淺談公路隧道監測項目和測點的選擇

劉本富

(貴州橋梁巖土工程有限公司)

淺談公路隧道監測項目和測點的選擇

劉本富

(貴州橋梁巖土工程有限公司)

隧道監測是隧道施工的重要內容之一，是隧道施工的一個必不可少的重要環節。快速、準確地進行現場監控測量和反饋，是隧道施工的關鍵。隧道質量監測，是在隧道施工的各個階段，采用相應的監測設備和技術手段對隧道施工的各種參數進行監測，以便及早發現存在的問題和缺陷。保證工程質量是建設者們的基本責任，因此監測技術作為質量管理的重要手段越來越為人們所重視。主要闡述了思劍公路五星嶺Ⅰ號隧道監測項目以及測點的選擇。

隧道;監測;二次襯砌;雷達;測點

1 工程概況

思劍公路五星嶺Ⅰ號隧道為雙洞單向交通隧道，左右洞測設線間距13.6～21.6 m，劍河段屬分離式隧道。隧道里程樁號為ZK110+654～ZK111+490，全長836 m，YK110+655 ～YK111+480，全長825 m，建筑限界凈寬10.25 m，限界高度5 m，設計速度為80 km/h，荷載等級:公路－Ⅰ級，地震設防烈度小于Ⅵ度。本工程主要對思劍公路五星嶺Ⅰ號隧道二襯施工質量監測。

2 監測方法及精度要求

(1)二次襯砌混凝土內部缺陷分布及與初期支護接觸情況監測:采用電磁波法(地質雷達)進行監測，主要對拱頂、拱腰和邊墻布置5條測線進行監測，誤差小于5 cm。

(2)二次襯砌混凝土厚度監測:采用電磁波法(地質雷達)進行監測，主要對拱頂、拱腰和邊墻布置5條測線進行監測，監測精度1 mm。

(3)隧道二襯混凝土強度監測:采用超聲回彈綜合法監測，對拱頂、拱腰、邊墻五個部位進行監測，每10 m一個斷面，每10 m為一強度評定段，每段10個測區，誤差小于0.5 MPa。

(4)隧道超欠挖斷面監測:每個斷面布置15個測點，量測時激光斷面儀器架設于隧道中線，采用等角測量，各測點間距一致，每20 m一個斷面。

3 測線、測點分布及現場技術

監測依據“系統檢查、重點突出”的原則進行。系統監測是在隧道的四周布置與隧道軸線平行或垂直的測線或斷面，對涉及隧道監測的內容進行系統檢查。雷達測試時重點監測了拱頂、拱腰和邊墻位置;超聲回彈綜合法則盡量離散布點，使監測數據更具代表性;各方法測線及測點布置見表1。

表1 監測項目、方法、儀器及測線點布置

4 監測方法及技術

4.1地質雷達監測

所謂雷達地質監測技術指的是對高頻電磁波進行利用，并且以寬頻帶短脈沖的形式，從地面，并且以天線為傳輸手段將電磁波傳輸到地下，再經過地下物體的反射傳送到地面，被另外一個天線接受的技術。此時，可以將脈沖波傳輸的時間用T進行表示。如果一直地下反射物體的脈沖波的速度，那么就可以根據T來對反射體的深度進行計算和確定。雷達系統的基本部分如圖1。

圖1 雷達系統的基本部分

雷達在進行監測的過程中，如果遇到物體的地質條件比較好的話，那么就可以將雷達監測到的情況進行清晰的記錄，同時記錄的情況也很容易進行解釋。但是如果遇到的物體地質條件比較惡劣，那么雷達在接受的信號中，不僅存在有效信號，也存在其他信號的干擾，干擾的信號主要包括一些金屬物體、電纜等，通常來說，產生的干擾的信號波都是呈現比較特殊的形狀，所以在記錄下來的波中能夠很容易的將其辨認出來。

在本次雷達監測工程中，采用的天線為800 MHz屏蔽天線，以此天線來對隧道二次襯砌的內部的情況以及初期支護的情況進行有效的檢測。

在雷達對混凝土缺陷的相關情況進行監測時，根據反射波初始相位判斷反射面特性。當反射波與入射波反相位，且反射信號能量較強，可判斷為混凝土存在空洞，如果能量相對較弱，可判斷為混凝土膠結不密實;當反射波與入射波同相位，且信號較弱，可判斷為混凝土無缺陷。該部分功能由雷達軟件的褶積和反褶積處理來進行。

