TBM隧道施工监控量测特点与方法探讨

【摘要】在分析复合式TBM工程施工技术特点的基础上（与普通钻爆法有较大的不同），通过某市轨道交通复合式TBM工程的数值解和实际量测得到的收敛和拱顶位移进行对比分析以及实际围岩支付状况成果分析与判定标准。最后分析一些实际影响实际量测结果的因素，提出成果分析的一些新方法。

【关键词】复合式TBM；监控量测；数值分析

Characteristics and Methods of Construction Supervision of the TBM tunnel

Su Hang，Zeng De—rong，Ma Wei—wen

（Chongqing Jiaotong UniversityChongqing400074）

【Abstract】Composite TBM project is quite different from ordinary drilling and blasting method. This article analyzes the convergence and vaults displacement of the numerical solution and the actual value according to rail transport composite TBM project， the payments of the actual wall rock. At last， it analyzes some factors which may affect the actual measurement results， propose some methods to result analysis.

【Key words】Composite TBM；Monitoring and Measuring；Numerical Analysis

1. TBM隧道监控量测

（1）隧道施工监控量测是保证工程质量的重要措施，也是判断围岩和衬砌是否稳定，保证施工安全，指导施工顺序，进行施工管理，提供设计信息的重要手段。[1]其中，周边位移是隧道围岩应力状态变化最直观的反映，通过周边位移量测可以判断围岩稳定程度以及指导现场施工。

（2）TBM施工与普通钻爆施工相比，采用滚刀进行破岩，避免了爆破作业，成洞周围岩层不会受爆破震动而破坏，洞壁完整光滑，超挖量少。因此，TBM施工方法比钻爆法得到的周边围岩应力变化更小，同时在TBM施工监控量测中数据较钻爆法施工更小。但是由于TBM机组在空间上的阻挡，TBM施工监控量测难度较钻爆法滞后性更大。

因此，以某市复合式TBM工程的施工量测中，主要采用水平仪和收敛仪对隧道内的水平收敛和拱顶下沉量进行量测，以达到判断围岩稳定的目的。



图1有限元模型

2. 数值模拟分析

（1）根据设计地质说明，该隧道沿线属构造剥蚀浅丘地貌，区间隧道埋深10～50m，覆跨比大于1.5。隧道围岩岩层平缓，岩体较完整。围岩主要为较完整的块状镶嵌结构的砂质泥岩和块状砌状砌体结构砂岩。因此，在隧道数值模拟中简化设置埋深均为30m，土层根据实际勘测简化分为两层，上层为风化砂质泥岩（其物理参数为：弹性模量为500MPa；泊松比为0.4；重度24KN/m3），下层为风化砂岩（其物理参数为：弹性模量为1000MPa；泊松比为0.3；重度23KN/m3），且都为粘弹性体，纵向长度为120m，监测断面则在隧道内10m处，避免洞口处采用约束条件而对其收敛和拱顶下沉数据的影响。其中围岩和管片（其物理参数为：弹性模量为27600MPa；泊松比为0.2；重度25KN/m3）均采用实体单元。从而得到相关有限元模型如图1所示：

图2X方向的位移云图

（2）隧道内管片衬砌内径为5.4m，管片厚度为0.3m，外径为6m。此次通过隧道内管片结构内力与位移来分析模型中的水平收敛和拱顶位移，图2和图3分别为管片关于X方向和Y方向的位移云图。

3. 数据对比分析

3.1水平收敛对比分析。

（1）隧道内壁面两点连线方向的位移之和称为“收敛”，收敛值为两次量测的距离之差。收敛加速度则为两次单日收敛速度之间的差值和两次速度时间之间的比值。在隧道施工监控量测中一般水平直径作为收敛线，对其进行量测。在数值模拟中，简化为每个计算步为10m（即每天开挖10m），设开挖到监控断面为第一天，此时监控断面距掌子面距离为0m，取水平直径上的两个节点的X方向的位移，然后相加得到收敛值。此次，通过多断面求平均值得到的收敛值（如表1所示），累计收敛与掌子面距离的关系图（如图4所示）以及收敛加速度与累计天数的关系图（如图5所示）。

图3Y方向的位移云图

表1收敛值对比表

距离掌子面距离

（单位：m） 累计天数 模拟累计收敛

（单位：mm） 实际累计收敛

（单位：mm） 模拟收敛加速度（单位mm/天） 实际收敛加速度（单位mm/天）

0 1 0.2699 0 0.2699 0

10 2 0.8757 0 0.3359 0

20 3 2.3051 0 0.8236 0

30 4 2.4205 0 —1.314 0

40 5 2.5265 0.42 —0.0094 0

50 6 2.6655 0.8 0.033 0.42

60 7 2.7609 1.07 —0.0436 0.38

70 8 2.8423 1.32 —0.014 0.27

80 9 2.8895 1.53 —0.0342 0.25

90 10 2.9619 1.71 0.0252 0.21