隧道施工設計外文翻譯--新意法的設計與施工

1、<p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄A： 外文翻譯</b></p><p><b>　　新意法的設計與施工</b></p><p>　　10.4施工期間監(jiān)控量測系統(tǒng)的設計</p><p>　　施工期間監(jiān)控量測系統(tǒng)的設計，應基于量測階段預期

2、出現(xiàn)的變形現(xiàn)象的類型和大小。由于掌子面穩(wěn)定的重要性，所以當一個隧道設計工程師在設計一個監(jiān)測系統(tǒng)時，他將擬定一項計劃對掌子面核心土的應力應變進行監(jiān)測并通過對其監(jiān)測結果進行分析和預測，然后通過這些信息與診斷階段和處治階段的預測結構進行對比分析。過程如下：</p><p>　　? 在掌子面核心土穩(wěn)定的條件下時(如圍巖性質比較堅硬)，工程施工就應該立即大致地對開挖面地層的彈性范圍和變形影響進行監(jiān)測，但是沒有必要反復監(jiān)測

3、和使用的精密的監(jiān)測儀器，一般是在監(jiān)測特殊的地質環(huán)境出現(xiàn)局部失穩(wěn)時（例如巖石滑坡或巖石脫落）或者是在圍巖性質不連續(xù)和出現(xiàn)裂痕的方向平行于隧道軸向需要用到剛性材料時才會用到精密的監(jiān)測儀器，以此來預防發(fā)生巖爆。因此，在這樣的情況下通常都會在隧道內每個100米設置系統(tǒng)量測站和監(jiān)控量測站來達到要求。</p><p>　　? (圍巖的粘性現(xiàn)象)掌子面核心土雖然可以短期穩(wěn)定，而且圍巖應力在彈塑性范圍內，但變形發(fā)生會在后期發(fā)生

4、，而且是不可忽略的量級。所以設計工程師在施工中通過擠出量測站、主量測站、監(jiān)控量測站(與隧道埋深有關)及系統(tǒng)量測站，對變形和應力的大小及發(fā)展趨勢進行及時監(jiān)測尤為重要。對測量進行校準和完善，這是得到的必要資料的唯一方法，可以此來評估經開挖后掌子面核心土是否充分穩(wěn)定。</p><p>　　其中各種類型的量測站安裝使用的頻率將取決于當?shù)氐乩憝h(huán)境和地質構造特征。還應該設置掌子面擠出變形的量測站，因為在整個施工中要隨時預測掌

5、子面前方地層發(fā)生大幅度的塑性變形或是通過它來選擇開挖方式和調控穩(wěn)定監(jiān)測技術，這項工作最好在隧道開挖停止7天后進行。如果超前核心土在這種情況下沒有充分保護，在過去的許多經驗證明其實，在施工中，由于開挖使圍巖內部缺少大量巖體將會產生一系列導致隧道不穩(wěn)定的因素。</p><p>　　擠出變形量測站最好在系統(tǒng)量測站安裝后，錯開四分之一洞徑的距離，以便量測掌子面核心土兩側的三維變形。</p><p>

6、;　　最后，通常每隔20~40米監(jiān)控量測站與系統(tǒng)監(jiān)測站隔開設置</p><p>　　監(jiān)測階段所使用的測量儀器</p><p><b>　　滑動變形計</b></p><p>　　滑動變形計是滑動測微計的經濟版本，應用廣泛，操作簡單，堅固可靠。盡管滑動測微計有更高的精度，但滑動變形計0.02毫米/米的精度是可以滿足要求的，可以不必采用高精度的滑動

7、測微計。</p><p>　　滑動測微計是由一系列外徑32mm的PVC管(每節(jié)長3m)組成。管和管之間用套管連接組裝成一個整體。每隔1m設一個探測點。測管的現(xiàn)場安裝需鉆約56mm的鉆孔，然后用膨脹水泥錨固。探測器的安裝是通過球形頭，它可以在管內安裝的溝槽自由滑動，量測過程也是這樣的。</p><p>　　M0是指探頭與測量點之間的距離，這個值經過機器從測量桿上不間斷的傳送到位于測量管外的位