4.2 二次襯砌混凝土強度監測

4.2.1 超聲回彈綜合法監測混凝土強度

超聲回彈綜合法監測混凝土強度是我國目前使用較廣的一種混凝土強度非破損監測方法。采用測區回彈值和聲波波速綜合確定混凝土抗壓強度，它較之單一的超聲和回彈非破損監測方法具有精度高，適用范圍廣的優點。

本次采用的聲波儀是中科院武漢巖土研究所研制RSMSY5NV2型數值超聲監測儀，回彈儀采用的是瑞士 DIGI2000型數值回彈儀。

監測時采用聲波儀和回彈儀，對隧道拱頂、拱腰、邊墻不同部位進行監測，每20 m為一強度評定段。監測時，回彈測點在所監測段內均勻分布，相鄰兩測點的凈距不小于30 mm，每測區采取16個回彈值，從該測區的16個回彈值中剔除3個最大值和3個最小值，然后將余下的10個回彈值按以下公式計算

式中:Rm為測區平均回彈值，計算至0.1;Ri為第i測點的回彈值。

在每個測試斷面回彈有五個測區(每個測區規格20 cm×20 cm)，測區布置在拱墻上端，監測時回彈儀處于水平狀態的測區只進行測試面修正，處于非水平狀態的先進行角度修正后，再進行測試面修正，超聲監測采用平測法，在相應的回彈測區中布置3個測點。固定發射換能器，接收換能器移動，點距為10 cm、20 cm、30 cm。另外，在隧道中聲波測試不具備對測與平測的對比條件，所以選取具有代表性的部位，以測距 L=200 mm、250 mm、300 mm、350 mm、400 mm、450 mm、500 mm，逐點測讀相應的聲時值t，用回歸分析方法求出直線方程l=a+bt。以回歸系數b代替對測聲速vd，求取修正系數λ(λ=vd/vp，vp為平測聲速)對平測聲速進行修正。平測時，修正后的混凝土中聲速代表值應按下列公式計算

式中:Va為修正后平測時混凝土中聲速代表值，(km/s);Li為平測第i個測點的超聲測距，mm;ti為平測第i個測點的聲時讀數，us;λ為平測聲速修正系數。

4.3 隧道二襯輪廓斷面的超、欠挖監測

隧道超欠挖斷面監測時，每個斷面布置15個測點，量測時激光斷面儀器架設于隧道中線，采用等角測量，各測點間距一致。本次測量為二襯后隧道凈空斷面。

5 監測成果

5.1 隧道混凝土二襯內部缺陷分布及與初期支護接觸情況監測

所檢隧道640 m(左洞320 m、右洞320 m)襯砌段內，未發現襯砌或圍巖缺陷。

5.2 隧道襯砌混凝土強度監測

5.2.1 超聲回彈綜合法監測混凝土強度

現場監測時，所檢段內采用了超聲回彈綜合法。為使監測數據更具代表性，監測時，在所檢段內，盡量離散布置測點。在所檢400個測區中，推定抗壓強度最大值為31.1 MPa，達到設計強度C25的124.4%，最小值為 25.0 MPa，達到設計強度 C25的100%。

5.3 隧道初期支護噴射混凝土厚度監測

結果表明:各段各測線厚度最小值在0.337～0.614 m，平均厚度值在 0.387 ～0.712 m，均方差在 0.009 ～0.074 m范圍內，所檢段五條測線二次模筑混凝土平均厚度基本上均滿足或接近設計厚度，說明所檢段二次模筑混凝土平均厚度基本上達到設計要求。但局部區域存在厚度不足之問題，系原狀圍巖開挖斷面控制較差所致。

5.4 隧道二襯輪廓斷面的超、欠挖監測

結果表明:共監測32條斷面，其超挖、欠挖量均滿足設計要求。

6 結論及建議

6.1 隧道二襯混凝土內部缺陷分布及與初期支護接觸情況

所檢段內，未發現襯砌或圍巖缺陷。

6.2 隧道襯砌混凝土強度

所檢段內，二襯混凝土推定抗壓強度范圍為25.0～31.1 MPa(超聲回彈綜合法)，滿足設計要求。

6.3 隧道二次模筑混凝土厚度監測

所檢段，二次模筑混凝土厚度滿足設計要求，但個別位置存在厚度不足的問題，系原狀圍巖開挖斷面控制較差所致。

6.4 隧道二襯混凝土斷面監測

所檢段，二次模筑混凝土輪廓斷面超挖、欠挖量均滿足設計要求。

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U445

C

1008－3383(2014)04－0073－02

2014－01－11

劉本富(1983－)，男，貴州銅仁思南人，中級工程師，研究方向:公路工程。