大峪子隧道工程施工監測

周東亮 李海彬

摘要:隧道是一項投資大、建設工期長，技術復雜、地質條件多變、風險性較大的施工項目。通過對隧道監控量測環節的風險點有效管理，防止各類安全生產事故的發生。

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A

通過對我國西南地區1990至2001年十多年間隧道工程事故的統計分析，可以歸納出隧道工程事故具有如下特征：其中全斷面開挖出現事故的概率最大占46﹪，其次是臺階法占32﹪，上斷面超前開挖法也占12﹪左右；隧道拱頂發生事故的機率為50﹪左右，底板和工作面發生事故的概率也很大各占20﹪；從隧道開挖到支護過程中，隧道剛剛開挖后不久風險最大，其事故發生率約為52﹪；隧道開挖過程中和支護后事故發生的概率為19﹪左右。

結合國內外隧道施工事故的發生原因，施工前對危險因素進行分析與評估，施工時努力做好施工監測工作，通過科學系統及全面的觀測工作，及時掌握隧道的地質與圍巖穩定情況，為施工人員提供有效的預警信息，將施工風險降到最低，從而降低施工人員的人身安全和國家財產的損失程度。

關鍵詞：山嶺；隧道；施工監測

華西路工程中的大峪子隧道工程長480米，屬于山嶺公路短隧道，采用新奧法施工，新奧法是應用巖體力學的理論，以維護和利用圍巖的自承能力為基點，采用錨噴為主要支護手段，能及時地進行支護，達到控制圍巖的變形和松弛，采用現場監控、量測信息指導施工，即通過對隧道施工中量測數據和對開挖面的地質觀察等進行預測、預報和反饋。并根據已建立的量測為基礎，對隧道施工進行合理調整，以保證施工安全、工程質量和經濟性。同時為同類隧道工程施工提供有效借鑒。

一、工程概況

華西路（密三路～西峪水庫）工程位于北京市平谷區西北部，起點為平谷區劉家店鎮東北的密三路與胡熊路交叉口處，終點為平谷區西峪水庫東北側的上鎮村前，線路總長為8.58km。全線在K3+380～K3+860設置隧道一座——大峪子隧道。該隧道位于大峪子村東北側，隧道長480m，為公路短隧道。隧道建筑限界：凈寬11.0m（1.0m+0.75m+3.75x2m+0.75m+1.0m），凈高5.0 m。

隧道穿過的山體地表植被發育，山坡上無大的危巖體，無明顯的崩塌、滑坡、泥石流、不穩斜坡等地質災害，總體看隧道區無其它不良地質作用。本隧道所經山體圍巖基本為不透水巖體，僅可能在雨季偶見少量基巖裂隙水，又因地形陡峻，大氣降水流失快，對地下水補給作用小，所以地下水量較小，對工程施工影響很小。

二、隧道施工監測方案

1、監測目的與任務

華西路大峪子隧道工程采用新奧法施工，現場監測是新奧法施工的重要內容，歸結起來，量測的目的與任務是掌握圍巖動態和支護結構的工作狀態信息，利用量測結果修改設計、指導施工；預測險情，以便及時采取措施，防患未然；積累經驗，為二次襯砌提供合理的支護時機，為后續的工程設計施工及運營提供可靠信息。

2、監測要求

盡快埋設測點。一般情況下，應力、位移的變化在測點前后2倍洞徑范圍內最大。第一次測設宜在埋設測點后立即進行，以便取得初始數據，通常要求在爆破后24小時內和下次爆破前測讀初始讀數。周邊位移及拱頂下沉的測點采用30-50厘米的螺紋22鋼筋制作，外漏端焊接鋼環，地表沉降的測點采用3×3厘米，長度50厘米左右的木樁，木樁周圍用砂漿固定，木樁頂端測設鋼釘。

