0009]一种用于开挖过程中的隧道收敛监测系统，用于弧形导坑法或台阶法开挖的隧道，其特征在于所述监测系统由至少五个位移测点以及收敛仪构成，相邻的所述位移测点之间通过所述收敛仪连接以构成位移测量线，所述位移测点位于所述隧道的监测断面上。
[0010]所述位移测点由嵌入所述隧道围岩部分的螺纹钢筋以及设置于所述螺纹钢筋端部的钢筋圈构成。
[0011]所述至少五个位移测点中的五个位移测点的具体位置为:其中一个设置于所述隧道的拱顶，还有两个分别设置于所述隧道两侧边墙上部的同一水平高度，其余两个分别设置于所述隧道两侧边墙下部的同一水平高度。
[0012]所述隧道两侧边墙上部的同一水平高度具体指距所述隧道水平中心线上方的
1.5m高度处。
[0013]所述隧道两侧边墙下部的同一水平高度具体指距所述隧道设计路面上方的1.5m高度处。
[0014]本实用新型的优点是，监测系统结构简单，成本较低，测量精度高，可应用于弧形导坑法或台阶法开挖的隧道中，通过隧道周边的收敛量测来直观反映隧道围岩与支护结构的稳定性，通过计算隧道周边收敛速率和预测最终位移值，为二次衬砌浇筑选择最佳时机，为隧道施工工艺、支护衬砌参数优化提供参考。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型中弧形导坑法开挖隧道的顺序示意图；
[0016]图2为本实用新型中台阶法开挖隧道的顺序示意图；
[0017]图3为本实用新型中弧形导坑法隧道的位移测点的布置示意图；
[0018]图4为本实用新型中台阶法隧道的位移测点的布置示意图；
[0019]图5为本实用新型中隧道拱顶位移?时间曲线示意图；
[0020]图6为本实用新型中隧道拱顶位移发展速率?时间曲线示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:
[0022]如图1-6，图中标记1-5分别为:位移测点1、位移测点2a、位移测点2b、位移测点3a、位移测点3b、数显收敛仪4、设计路面5。
[0023]实施例:如图3、4所示，本实施例具体涉及一种用于开挖过程中的隧道收敛监测系统，该隧道采用弧形导坑法或台阶法开挖，基于此类方法开挖过程中所构成的特殊隧道结构，为了监控隧道的收敛变形，在隧道内设置监测断面，每个监测断面分别在隧道的两侧边墙上布设多个位移测点，利用数显收敛仪，采用一根在重锤作用下被拉紧的普通钢尺作为传递媒介，通过数显收敛仪上的显示屏测读隧道周边某两点之间相对位置的变化，并记录入计算机数据库以供分析。
[0024]如图1所示为采用弧形导坑法开挖隧道的顺序示意图，其中的字母代表隧道各部分的开挖次序，具体如下:a.进行上部环形导坑开挖，开挖完毕进行初期支护；b.接下来进行左侧的边墙开挖，并进行边墙初期支护；c.之后进行右侧的边墙开挖，并进行边墙初期支护；d.支护完毕后进行预留核心土开挖，预留核心土及仰拱底部一次开挖到位，紧接着进行仰拱底部的初期支护，初期支护封闭成环后立即进行仰拱二次衬砌施工，尽快完成底部仰拱填充，拱墙二次衬砌整体浇筑完毕。
[0025]如图2所示为采用台阶法开挖隧道的顺序示意图，其中的字母代表隧道各部分的开挖次序，具体如下:a.进行上部台阶开挖，开挖完毕对上部台阶拱部进行初期支护；b.接下来进行两侧的下部台阶开挖，预留中部核心土，开挖完毕进行边墙及部分仰拱初期支护；c.初期支护完毕后开挖预留核心土，然后施作底部仰拱初期支护，紧接着进行底部仰拱二衬施工，尽快完成底部仰拱填充，拱墙二次衬砌整体浇筑完毕。
[0026]如图3、4所示，针对上述的弧形导坑法和台阶法开挖的隧道结构，在开挖过程中设置了特殊的隧道收敛监测系统以进行收敛监测，选取隧道内的某一监测断面上的监测系统进行说明，其内的位移测点布置具体如下:位移测点I布设于隧道的拱顶处；位移测点2a和2b分别布设于隧道的两侧边墙上，两者处于同一高度，距隧道水平轴线上方1.5m高度处；位移测点3a和3b分别布设于隧道的两侧边墙上，两者同样处于同一高度，距隧道的设计路面5上方1.5m高度处。相邻的位移测点之间通过设置数显收敛仪以构成位移测量线4，即将数显收敛仪的两端挂钩分别扣接于相邻的位移测点上，这样既可以量测隧道拱顶在竖直方向的位移情况，也可以量测隧道两侧边墙之间的水平收敛位移情况，具体为:位于隧道拱顶的位移测点I分别与位移测点2a、2b、3a、3b之间设置数显收敛仪，同时位移测点2a与2b之间、3a与3b之间也设置有数显收敛仪。值得注意的是，根据隧道的开挖进度，设置于隧道两侧边墙上不同水平高度的位移测点2a_2b和位移测点3a_3b可分步设置，以量测隧道不同开挖进度和高度上的收敛变形情况。
