監(jiān)控量測(cè)技術(shù)在高速公路隧道中的應(yīng)用分析

摘要：在高速公路的修建過(guò)程中，隧道是影響工程進(jìn)度的瓶頸，隧道的監(jiān)控量測(cè)能及時(shí)改變支護(hù)類(lèi)型和時(shí)間，對(duì)工程的質(zhì)量、工程的進(jìn)度、工程的成本起到了至關(guān)重要的作用。本文從監(jiān)控量測(cè)的幾項(xiàng)主要工作及應(yīng)用進(jìn)行介紹，探討監(jiān)控量測(cè)在施工過(guò)程中的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：高速公路隧道 監(jiān)控量測(cè) 工程質(zhì)量

通過(guò)對(duì)隧道進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，可預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)圍巖變化，優(yōu)化設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工，確保隧道施工安全，使工程投資經(jīng)濟(jì)合理。監(jiān)控量測(cè)是保障安全、優(yōu)化設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工的重要手段，對(duì)隧道施工具有重要意義。

一、監(jiān)控量測(cè)的作用、工作的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1監(jiān)控量測(cè)的作用

監(jiān)控量測(cè)的及時(shí)、合理、準(zhǔn)確，方面可以起到為二次襯砌支護(hù)時(shí)機(jī)提供科學(xué)指導(dǎo)和評(píng)價(jià)支護(hù)效果的作用；另一方面，由于監(jiān)控量測(cè)工作必須緊跟隧道施工，對(duì)隧道的地質(zhì)情況及現(xiàn)場(chǎng)的施工情況有著直接的了解，可以配合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理加強(qiáng)對(duì)施工單位的監(jiān)督，同時(shí)在圍巖發(fā)生變化時(shí)可以在第一時(shí)間提出施工建議，從而起到保證施工安全的作用。

1.2監(jiān)控量測(cè)工作現(xiàn)狀

(1)國(guó)內(nèi)外隧道施工監(jiān)控量測(cè)的內(nèi)容。國(guó)內(nèi)外隧道施工監(jiān)控量測(cè)的內(nèi)容涵蓋了隧道圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)體系的各個(gè)方面，包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變、壓力等，具體的量測(cè)項(xiàng)目有工作面地質(zhì)觀察、隧道拱頂下沉、洞周收斂、地表下沉、圍巖內(nèi)部位移、圍巖應(yīng)力、支護(hù)結(jié)構(gòu)壓力、錨桿軸力和抗拔力等。

(2)儀器的選用及數(shù)據(jù)處理現(xiàn)狀。目前國(guó)內(nèi)外采用的監(jiān)測(cè)儀器大體有經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、塔尺、剛尺、收斂計(jì)、百分表、壓力和應(yīng)變計(jì)等量測(cè)設(shè)備。在數(shù)據(jù)的處理上，位移量測(cè)一般是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集后，繪制成位移—時(shí)間、速率—時(shí)間曲線(xiàn)，然后進(jìn)行相關(guān)的回歸分析，以求對(duì)隧道支護(hù)體系的穩(wěn)定性及支護(hù)時(shí)機(jī)等有所指導(dǎo)。

(3)特殊地段的監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀。特殊地段的監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)，基本沒(méi)有成文的規(guī)定，工程實(shí)際中，由于特殊地段施工的危險(xiǎn)性和時(shí)間緊迫性，往往很難展開(kāi)行之有效的監(jiān)控量測(cè)工作。

1.3存在的問(wèn)題

在過(guò)去的施工過(guò)程中，隧道的監(jiān)控量測(cè)存在著很多問(wèn)題，通過(guò)總結(jié)，主要表現(xiàn)為隧道設(shè)計(jì)和施工與監(jiān)控量測(cè)很難做到有機(jī)結(jié)合、測(cè)試手段不多和測(cè)試儀器精度不高、數(shù)據(jù)處理技術(shù)沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)范，精度不高、對(duì)一些特殊地質(zhì)情況的隧道施工監(jiān)測(cè)辦法不多等。只有不斷創(chuàng)新和提高技術(shù)水平，才能保證量測(cè)成果的可靠性和精密性。