8、移傳感器上。隨后的測量是探頭和測量點之間的新的距離（M1），L0的位移ΔL是由M1與M0之間的差值求得。這些測量線上位移的差值就使得變形沿測斜管分布，測量線上的總位移可以通過所有的變形計算出來。</p><p>　　? 在掌子面核心土不穩(wěn)定的情況下時（如圍巖性質比較松散），在施工階段如果沒有對開挖土體進行適當?shù)目刂坪图庸痰瘸凹s束的話，地層的變形就會慢慢變大而導致不穩(wěn)定。所以設計工程師就應該立即指定安裝極為頻繁的

9、擠出變形量測站、主量測站、監(jiān)控量測站和系統(tǒng)量測站（相隔10~20米）。</p><p>　　通常從圍巖穩(wěn)定狀態(tài)到圍巖失穩(wěn)狀態(tài)是很突然的而且變形量很小。如果變形在工程施工中期出現(xiàn)小的特殊變化或是惡化都將會足以引起極其嚴重和不可逆轉的變形，例如會導致掌子面核心土失穩(wěn)和隧道洞身的塌陷，所以對掌子面的擠出變形的量測是至關重要的。在實際施工中當應力—應變狀況難以監(jiān)控時，單是收斂變形是不足以保持圍巖的變形效應基本都處于控制范

10、圍內以及防止隧道塌方的，這是因為收斂變形處于整個變形過程的最后階段，因此就出現(xiàn)無法控制的現(xiàn)象，這是隧道洞身周圍巖體發(fā)生塑性變形的結果。眾所周知，塑性變形一旦明顯以后就難以控制。另一方面，掌子面的擠出變形是整個變形過程的第一階段，如果經過妥善的監(jiān)測的話,它將會出現(xiàn)大量的預收斂變形和收斂變形的現(xiàn)象，但是不會出現(xiàn)隧道塌方的現(xiàn)象，因為它有充足的時間來給隧道進行支護和加固等。</p><p>　　監(jiān)測必須認真地按照具體情況

11、執(zhí)行。</p><p>　　例如當隧道內某區(qū)段受大型構造斷裂帶影響時，可能會遇到各種不同性質的材料和施工組織的混亂等情況，這種情況有時是難以預測。在這種情形下，材料的地質力學預測是十分困難的，尤其是材料的變形性能。模擬計算會變得很困難，只能通過精密儀器量測開挖期間和開挖后的變形的類型和大小。了解地層壓力張量也是十分有益的，或者是簡單的水平與豎直壓力的比例，通常是其中一個壓力更大而使結構受力不均。這時必須安裝監(jiān)控量

12、測站進行隧道周邊變形的量測，圍巖內部位移的量測，以及圍巖內部應力的量測，為了確定是否殘余應力起作用。這可以根據(jù)隧道承受的荷載情況確定是安裝主量測站還是監(jiān)控量測站。</p><p>　　如果在可能發(fā)生圍巖滑坡的地方出現(xiàn)了破裂面或斷層時，最好的方法是在圍巖各個方向個不連續(xù)性處將測量器具綜合使用。然后工程師根據(jù)特殊的地理環(huán)境和地質情況等因素選擇測量器械的種類、數(shù)量和測量位置。</p><p>　

13、　在構造作用強烈的地區(qū)，水文地質量測是非常重要的。因為巖性往往在水的滲透以及壓力作用下將會方生急劇變化。如果沒有得到迅速的控制，強大水力梯度可能會嚴重影響隧道長期和短期穩(wěn)定性。</p><p>　　監(jiān)測階段所使用的量測儀器</p><p><b>　　磁力變形計</b></p><p>　　磁力變形計主要廣泛應用于測量施工期間道路路基的垂直沉降

14、位移和大壩的水平位移。它由一對受保護的波紋外套管保護著的檢查管組成, （測量點）每隔一定的距離加上金屬磁圈。當檢查管插入到鉆孔內時，金屬磁圈就固定到地層中了。測量工作是將一個探頭滑入檢查管內測量金屬磁圈的位置，因此在各個測量點就產生了位移。磁力變形計每個金屬磁圈的精確度可以達到± 1毫米左右,如果該測量精度達不到的話也要滿足整個測量工作以及掌子面核心土的擠出變形的要求。</p><p>　　隧道開挖在遇