每次量測的過程要迅速，量測時間宜盡量短。

測點設置盡量隱蔽，免遭飛石破壞，確保長期有效。地表下沉觀測點應能承受雨水沖刷破壞，雨后應及時進行檢查。

測設的數據要求直觀、準確和可靠。

測量儀器要有足夠的精度。建立測量儀器的管理制度及臺賬，由專人負責儀器的保養、檢測、日常維護及校驗工作，確保精度滿足施工要求。

3、監測項目及頻率

依據華西路工程大峪子隧道的特點及設計要求，我單位進行的具體監控量測項目及頻率如表2-1所示。施工中把超前地質預報納入施工工序，建立以地質預報工作為先導、以量測為依據的信息化施工管理體系，委托北京水工資環新技術開發有限公司用地球物理勘探技術陸地聲納方法進行超前地質預報。

表2-1監控量測項目及頻率

項目名稱 布置 測試時間

1-15天 16天-1個月 1-3個月 3個月以上

應測項目 地質及支護狀態觀察 全長度開挖后及初期支護后進行 每次爆破后及初期支護后

周邊位移 每10-50m一個斷面，每斷面2-3對測點 1-2次/天 1次/2天 1-2次/周 1-3次/月

拱頂下沉 每10-50m一個斷面，每斷面2-10對測點 1-2次/天 1-2次/天 1-2次/周 1-3次/月

錨桿拉拔力 每10m一個斷面，每斷面至少做3個錨桿 — — — —

選測項目 地表下沉 洞室中心線上，并與洞軸線正交平面的一定范圍內部，設必須要數量測點 開挖面據測量斷面<2B時，1-2次/天

開挖面據測量斷面<5B時，1次/2天

開挖面據測量斷面>5B時，1次/周

4、監測細則

（1）地質及支護狀態觀察

地質及支護狀態觀察首先進行人工觀測，并借助羅盤儀進行測量巖層和斷層的產狀（走向、傾向、傾角等）。每次爆破施工后，先進行強制通風，然后由專業的爆破人員進洞查看爆破效果并確認安全后，監理及我單位的技術人員進入洞內，對地質情況進行觀察與描述，當發現與原設計的地質情況描述出入較大時，及時與業主、設計、地質勘察單位代表聯系，尋求最佳的解決方案和襯砌支護形式，確保施工安全。在隧道開挖過程中，關于地質情況的原因而修改設計支護形式，最終的圍巖與原設計圍巖對比情況如表2-2所示。

表2-2隧道圍巖情況對比表

原設計 變更后

序號 原設計段落 長度m 襯砌形式 段落 長度m 襯砌形式

1 K3+380-K3+400 20 Ⅴ級 K3+380-K3+395 15 明洞

2 K3+400-K3+430 30 Ⅳ級 K3+395-K3+407 12 ⅤA1加強

3 K3+430-K3+535 105 Ⅲ級 K3+407-K3+413 6 ⅤA1

4 K3+535-K3+800 265 Ⅳ級 K3+413-K3+425 12 Ⅳ加強

5 K3+800-K3+860 60 Ⅴ級 K3+425-K3+452 27 Ⅳ

6 K3+452-K3+460 8 Ⅲ

7 K3+460-K3+473 13 Ⅳ

8 K3+473-K3+480 7 ⅤB

9 K3+480-K3+528 48 Ⅳ

10 K3+528-K3+567 39 Ⅳ加強

11 K3+567-K3+765 198 Ⅳ

12 K3+765-K3+790 25 ⅤA3

13 K3+790-K3+820 30 ⅤB

14 K3+820-K3+845 25 ⅤA2

15 K3+845-K3+860 15 明洞

總計 480 總計 480

（2）周邊位移及拱頂下沉

隧道洞壁變形分為周邊位移與拱頂下沉，是華西路大峪子隧道工程的必須觀測項目。測線布置如圖2-1所示。

圖2-1周邊位移與拱頂下沉測線布置圖

周邊位移反映隧道凈空變化，采用JSS30A收斂計進行量測，操作步驟大致分為3步：第一步預估2測點件的距離，將鋼尺固定在所需的長度上，懸掛儀器，調整鋼尺張力，調整螺旋千分尺，直至內導桿與套上的刻度重合。第二步讀數，鋼尺讀數為長度首數，螺旋千分尺讀數為尾數，測距=首數＋尾數，每條基線應重復測3次，并取平均值，當3次讀數極差大于0.05毫米時，應重新測量。記錄有效數據并進行溫度修整。第三步數據分析，計算收斂值及收斂速率。