二、監(jiān)控量測(cè)內(nèi)容和意義

3.1監(jiān)控量測(cè)內(nèi)容

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分為必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目。當(dāng)前，各在建或已建公路隧道，其現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目都是根據(jù)具體情況做出具體選擇。就單純?yōu)榉?wù)和指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)可能會(huì)出現(xiàn)的塌方等隱患而言，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目可選擇為地質(zhì)和支護(hù)情況觀察、周邊收斂量測(cè)、拱頂下沉量測(cè)、地表下沉及邊坡位移量測(cè)。

3.2監(jiān)控量測(cè)的目的和意義

（1）保證隧道圍巖的穩(wěn)定，確保施工安全。掌握施工中圍巖和支護(hù)的力學(xué)狀態(tài)，按照動(dòng)態(tài)管理量測(cè)斷面的信息，正確而經(jīng)濟(jì)地施工。

（2）量測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析處理與必要的計(jì)算和判斷，預(yù)測(cè)和確認(rèn)圍巖最終穩(wěn)定時(shí)間，指導(dǎo)施工順序和施作二次初砌時(shí)間。

（3）信息反饋修正設(shè)計(jì)。根據(jù)隧道開(kāi)挖后圍巖穩(wěn)定性的施工信息，進(jìn)行綜合分析，檢驗(yàn)施工預(yù)設(shè)計(jì)。

（4）積累資料。已有工程的量測(cè)結(jié)果可以應(yīng)用到其它類(lèi)似的工程中，作為設(shè)計(jì)和施工的依據(jù)。

三、各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)方法

3.1地質(zhì)和支護(hù)情況觀察

監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要是觀察并描述隧道圍巖地質(zhì)、地下水情況和襯砌支護(hù)情況。具體有圍巖巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)特性、地下水。

3.2周邊收斂量測(cè)

一般采用收斂計(jì)量測(cè)，也可采用高精度全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。使用收斂計(jì)量測(cè)時(shí)將收斂計(jì)掛鉤掛上的方法是摘下一長(zhǎng)魚(yú)桿前端較細(xì)的數(shù)節(jié)，用適當(dāng)粗細(xì)的鐵絲加工一小掛鉤固定在該魚(yú)桿頂端，再在收斂計(jì)掛鉤附近固定一類(lèi)似掛鉤，使用時(shí)，將掛鉤相互掛住，然后伸長(zhǎng)魚(yú)桿，即可方便地將收斂計(jì)掛鉤掛向高處。拱頂下沉量測(cè)拱頂下沉可采用多種方式進(jìn)行量測(cè)，如鋼尺配合水準(zhǔn)儀量測(cè)，用收斂量測(cè)結(jié)果反算拱頂下沉量，還可用專(zhuān)門(mén)量測(cè)的反射貼片配合全站儀進(jìn)行量測(cè)。

3.3地表下沉量測(cè)

（1）基點(diǎn)布設(shè)。埋設(shè)在隧道開(kāi)挖縱橫向各3～5倍洞徑外的區(qū)域，埋設(shè)兩個(gè)基點(diǎn)，以便互相校核，參照標(biāo)準(zhǔn)水準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)，所有基點(diǎn)應(yīng)與附近水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)取得原始高程。

（2）測(cè)點(diǎn)布設(shè)。在測(cè)點(diǎn)位置挖長(zhǎng)、寬、深均為200mm的坑，然后放入地表測(cè)點(diǎn)預(yù)埋件，測(cè)點(diǎn)四周用混凝土填實(shí)，待混凝土固結(jié)后即可量測(cè)。

（3）量測(cè)。一般可用水準(zhǔn)儀量測(cè)，也可用高精度全站儀進(jìn)行觀測(cè)。

3.4邊坡位移量測(cè)

在隧道進(jìn)出口的山體邊坡上布設(shè)邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)網(wǎng)，監(jiān)測(cè)網(wǎng)采用高精度的全站儀監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)網(wǎng)的測(cè)線(xiàn)取邊坡滑動(dòng)方向和垂直于邊坡滑動(dòng)方向。