15、到地下水層時對水的截斷是非常重要的，所以要在襯砌后修輸水渠道，然后進行系統(tǒng)地分析和測量排水流量。必須弄清楚測壓水位變化與彈簧兩者在隧道附近產生影響之間的關系。為了建立一個更為貼近實際而且能更好地評估在含水層隧道中排水設備所產生長期影響的水文地質模型，設計工程師也必須監(jiān)控隧道淺埋段產生的圍巖變形以及測量由于隧道開挖深度和水平地面沉降而引起的變形。無論測量的結果是什么，對隧道在穿越下表結構時的施工都特別的重要，例如道路、建筑物或是當在河床下

16、進行開挖工作時。再者，表層結構本身就需要適當?shù)膬x器對其監(jiān)測（表面測角器、不均勻沉降壓力表等），通過監(jiān)測來驗證它的原始狀況沒有變化（絕對沉降和差異沉降監(jiān)測、監(jiān)測所有裂縫開放及受振動造成的影響等）。在做好這些后對水文地質情況的監(jiān)測也要必須進行，在監(jiān)控隧道如何排除地表水流，并確保在隧道施工中不會出現(xiàn)任何靜電干擾和安全問題上的監(jiān)測工作是不可或缺的。</p><p>　　在隧道位于城市地區(qū)有可能毀壞一些基礎設施時，設計工程

17、師將更注重所有具有實用功能的基礎設施。由于地下隧道的通過甚至可能會導致下水道和天然氣的泄漏而形成渡槽引起巨大的危險，高壓電力線路也會因為受輕微的擾動將不再工作。在這方面使用一個綜合監(jiān)測系統(tǒng)將是不可缺少的，以便交叉測量與數(shù)據(jù)重復處理能夠同時進行，以消除或至少大大減少了因潛在的不準確的測量誤差所產生錯誤的可能性。</p><p>　　10.5 隧道在使用時的監(jiān)測</p><p>　　如果該地下

18、工程具有巨大的價值或者可能對周邊環(huán)境產生正面或負面的影響時，就必須對其安全性和產生的效果進行清晰連續(xù)的監(jiān)測，這項工作的持續(xù)時間應該是施工后和其整個使用壽命時間范圍內。</p><p>　　在幾年前這種類型的監(jiān)測不是很常見，部分原因是在監(jiān)測中可能要中斷工程的使用以便給維修人員時間來采取必要的測量。但是今天，遠程遙控自動裝置可以測量到關于監(jiān)測該地下建筑可以正常運行的很多參數(shù)。這就意味著一個監(jiān)測系統(tǒng)可以在施工期間被使用

19、，就能夠在多年后還能繼續(xù)提供數(shù)據(jù)來保證隧道不受外界影響以及隧道的正常使用。</p><p>　　根據(jù)隧道的情況在施工時結合現(xiàn)代化的最新信息這種方法使用以后，對地面結構體系的應力應變作用就有了足夠的認識，在工程維護和修理的問題上就可以用科學的方法來解決。</p><p>　　檢測階段所使用的測量工具</p><p><b>　　單點和多點式位移計</b

20、></p><p>　　單點和多點式位移計是用來測量地層沿鉆孔軸線方向的移動，以此來保證洞口處不同深度測量點的數(shù)量。是選用單點或是多點位移計取決于它安裝的測量點的數(shù)量。</p><p>　　單點式位移計使用時需要一個有直徑約4.5厘米的鉆孔，而多點式位移計則需要一個直徑約10厘米的鉆孔。它們都是用于測量隧道洞室周圍巖體的變形。</p><p>　　該系統(tǒng)的組成

21、是在地層中鉆孔安裝錨桿通過鋼絲與地表相連接，殷鋼和玻璃纖維桿受高強的潤滑劑外殼保護。</p><p>　　因為殷鋼的膨脹系數(shù)即大約高于普通鋼的十分之一，所以在預計溫度將要發(fā)生大幅度變化時選用殷鋼更好。玻璃纖維桿因為其實用性現(xiàn)在已經被廣泛推廣（它的伸長量可達到為準備安裝的基本的折疊），但是當該測點的安裝長度大于70 - 80米它不能用于測量收縮量。</p><p>　　玻璃纖維桿可以在保護殼