拱頂下沉是通過觀測拱頂測點的不同時刻高程，求出2次差值，即為該點的下沉值，每次高程均觀測3次，取平均值。采用水準儀、測距儀及收斂計等進行觀測。進行數據分析，推算最終位移和掌握位移變化規律，水平收斂小于0.2mm/d，拱頂下沉小于0.15 mm/d，而且位置達到總位移值的80%以上時，可以進行二次襯砌施工。

（3）錨桿拉拔力

錨桿拉拔力是指錨桿承受的最大拉力，它是錨桿材料、加工與施工安裝質量優劣的綜合反映。通過測定錨桿的錨固力可以監測是否達到設計要求，從而判斷錨桿的長度是否適宜，同時檢查錨桿的安裝質量。本工程采用HC-10-100系列錨桿拉拔儀，測量范圍為0-100kn，操作步驟大致分為3步：第一步對儀器進行檢查，查看液壓缸是否退回缸體內，油量是否達到4/5高度，液壓系統混有的空氣是否排凈。第二步錨桿監測，液壓油缸與被測錨桿連接好后，均勻壓動手動泵，壓力增加直至增加到最大值，此時數值即為抗拉最大值。第三步數據整理與分析，本工程所測的錨桿拉拔力范圍為56.12-78.80kn，設計要求錨桿拉拔力為50.00kn，實測錨桿抗拔力大于設計要求50.00kn，監測結果合格。

（4）地表下沉

主要量測隧道施工引起的地表變形值，本工程采用水準儀進行量測，首先測定隧道頂原地面高程，算出埋置深度，通過埋置深度與隧道開挖寬度的關系確定開挖范圍，即確定測量的范圍，在測量區域內布置測點，地表下沉觀測點布置如圖2-2所示。地表沉降的測點采用3×3厘米，長度50厘米左右的木樁，木樁周圍用砂漿固定，木樁頂端測設鋼釘。雨季施工時，應保護好測點，防止雨水沖刷擾動或破壞測點，影響數據的準確性。首次觀測時，對觀測點進行3次觀測，取平均值為初始高程。依據開挖斷面與量測斷面的距離，確定量測的頻率。通過觀測高程與初始高程的比較得出地表下沉值。通過量測發現，地表沉降值在10-14d出現最大值，進口最大沉降值為18.6mm，出口最大沉降值為16.3mm，均不會對周圍環境產生不利影響。

圖2-2地表下沉觀測點布置圖

5、數據分析及信息反饋

監控量測數據的分析包括以下工作：數據校核、數據整理、數據分析并對隧道圍巖與支護結構穩定性進行評價，以反饋施工。繪制位移與時間變化的曲線，如圖2-3所示。當曲線變化較為平緩時，為正常曲線，此時進行數據分析，推算最終位移和掌握位移變化規律，水平收斂小于0.2mm/d，拱頂下沉小于0.15 mm/d，而且位置達到總位移值的80%以上時，可以進行二次襯砌施工。當曲線出現反彎點時，為反常曲線，即位移出現急劇增長現象，圍巖和支護呈不穩定狀態，應加密觀測和與設計單位聯系，更改支護形式，必要時停止施工。為施工人員提供預警信息，避免人員傷亡和財產損失的事件發生。

位移u（mm） 位移u（mm）

時間t（d）時間t（d）

正常曲線 反常曲線

圖2-3位移與時間變化曲線圖

結語

雖然隧道是一項投資大、建設工期長，技術復雜、地質條件多變、風險性較大的施工項目。但是通過科學系統及全面的觀測工作，是可以減少甚至避免傷亡事故的發生，大峪子隧道工程以“零”傷亡事故順利完成施工任務。為類似工程施工提供有效借鑒。

參考文獻

[1]公路隧道施工技術細則中華人民共和國交通運輸部

[2]公路隧道施工技術規范中華人民共和國交通運輸部

[3]隧道施工監控量測與超前地質預報吳從師 陽軍生

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[5]隧道施工安全與管理的理論與實踐彭立敏 安永林 施成華