某高速公路隧道施工监控量测与无损检测技术应用研究

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隧道可以克服复杂地形、优化高速公路路线走向,在高速公路工程中较为常见,其中浅埋偏压小净距隧道是一个典型的代表。新奥法是目前隧道施工常用的工艺,近年来施工监控量测技术发展迅速,也涌现了各类无损检测技术方案和仪器设备,如何确定行之有效的监控量测技术方案与大量实际工程的现实需求相结合,对于确保隧道施工安全和工程质量是至关重要的。本文以某高速公路的浅埋偏压小净距隧道为研究对象,通过理论数值模拟和现场监控量测相结合的方法,对隧道施工监控量测和无损检测技术的实际应用进行了研究。针对本文依托工程浅埋偏压小净距隧道采用双侧壁导坑法施工的具体情况,通过采用数值模拟方法、现场监控量测技术和无损检测相结合的手段,对各施工阶段围岩变形情况和受力情况进行分析,找出了围岩变形规律,在此基础上论证和确定了隧道施工监控量测和无损检测相结合的动态监控量测方案并应用于实际施工中。本文主要研究内容和成果如下:(1)通过查阅各类资料,对浅埋偏压小净距隧道施工监控量测(洞内外观测、地表沉降、拱顶下沉、周边收敛等)、超前地质预报(地质雷达法)及锚杆锚固质量无损检测等监控量测或检测手段进行了归纳总结,论述了现行隧道施工监控量测手段的原理及方法,为确定本文的有限元数值模拟分析模型和实际施工监控量测方案提供了基础。(2)基于隧道工程有限元数值模拟方法,针对本文依托项目即某高速公路浅埋偏压小净距隧道建立了三维有限元分析模型,对隧道的双侧壁导坑法施工各阶段进行了模拟,通过对施工过程中的围岩变形情况、围岩受力情况进行分析,得出了浅埋偏压小净距隧道目标断面的地表沉降和拱顶下沉等变形规律,即隧道地表最终沉降形态为左小右大的“W”型;隧道沉降阶段表现为缓慢变形期、急剧变形期和趋于稳定期。左、右线隧道拱顶沉降变形曲线基本一致,单侧隧道拱顶和拱肩沉降变形曲线也基本相同,均具有缓慢变形期、急剧变形期和趋于稳定期等阶段;隧道下导坑开挖是隧道围岩竖向急剧变形阶段,需在该施工环节开始进一步加强监控量测和支护。通过对比隧道竖向变形和水平变形,得出了浅埋偏压小净距隧道主要以竖向变形为主的结论。有限元数值分析结果表明,围岩变形量和围岩应力值均处在安全施工范围内。在上述有限元数值模拟分析结果的基础上,确定了本文依托工程施工监控量测技术方案,与一般工程项目多采用经验和定性方法相比,本文的方法更具针对性,对于确保本文浅埋偏压小净距隧道施工安全具有较大意义。(3)针对本文实际工程开展的现场监控量测数据结果表明,实测结果和数值模拟得到的隧道围岩变形规律是基本一致的;超前地质预报结果间接验证了本文建立的有限元分析模型的合理性;本文开展的锚杆无损检测可快速高效地普查锚杆支护的质量,对于保证隧道施工安全可靠具有重要意义。(4)工程实践表明,本文采用的有限元数值模拟、现场监控量测及无损检测相结合的监控量测方案在本项目中的应用是行之有效的,对于有效指导浅埋偏压小净距隧道的施工监控量测和确保隧道施工安全发挥了较大作用。隧道最终顺利通过验收也进一步验证了本文技术方法和相关研究成果的可靠性。
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