22、內錨桿點與位移計口之間自由滑動，而它的每一次動作都將被數(shù)值比較器或電位儀傳感器測量記錄下來。</p><p>　　施工期間大部分用于監(jiān)測的的儀器將被安裝在測量站，其目的是提到監(jiān)控量測的質量。尤其是，如果在隧道的使用中采用解釋的測量，與類似的測量直進行接比較的的話更容易理解和更有意義。</p><p>　　顯然這些需要仔細監(jiān)測服的隧道在使用時最務時將會因為一些隨時間變化不穩(wěn)定因素而受到影響。

23、例如發(fā)生隧道滑坡和嚴重的tectonised，或是在任何情況下受到大量粘性和徐變現(xiàn)象等。</p><p>　　對于淺埋隧道洞口段的施工方法應在整個施工工作中進行監(jiān)測，因為由于周圍環(huán)境任何時候的大幅擾動它將受到影響（如地震活動的結果）,即使建設完成以后也一樣。</p><p>　　那哪個才是隧道在運行時最合適的測量呢？在回答這個問題之前我們必須明確一個長期的監(jiān)測目的。它必須要做到以下幾點：&

24、lt;/p><p>　　? 核實監(jiān)測的作用，要知道所有的監(jiān)測行為是為了確保地下洞室的穩(wěn)定性和完整性，是工程設計活得符合規(guī)定的安全系數(shù)的保證。</p><p>　　? 給建筑對周圍環(huán)境的影響進行監(jiān)測和評估, 特別重視早已存在的水文地質環(huán)境的均衡性（監(jiān)測范圍應包括由于地表水位下降可能會使農作業(yè)土壤肥力減少或者是在它包含有害物質溶液或懸浮液時存在排水困難現(xiàn)象等潛在的危害）。</p>&

25、lt;p>　　因此對于隧道使用時的監(jiān)測應包括獲得一些關于隧道洞身周圍水文地質條件的變化和穩(wěn)定器械應力——應變狀態(tài)發(fā)生改變的數(shù)據(jù)。</p><p>　　該儀器在施工階段就已經安裝上而不可缺少，可直接測量在初期支護和二次襯砌時的壓力分布。設計工程師應該注意那些通常有數(shù)據(jù)模型預測不了的，特別是以前就存在地應力狀態(tài)可能出現(xiàn)的不對稱荷載。</p><p>　　收斂變形的量測在監(jiān)測工作中占有重要

26、的地位，它包括對襯砌內部輪廓的基本測量以及查明它不會隨時間發(fā)生變形（即檢查隧道斷面是否會變成橢圓形）。一般來說測距計、收斂釘和地形指標通常都可以滿足這種類型的測量，但是這些系統(tǒng)必須保證對隧道的運行產生的影響很小甚至沒有，比如雷達或電視等都可在特定情況下使用。</p><p>　　檢測階段所使用的測量工具</p><p><b>　　收斂計</b></p>

27、<p>　　收斂計就像是一個用于測量隧道收斂變形參考點的帶有螺紋和吊環(huán)頭的針一樣。</p><p>　　在收斂計測量時是將它們固定在隧道洞室周圍，在對測量面的測量點進行幾何布置后，部分收斂計應立即固定于地層內，測量面的測點一般是2個、3個或者是5個。</p><p>　　每個測量點采用這樣的配置的話就可以使用各種系統(tǒng)來周期性的測量它的收斂變形。最古老和最常用的方法是采用以刻度厘

28、米為單位的殷鋼鋼絲（收斂線），一旦它連接到一對收斂計的兩端，通過一個特殊的測力裝置就會帶來一個恒定張力。每一對收斂計間的距離可使用機械或者數(shù)字化測量儀器讀出來最近幾年地形測量系統(tǒng)的使用已經非常普遍，以避免現(xiàn)場測量活動受施工的影響。適當?shù)墓鈱W目標被安裝在收斂計上，而他們之間的距離則使用經緯儀周期性的測量。</p><p>　　無論使用什么樣的測量方法，最重要的是在收斂計安裝好以后能夠盡快的調零進入測量工作。<