[0027]上述的各位移测点主要包括嵌入隧道围岩部分的螺纹钢筋以及设置于螺纹钢筋端部的钢筋圈，钢筋圈可以是圆形、方形或三角形构造，其主要用于扣接数显收敛仪的挂钩。
[0028]本隧道收敛监测系统的量测频度应当根据位移速度和距开挖工作面的距离选取，具体为:
[0029]①当变形速度大于等于10mm/d、且量测断面距开挖工作面的距离为(O?1)B时，量测的频率为I?2次/天，其中d为时间单位天，B为隧道宽度，下同；
[0030]②当变形速度为5?10mm/d、且量测断面距开挖工作面的距离为(I?2)B时，量测频率为I次/天；
[0031]③当变形速度为I?5mm/d、且量测断面距开挖工作面的距离为(2?5) B时，量测频率为I次/2天；
[0032]④当变形速度小于lmm/d、且量测断面距开挖工作面的距离为大于5B时，量测频率为I次/2天；
[0033]⑤后期量测时，间隔时间可加大到几个月或半年量测一次。
[0034]如图5、6所示，当上述的隧道收敛监测系统完成量测后，需要对量测数据进行成果分析与信息反馈:
[0035](a)每次观测后现场计算位移发展增量，出现异常情况，重新测量排除操作失误后立即报告相关部门；[0036](b)每次测回数据后交数据处理员输入计算机，进行位移增量、位移发展速率的计算，绘制位移~时间曲线(如图5)和位移发展速率~时间曲线(如图6)，并应用函数拟合和灰色预测等方法进行位移发展短、长期预测；
[0037](c)当隧洞周边水平收敛速度以及拱顶或底板垂直位移速度明显下降，隧洞周边水平收敛速度小于0.lmm/d~0.2mm/d,拱顶或底板垂直位移速度小于0.07mm/d~0.15mm/d,隧道各项位移已达预计总量的80%~90%以上时，需向有关部门报送二次衬砌施
工?艮告。
[0038]本实施例的有益效果具体表现为以下四点:
[0039]①周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直观反应，量测周边位移可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息；
[0040]②根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机；
[0041]③判断初期支护设计与施工:方法选取的合理性，用以指导设计和施工；
[0042]④对超、欠挖量进行测定，判定开挖质量，用以指导施工。
【权利要求】
1.一种用于开挖过程中的隧道收敛监测系统，用于弧形导坑法或台阶法开挖的隧道，其特征在于所述监测系统由至少五个位移测点以及收敛仪构成，相邻的所述位移测点之间通过所述收敛仪连接以构成位移测量线，所述位移测点位于所述隧道的监测断面上。
2.根据权利要求1所述的一种用于开挖过程中的隧道收敛监测系统，其特征在于所述位移测点由嵌入所述隧道围岩部分的螺纹钢筋以及设置于所述螺纹钢筋端部的钢筋圈构成。
3.根据权利要求1所述的一种用于开挖过程中的隧道收敛监测系统，其特征在于所述至少五个位移测点中的五个位移测点的具体位置为:其中一个设置于所述隧道的拱顶，还有两个分别设置于所述隧道两侧边墙上部的同一水平高度，其余两个分别设置于所述隧道两侧边墙下部的同一水平高度。
4.根据权利要求3所述的一种用于开挖过程中的隧道收敛监测系统，其特征在于所述隧道两侧边墙上部的同一水平高度具体指距所述隧道水平中心线上方的1.5m高度处。
5.根据权利要求3所述的一种用于开挖过程中的隧道收敛监测系统，其特征在于所述隧道两侧边墙下部的同一水平高度具体指距所述隧道设计路面上方的1.5m高度处。
【文档编号】G01B21/32GK203443580SQ201320547347
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】刘功大, 胡旺, 刘超超, 程伟, 陈廷伟, 王德佳 申请人:中铁上海工程局有限公司, 中铁上海工程局第二工程有限公司