岩土工程课程设计

安徽建筑工业学院——课程设计任务书
课程名称：《岩土工程》
学生姓名：
学号：
班级：10勘察2班
指导教师：
院长：
一、工程概况
本工程为市府广场公交换乘中心改造工程的一部分，由现商城负一层消防通道下穿市府广场停车场负二层原设计地道总长59.5m，其中明挖框架段17.5m，穿越城市主干道至地下停车场段为隧道工程，长42m。

桩号1+30.827~1+72.827，长42m；采用“新奥法”原理进行设计，暗挖法施工。

地下通道为圆形拱衬砌，挡墙式洞口，洞内路面采用混凝土路面，通道净宽6m，净高2.5m，其中开挖高度8.48m，开挖宽度5.6m。

结构覆土厚度约为3m。

隧道穿越地层为杂填土（Qm1）和淤泥质杂填土（Q4a1），其中淤黏土为天然含水量大于液限含水量，天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土，属于静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的一种特殊性土。

通道所处位置及断面设计如图1和图2所示。

图1 地下通道平面图
图2 地下通道断面设计图
二、监控量测的目的及意义
隧道现场监控量测是指在隧道施工过程中，对围岩和支护、衬砌受力状态的量测。

现场监控量测是监视围岩稳定，判断支护、衬砌结构设计是否合理，施工方法是否正确的一种手段；也是保证新奥法安全施工、提高经济效益的重要条件；为施工中可能有的工程变更提供科学依据；它贯穿隧道施工的全过程。

为此《公路隧道施工技术规范》（JTJ 042-94）中第9.1.1条作出下列规定：采用复合式衬砌的隧道，必须将现场监控量测项目列入施工组织设计，制定监控量测计划，并在施工中认真实施。

监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，按这种要求进行布点和检测，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。

量测数据应及时分析处理，并将结构反馈到施工过程中。

结合本管段隧道的施工特点及设计要求，特制定隧道施工监控量测作业指导书，以指导隧道施工。

1、量测的目的为:
⑴掌握围岩动态和支护结构的工作状态,利用量测结果修改设计,指导施工.
⑵预见事故和险情,以便及时采取措施,防患于未然.
⑶积累资料,为以后的新奥法设计提供类比依据.
⑷为确定隧道安全提供可靠的信息.
⑸量测数据经分析处理与必要的计算和判断后,进行预测和反馈,以保证施工安全和隧道稳定.
2、量测的意义
（1）在施工过程中对前进的开挖工作面附近围岩的岩石性质、状态进行目测，掌握围岩动态，以及围岩的施工力学性能，了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布，及时改进支护，对围岩稳定性、安全性作出评价来指导现场施工。

（2）通过施工和环境监测进行信息反馈及预测预报，优化施工组织设计，指导现场施工，确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会、经济和环境效益。

（3）验证支护结构型式、支护参数的合理性，对支护结构、施工方法的合理性
及其安全性作出评价及建议，为确定二次支护时间提供依据。

（4）积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据，为修改变更设计、调整施工方法提供科学依据。

三、监控量测工作的原则和要求
监控测量工作必须紧接开挖、支护作业，应按设计要求进行布点和监测，并根据现场施工情况及时调整量测项目和内容。

量测数据应及时分析处理，并将结果反馈到施工过程中。

监控量测应作为施工组织设计一个重要组成部分，应纳入施工工序，并贯穿施工的全过程，为施工管理及时提供信息。

开工前应根据隧道规模、地形、地质条件、施工方法、支护类型和参数、工期安排以及所确定的量测目的等编制量测计划。

编制内容应包括：量测项目、量测仪器选择、测点布置、量测频率、数据处理、反馈方法及组织机构、管理体系等。

现场应成立专门监控量测小组，负责测点埋设、日常监测、数据处理和仪器维修保养工作，并及时将量测信息反馈于设计和施工。

四、监控量测的内容及控制基准
1、监控量测手段
本标段主要采用精密水准仪、收敛仪、全站仪等先进测量设备对隧道地表沉降、拱顶下沉、围岩收敛、断面变化等监控项目进行量测。

2、主要设备
监控量测设备配置表
监控流程见监控量测流程框图
4、监控量测程序和项目
监控量测必测项目表
监控量测选测项目表
浅埋隧道地表沉降观测点应在隧道开挖前布设。