29、/p><p>　　當然，如果測量發(fā)現(xiàn)有異常情況，設計工程師必須對此作出詳細分析，找出其原因采取補救方法恢復測量的原來最好的狀態(tài)。</p><p>　　如果隧道通過大量含水層，當?shù)叵滤皇状胃珊院脱a充時那么設計工程師監(jiān)督其過渡期（一般來說時間比較長而且占用較大空間）是非常重要的。這個可以通過在施工開展之前安裝網(wǎng)絡的水壓計來解決，以保證整個隧道施工的連續(xù)性。如果隧道開挖前進是處于水動力條件下時，沿

30、隧道路線沉降量可能會相當大, 其中包括整個地區(qū)的地基固結現(xiàn)象影響。</p><p>　　應同時給予或多或少的各種器械使用說明及數(shù)量，但在必須測量的地方也不必提及其環(huán)境情況。盡可能采用自動化的方法獲取和處理數(shù)據(jù)是非?？扇〉霓k法，在隧道建筑或是對于其使用者來說這是保證對隧道進行定期和系統(tǒng)地測量的進行而對開挖工作不會產生絲毫的干擾的唯一辦法。</p><p>　　一個典型的數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)的組

31、成（圖10.3）：</p><p>　　? 由電腦控制單元管理測量站的一系列的子系統(tǒng)位于隧道內放在測量站附近一個安全的地方。</p><p>　　? 許多受微處理器控制的中心裝置通過電話點控制和要求各個子系統(tǒng)的工作要與設定的時間表相一致。同事讀取在隧道各個不同路段的所有使用儀器的讀數(shù)至少一次，如果有必要的話要求對每個儀器讀數(shù)分別單獨讀取。如果這些儀器位于隧道入口附近的位置，即使在報警信號提

32、示存在潛在危險的情況下時它們都能通過調制解調器連接,通過接收和傳輸命令完成對話。</p><p>　　? 操作裝置是本系統(tǒng)真正的大腦，通過調制解調器編程管理一個或多個中心裝置。隧道的全程監(jiān)控可以由它來控制并采集數(shù)據(jù)和進行所有必要的處理。</p><p>　　集中化和電腦化的測量使系統(tǒng)的安裝技術不斷的活躍，當隧道內應力和變形超過臨界值時，隧道管理員可通過報警系統(tǒng)來采取安全防范措施，</

33、p><p>　　檢測階段所使用的測量工具</p><p><b>　　測斜儀——1</b></p><p><b>　　普通信息的工具</b></p><p>　　測斜儀廣泛應用于監(jiān)測地層的垂直和水平位移以及測量結構位置的變化。</p><p>　　它的作用是測量重要點的垂直變化

34、，用數(shù)值積分法獲得各點移動后的傾角。</p><p>　　測斜儀可以采用可移動的或固定的兩種裝置來測量，活動測斜儀是在地層受長時間的大幅擾動時為測斜管需要讀取整個長度。但是，如果是要求必須非常頻繁的監(jiān)測或自動觀測時建議最好使用固定測斜儀，因為必要時它能過連接到一個計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該儀器基本包括以下部分：</p><p>　　1. 測斜管、防滑移制動系統(tǒng)、鋁或玻璃纖維導槽（見圖）。<

35、;/p><p>　　2. 測斜儀探頭，它是由在測斜管導槽內滑動的兩個圓輪和一個金屬圓柱體組成，以確保測斜管的方位角保持不變。兩個滑輪之間的距離也就決定了測量點之間的距離（一般是50厘米）。測量傳感器安裝在金屬圓柱體上進行一些模擬或得到一些數(shù)據(jù)。使得伺服加速度計式或磁電阻式可以在在兩個相互正交的平面上來測量測斜管的傾角。</p><p>　　3. 測量電纜用于提升和下降探頭以及電氣連接給測讀儀傳

36、遞量測信息。在電纜線上一般每隔50厘米就會有一個缺口，方便在測量工作中定位測斜儀探頭。</p><p>　　4. 讀數(shù)儀是一個控制單元可以讓該測斜儀測量量可以用不同距離形式的讀取，數(shù)字探頭可以直接連接到一臺便攜式電腦上。以下配件可使得測量更加恰當和精確。</p><p>　　? 測試探頭是檢查測斜管在測量探頭被引用以前是否妥善安置和工作；</p><p>　　? 螺