欧洲应用隧洞施工控制设备的经验

文章摘要:为符合ISO9000族标准要求，工业正面临着运行当中改善质量管理的新需求，岩土工程业也不例外。对隧洞施工现场来说，体现在加强施工过程控制和更精确的施工质量控制方面。大地测量和岩土设备及其服务是重要的工具之一。目前，岩土技术设备所占的市
文章主题:隧洞施工 质量控制 岩土设备 欧洲

文章内容：施工组织设计2003年第3—4期(总第74—75期)欧洲应用隧洞施工控制设备的经验为符合09000族标准要求,工业正面临着运行当中改善质量管理的新需求,岩土工程业也不例外.对隧洞施工现场来说,体现在加强施工过程控制和更精确的施工质量控制方面.大地测量和岩土设备及其服务是重要的工具之一.目前,岩土技术设备所占的市场份额比传统的用于设计验证的隧洞运行监测设备要更加显着.参考常规的岩土工程设计和施工过程(参见图1),可以将岩土技术设备对质量的控制理解为一个反馈循环.图1中,这一循环表明岩土工程设计过程中,最小的循环可能处在上部.这说明岩土设备对作为前期工作结果的设计的验证可形象化为一个较大的反馈循环.岩土技术设备的讨论涉及以下两部分,它有助于隧洞施工过程中的质量控制.图1岩土技术设备运行监测流程?隧洞施工过程中所选择的控制设备;?控制整个隧洞运行的有效时间监测设备.,大量的监测实例将应用于讨论当中.隧洞施工控制隧洞施工当中的一个标准控制项目是声波发射和大地振动的监测.每种监测均按惯例用于所有类型的隧洞?91?2003年第3—4期(总第74—75期)施工组织设计掘进作业,不仅用于钻爆法开挖,还可用于全断面隧洞掘进机开挖.下面将进一步讨论最近开发的两个控制隧洞施工的专用测量设备.这些开发的产品在欧洲市场尤为引人注目.它们是:?新型隧洞扫描仪:控制开挖尺寸和喷混凝土衬砌的厚度;?新型测偏仪:通过测量水平和倾斜钻孔偏差控制钻孔质量.断面开挖及混凝土衬砌厚度用于圄21雕嗣扫描系统特征隧洞扫描仪被广泛的应用.隧洞试运行之前,要使用隧洞扫描仪进行断面和清障控制.可靠性记录表明,最重要的仪器之一便是德国制造的360隧洞扫描仪.最近有一款新型的隧洞扫描仅已经交付使用(—.1997),它在欧洲市场引起了很大反响.由奥地利多家公司开发研制的隧洞扫描仪是一种全数码摄影测量系统,用于记录隧洞掘进情况.它可以控制地下工程施工过程.例如隧洞开挖,隧洞断面轮廓,初期喷混凝土支护的作用等.如图2所示,这套记录系统包括两台照相机,镶嵌在活动框架中,它以数码形式产生隧洞表面的立体图像照相机可在100范围内垒方位自动拍摄目标为此.在框架中安装了三个永久性反射器觇标.围岩变形测量可以和定位同时?92?进行.絮鬻005.0..15-2—25圈3鞋洞扫描仪揭示的鞋嗣衰面变形(收敛)一般情况下.扫描仪现场记录通常只用几分钟时间.数码图像自动储存在系统的内部的中,也即立体图像.仪器可自动计算探测到的隧洞表面的3一坐标.在目前的开发阶段,系统对每个坐标的精确度达4-5.合成软件允许大量的评估选项,包括:?实际开挖与设计开挖面比较,不仅能测选定横断面.还能测定隧洞的全部剖面是否超挖或欠挖;?在喷混凝土之前或之后进行隧洞表丽比较-测定喷混凝土衬砌的厚度,自动识别最小,摄大或平均厚度;?在不同的阶段及时比较隧洞表面,测一一.■■—-■■一(一器蕾蒜荽瑚硼瑚珊彻舢;呈一目一棚幕趟施工组织设计2003年第3—4期(总第74—75期)定隧洞表面变形.注意,隧洞扫描仪的系统配置低,其精确度也随之降低.除以上提及到的可能性,隧洞扫描仪中一个特定值在不同掘进阶段某个监测目标数字图象产生时是不变的.用于钻孔控制的挠度计有规律的水平和倾斜钻孔是隧洞施工的一部分.包括锚杆孔,隧洞掘进过程中探测钻孔,隧洞冻结法掘进的一系列水平钻孔等.施工控制过程包括孔洞偏差测定.经验表明,水平和倾斜的钻孔尤其容易出现偏差,偏差程度取决于钻孔设备的质量,操作人员的经验,钻孔的深度以及地质条件.现在市场上有各种测量系统,用于测量水平及倾斜孔洞的偏差度.典型的岩土工程应用中,10～100比较浅的钻孔最适合使用便携式挠度计.正如达尼克里夫所描述的:挠度计控头由两个等长的梁组成,梁之间由:带两个角度转换器的特别接头连接,以量测两个梁之间两个独立的角位移(参见图4).图4挠度计探测头图解早期的角度测量范围,是根据全桥梁抗或根据电光传感器来制订的.耦合应变计传感器贯穿刃形支承边拉力线,鍪器水平偏差()图5掘进中的隧洞表面用挠度计探测56深水平钻孔控制情况,沿正常轴线每米递进观测孔洞偏差情况.?93?2003年第3～4期(总第74—75期)施工组织设计^甘褪距隧洞轴线距离()图6沿着地层冻结的隧洞轮廊正面观测竖井起始墙及63个水平钻孔的位置.所有钻孔已观测刭最近,因特费尔斯公司向市场投放了一种新型的挠度计,它由电位计循环变换器组成.以作者本人的观点认为,该产品在系统精确性和耐用性方面优于以前所有的挠度计.布克在1997年曾报导了该系统精确地应用于长40,直径±25,呈倾斜及水平状的钻孔情况.注意,观测中采用≥82标准钢罩.新型的挠度计测量实例见图5.图5表明了在掘进的隧洞表层监测一个56深钻孔的偏差情况.由一名受过训练的技术工人专门负责,每递进探测一次.设备的调试,运行及测量大约需要70.在图5中可清楚的看到,钻孔形状很像一个瓶塞钻.钻孔底部(向下和靠左部分)的?94?偏差分别是0.18和0.20.偏差为总深度的0.33,是在规定的限度内.图6表明一个地层冻结的隧洞工程.该隧洞的地质状况为砂石和砾石层构成的高渗透性第四纪沉积物.从垂直的竖井水平望去,可看到一组开挖的水平孔洞沿着施工的隧洞轮廊构成了一个冻土轮廊.众所周知,隧洞开挖期间,明显钻孔偏差可造成冻土轮廊潜在的破坏性进水和土壤侵入.图6所示情况中,一共测量了63个水平钻孔,每个孔深36.在隧洞工程中,发现有相当数量的钻孔偏差大于最终深度指定值的0.5.辅助性钻孔需要重新确定其布局.译自《隧洞与隧洞工程2001年第4期