隧道施工中監控量測及應用探討

周洪劍

摘要：文章結合高速公路工程隧道施工中的監控量測實例，就隧道圍巖現場監控量測方法和對量測數據的處理和分析進行了闡述，通過對量測結果的等級管理，指導施工應用。

關鍵詞：隧道工程；監控量測；數據分析

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）12-0151-02

高速公路隧道建設中新奧法施工已普遍地應用。而監控量測則是新奧法中不可缺少的重要組成部分，通過監控量測來決定圍巖和支護結構的承載—變形—時間特性。并用監測結果修改初步設計，指導施工，確保施工安全。

一、工程簡介

某隧道為單洞三車道分離式隧道，隧道左右洞進口均位于R=1500 m曲線上，左右洞出口均位于R=1480m曲線上。右洞長704m；左洞長685m。設計行車時速100km/h。隧道建筑界限:行車道寬度為3m×3.75m，左側向寬度為0.5m，右側向寬度為1.0m，左側設檢修道寬0.75m，右側設檢修道寬1.0m，凈高5.0m。行人橫洞凈寬2.0m，凈高2.5m，行車橫洞凈寬4.5m，凈高5.0m，襯砌結構為“復合式”。洞身圍巖級別以IV級為主，節理裂隙發育，圍巖較破碎，自穩能力差，側壁及拱頂易產生坍塌、掉塊，不利施工。

二、監控量測的目的和意義

高嶺隧道洞身圍巖級別以IV級為主，節理裂隙發育，圍巖較破碎，自穩能力差，側壁及拱頂易產生坍塌、掉塊，不利施工。通過對監控量測數據的分析，為修改設計提供數據、為調整施工方法提供依據，指導現場施工，確保隧道施工的安全。掌握圍巖動態，了解支護結構在不同工況時的受力狀態和應力分布，對圍巖穩定性做出評價，確定合理的二次襯砌施工時間。

三、監控量測項目和主要內容

（一）現場監控量測項目及方法

根據高嶺隧道圍巖類別，確定隧道現場監控量測項目（必測項目）及方法有：

1．地質和支護狀況觀察。巖性，掌子面結構面產狀及支護裂縫和變形觀察或描述，地質羅盤及規尺等。開挖后及初期支護后進行斷面布置。量測間隔時間為每次爆破后。

2．周邊位移、拱頂下沉。收斂計，水平儀及水平尺。斷面布置見圖1。量測間隔時間為:1～15d，1～2次/d；16d～1個月，1次/2d；1～3個月，1次/周；3個月以后，2次/月。

3．地表下沉。水平儀及水平尺。主要布設在V、IV級圍巖及淺埋偏壓地段，共22個斷面，見圖2。量測間隔時間為:開挖面距量測斷面小于2B時，1～2次/d；開挖面距量測斷面小于5B時，1次/2d；開挖面距量測斷面大于5B時，1次/周。B為隧道開挖寬度。

4．錨桿抗拔力。錨桿測力計及拉拔器。每10 m一個斷面，每個斷面不小于3根。

（二）施工監測流程

施工監測流程見圖3。

（三）開挖工作面的觀察

在每個開挖面進行，開挖后立即進行地質調查，繪出地質素描圖。開挖后立即進行工程地質及水文地質、巖層結構面產狀、節理裂隙發育程度及其方向、開挖面的穩定狀態、涌水情況、是否有底板隆起等的觀察；對于已初期支護地段，加強對圍巖動態情況的觀察：錨桿的受力變形情況、噴射混凝土是否發生裂隙和剝離現象、拱架是否受壓變形等。

（四）周邊水平位移、拱頂下沉量測

測點布置：初期支護施做后，用風鉆鑿<40mm、深200mm的孔，用1∶1砂漿填滿再插入測點固定桿，待砂漿凝固后即可進行量測工作。拱頂下沉量測測點用風鉆打眼埋設好固定桿，并在外露桿頭設掛鉤。測點大小適中，如過小測量時不容易找到；如過大爆破時容易打爛。支護結構施工時要注意保護觀測點，一旦發現測點被埋或損毀，要盡快重新設置，保證量測數據不中斷。

（五）地表下沉量測

每個斷面埋設7個測點，在隧道正上方埋設3個測點。采用精密水平儀和水準尺測取讀數，進行數據對比，掌握地表沉陷的變化規律，為洞身開挖支護及早提出指導意見，及時采取相應措施，防止地面過量沉陷。

（六）量測頻率及變形管理等級

量測頻率：洞內觀測分為開挖工作面觀測和初期支護狀態觀測2部分。開挖觀測應在每次開挖后進行，地質情況基本穩定無變化時，可每天進行1次。對初期支護的觀測也應每天至少進行1次。開挖觀測應在每次開挖凈空水平收斂和拱頂下沉量測采用相同的量測頻率，量測頻率見隧道現場監控量測項目及方法中所述內容。

注：相對位移值系指實測位移與兩測點間距離之比，或拱頂位移實測值與隧道寬度之比。脆性圍巖取表中較小值，塑性圍巖取表中較大值。

注：μn為最大位移值，μn的確定考慮圍巖類別、隧道埋置深度等因素并結合現場條件選擇。μ0為實測位移值。

四、量測數據的處理與反饋

及時對現場量測數據繪制時態曲線和空間關系曲線。圖5、圖6是對隧道左洞出口仰坡地表下沉觀測所繪制的時態曲線圖。

從圖中可以看出，在開挖初期2007-02-27～2007-03-07地表下沉比較大，曲線呈直線上升狀態；之后2007-03-08～2007-03-24曲線趨于平穩，速率圖上表現曲線貼近橫軸，在2007-03-25～2007-04-05曲線出現反彎，表明圍巖和支護已呈不穩定狀態。實際施工中，此時掌子面上半部為強風化凝灰熔巖中間夾雜黃土，下半部微弱風化凝灰熔巖，需爆破。2007-03-26爆破后，發現仰坡有微小裂縫，之后幾天內地表下沉、拱頂下沉明顯，于2007-04-06停工，對仰坡進行打長錨桿，掛網噴漿處理。圖7、圖8是一組對較穩定圍巖觀測后，繪制的時態曲線圖。

圖中曲線，開始階段變化比較大，之后逐漸趨于平穩，在圍巖收斂曲線上表現亦是如此，錨桿抗拔力滿足設計要求，在此就不再浪費篇幅。圖7、圖8說明圍巖較穩定。

二次襯砌施工需滿足下列要求:各測試項目的位移速率明顯收斂、圍巖基本穩定；已產生的各項位移已達到預計總位移量的80%～90%；周邊位移速率小于0.1～0.2 mm/d，或拱頂下沉速率小于0.07～0.15 mm/d。2007-10-15隧道右洞各項監測數據都已穩定，開始進行隧道二次襯砌施工。

五、結語

由于隧道工程的特殊性、復雜性和隧道圍巖的不確定性，對隧道圍巖及支護結構進行監控量測是保證隧道工程質量、安全必不可少的手段。因此對隧道監控量測及其數據的整理分析及應用應做好以下幾點：

1．監控量測內容的選擇，量測斷面位置選擇和量測測點的布置。

2．監控量測數據的采集和施工狀態變化情況緊密結合，分析數據變化和施工狀態的關系。

3．量測數據的應用，量測數據變化的準確分析和判斷，量測信息的及時反饋，指導設計、施工和修改支護參數。

4．通過監控量測保證隧道安全，預防隧道坍塌。

參考文獻

[1]陳鑒光，寧忠賢，曾憲營．雪峰山隧道監控量測中的錨桿軸力評測[J]．中南公路工程，2006，31（1）．