四、量測(cè)數(shù)據(jù)的整理與應(yīng)用

4.1各項(xiàng)量測(cè)所觀察到的數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行整理，并繪制曲線(xiàn)

凈空位移(拱頂下沉和周邊位移)量測(cè)繪制位移(u)和時(shí)間(t)關(guān)系曲線(xiàn)、位移(u)和距開(kāi)挖面距離(l)關(guān)系曲線(xiàn)、位移速度(v)和時(shí)間(t)關(guān)系曲線(xiàn)。

地表下沉量測(cè)繪制地表下沉位移(u)和時(shí)間(t)關(guān)系曲線(xiàn)、地表下沉位移(u)和距開(kāi)挖面距離(l)關(guān)系曲線(xiàn)。

圍巖內(nèi)部位移量測(cè)繪制孔內(nèi)各測(cè)點(diǎn)(Ln)位移(u)和時(shí)間(t)關(guān)系曲線(xiàn)、繪制不同時(shí)間(Tn)和位移(u)和測(cè)點(diǎn)深度位置(l)關(guān)系曲線(xiàn)。

圍巖壓力量測(cè)繪制圍巖壓力(應(yīng)力)和時(shí)間(t)關(guān)系曲線(xiàn)、圍巖壓力(應(yīng)力)和距開(kāi)挖面距離(l)關(guān)系曲線(xiàn)。

錨桿軸向力量測(cè)繪制不同時(shí)間(Tn)錨桿軸力(應(yīng)力)和深度(l)關(guān)系曲線(xiàn)、各測(cè)點(diǎn)軸力(應(yīng)力)和時(shí)間(t)關(guān)系曲線(xiàn)。

4.2數(shù)據(jù)處理、分析及應(yīng)用

為了能對(duì)圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的性態(tài)作較全面的分析，并且能獲得完整的數(shù)據(jù)，同時(shí)又使各項(xiàng)數(shù)據(jù)間能相互比較、相互驗(yàn)證，因此必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目的各項(xiàng)量測(cè)內(nèi)容應(yīng)盡量布置在同一個(gè)斷面上。各量測(cè)斷面的測(cè)點(diǎn)應(yīng)在靠近開(kāi)挖面及時(shí)安裝，范圍控制在2m以?xún)?nèi)，工作面開(kāi)挖后12h內(nèi)和下一次開(kāi)挖之前測(cè)取初始讀數(shù)。在實(shí)際的安裝埋設(shè)中，有時(shí)因?yàn)槭┕じ蓴_或避免測(cè)點(diǎn)遭到破壞，測(cè)點(diǎn)安裝位置會(huì)離開(kāi)挖面遠(yuǎn)些，此時(shí)在利用此數(shù)據(jù)分析判別時(shí)，應(yīng)考慮圍巖初期的變形釋放。量測(cè)頻率也可以根據(jù)施工具體情況調(diào)整，由產(chǎn)生的最大位移速率。

結(jié)語(yǔ)

在高速公路修建中，隧道的開(kāi)挖和貫通是經(jīng)常遇到的現(xiàn)象，而在施工時(shí)，由于監(jiān)控量測(cè)的不到位，經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量事故問(wèn)題，因此，對(duì)隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)是保證隧道工程質(zhì)量、安全的重要手段?？傊?，對(duì)隧道監(jiān)控量測(cè)及數(shù)據(jù)的整理分析及應(yīng)用應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：監(jiān)控量測(cè)內(nèi)容的選擇、量測(cè)斷面位置選擇和量測(cè)測(cè)點(diǎn)的布置；監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的采集和施工狀態(tài)變化情況緊密結(jié)合、分析數(shù)據(jù)變化和施工狀態(tài)的關(guān)系；量測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用、量測(cè)數(shù)據(jù)變化的準(zhǔn)確分析和判斷、量測(cè)信息的及時(shí)反饋、指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工和修改支護(hù)參數(shù)；通過(guò)監(jiān)控量測(cè)保證隧道安全、預(yù)防隧道塌方。做好隧道的監(jiān)控量測(cè)工作，是高速公路建設(shè)順利完成的重要保證。

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