地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。

沉降测点在隧道两侧量测范围不应小于H0+B，其测点布置如下示意图
地表沉降测点纵向间距
注：Ho为隧道埋深； B为隧道最大开挖宽度
拱顶下沉测点和净空变化（围岩收敛）测点应布置在同一断面，根据设计要求，Ⅴ级围岩每5m、Ⅳ级围岩每10m、Ⅲ级围岩每30m、Ⅱ级围岩每50m布设一个断面，第一个监测断面布置在明暗洞交界里程往洞内方向2m处，拱顶下沉测点原则上布置在拱顶轴线附近。

隧底隆起观测点布设在仰拱中心，与拱顶下沉观测点在同一量测断面上。

拱顶下沉及净空变化量测点布置见下图。

五、数据处理、分析及应用
(1).绘制位移—时间关系曲线，根据曲线形态判断围岩的稳定情况。

当位移—时间关系曲线趋于平缓时(如图A)，变形速率不断下降，表明围岩趋于稳定，支护是安全的，应进行数据处理或回归分析，推算最终位移掌握位移变化规律。

当位移—曲线出现反弯点时(如图B)，则表明围岩和支护已呈不稳定状态，此时应密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖。

(2)回归分析
由于量测的偶然误差所造成的离散性，绘制的散点图是上下波动和不规则的，
因此必须对量测采集的数据进行数字处理---回归分析，采用最小二乘法拟合数据获得合理的典型曲线，并以相应的数字公式进行描述。

回归分析是目前时测数据数学处理的主要方法，通过量测数据回归分析可以预测最终位移值和位移速率。

目前常采用以下函数作为回归函数： 对数函数：
指数函数：
双曲函数：
式中： u ——某一时刻变形值（mm ）；
A 、
B ——回归系数； t ——量测时间；
t 0——测点初读数距开挖时的时间（d ）；
T ——量测时距开挖时的时间（d ）。

六、监控量测管理基准
围岩稳定性应根据量测结果按下列指标进行综合判别： 1）最大位移； 2）位移变化速率；
3）位移速率变化趋势 （加速度）； 4）初期支护所受的应力、应变、压力 。

()
⎪
⎪⎭⎫
⎝
⎛++=++=0ln 1ln t B T B A u t B A u ()
Bt Bt e e A u ---=0⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=
2201111BT Bt A u Bt
A t u
1、根据最大位移判断
实测最大位移值不应大于隧道的极限位移，并按下表位移管理等级进行施工。

为了确保围岩和初期支护变形不侵入二次衬砌空间，一般情况下，宜将隧道的设计预留变形量作为极限位移，进行控制。

同时设计预留变形量应根据监测结果不断修正。

注：U0-实测位移值 Un-最大允许位移值
2、根据位移变化速率判断
净空变化速率持续大于1.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统；净空变化速率持续在0.2～1.0mm/d时，应加强观察，做好加固围岩的准备；当净空变化速率小于0.2mm/d时，围岩达到基本稳定，在高地应力、岩溶地层和挤压性围岩等不良地质中，应根据具体情况制订判断标准，防止结构突然失稳或破坏。

3、根据位移速率变化趋势来判断
当围岩位移速率不断下降时（du2/d2t＜0），围岩趋于稳定状态；
当围岩位移速率保持不变时（du2/d2t=0），围岩不稳定，应加强支护；
当围岩位移速率不断上升时（du2/d2t＞0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，采取措施。

4、根据初期支护所受的应力、应变、压力来判别
初期支护承受的应力、应变、压力实测值与允许值之比大于或等于0.8时，围岩不稳定，应加强支护；初期支护承受的应力、应变、压力实测值与允许值之
比小于0.8时，围岩处于稳定状态。

参考文献：
1．《地下工程浅埋暗挖通论》，王梦恕，安徽教育出版社社；
2．《地下工程施工与管理》，杨其新主编，西南交通大学出版社；3．《地下建筑结构》，朱合华主编，中国建筑工业出版社；
4.《岩土工程》，汤康民主编，武汉理工大学出版社；
5．《铁路隧道设计规范》（TB10003-2001）；
6.《城市地下工程施工监测与信息反馈技术》，刘招伟主编，科学出版社。