泉州東海隧道新奧法中的監控量測技術

孫迪

摘要：指出了監控量測是隧道新奧法施工的重要組成部分，可以及時掌握隧道施工在不同工況下圍巖和支護的動態信息，并及時對圍巖穩定性作出評價，為調整、修改設計和施工方法等提供科學依據，進而指導施工，保證施工安全順利地進行。以泉州東海隧道工程為實例，探討了監控量測在隧道新奧法施工中的應用，為今后類似工程或工法本身的發展提供借鑒，并為隧道運營后的養護與維修提供可靠的原始數據。

關鍵詞：隧道；新奧法；監控量測

中圖分類號：TU201文獻標識碼：A文章編號：1674—9944（2014）09—0257—03

1引言

新奧法是一種現代先進設計與施工一體化方法。如果錨噴結構是按照規定程序進行設計與施工一體化的，才能認為符合新奧法[1～3]。與傳統礦山法施工采取的基本原則：“少擾動、早支撐、慎撤換、快襯砌”不同的是，新奧法的十二字的基本原則是：“少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”[4～6]。

監控量測工作是隧道新奧法施工的眼睛，不但可以為隧道的動態設計和信息化施工提供依據，指導施工實際并確保施工的安全，還可為隧道設計理論的發展積累經驗，為今后的設計提供類比依據等[7～9]，因而具有重要的實際意義。

2工程概況

泉州東海隧道左線全長2170m（里程樁號ZK1+430.0-ZK3+600.0），右線全長2157m（里程樁號YK1+414.0-YK3+571.0）。隧址區屬低山丘陵地貌，隧道沿線地勢起伏較大，水文和地質條件變化大、穿越城區環境復雜。其中，隧道進出洞口主要為坡殘積土及強風化、中風化花崗巖，巖體極破碎-破碎，圍巖級別為Ⅳ-Ⅴ級。

在ZK1+900-ZK2+000處隧道從赤山水庫大壩下游約20～70m處穿越，隧洞頂頂板道設計標高2333m～2363m，圍巖主要為中、微風化花崗巖。在（ZK1+820-ZK1+840m、ZK1+870-ZK2+020m、YK1+820-YK1+980m、ZK3+040-3+070m及YK3+035-YK3+065m）由于受F1、F2斷裂構造及隧道頂板距地面厚度約6m的淺埋段的影響，隧道圍巖級別會相應降低，地下水可能較為豐富，巖體的物理力學性能相對較差，圍巖級別為Ⅳ-Ⅴ級。

隧道洞身圍巖主要為微風化花崗巖，局部地段為微風化輝長巖等，屬較硬巖-堅硬巖，巖體較完整-完整，節理裂隙發育較差-差，地下水主要是賦存于覆蓋層、風化巖孔隙中及基巖裂隙中的潛水，由大氣降水及側向同一含水層的補給，水文地質條件簡單，隧道洞身圍巖級別為Ⅲ-Ⅳ級。在ZK2+200-ZK3+100m處隧道從桃花山中穿越，地表為寶珊花園別墅區，該地段地下及地上均有通訊、電力等設施，特別是局部地段地下埋設有大口徑的污水、雨水管等。

在ZK3+120～ZK3+600m隧道出口段處于全風化-微風化巖體中，巖石風化較劇烈，巖體完整性一般-差，巖石較破碎-完整，地下水主要是賦存于覆蓋層、風化巖孔隙中及基巖裂隙中的潛水，由大氣降水補給，水文地質條件簡單，圍巖屬Ⅳ-Ⅴ級。該段地表為廠區及寶秀小區二期，其中廠區為2～5層廠房及辦公樓、宿舍樓、廠房及辦公樓均采用樁基礎，埋深約10～20m；寶秀小區，樓高30～40m左右，屬高層建筑，采用樁基礎，埋深約20～30m，持力層為中-微風化花崗巖，施工條件較復雜。泉州東海隧道右線地質縱斷面圖如圖1所示。

3監控量測項目及實施方案

根據設計文件要求，及結合以往工程中總結的監測經驗，在本隧道中進行如下監測項目：①洞內外觀測；②周邊收斂量測；③拱頂沉降監測；④地表沉降監測；⑤圍巖體內位移監測；⑥錨桿軸力監測；⑦模鑄二次襯砌應力監測；⑧鋼支撐內力監測；⑨圍巖與初期支護間的壓力監測；⑩房屋基礎沉降監測；爆破振動監測。

鑒于文章篇幅所限及某些項目為選測項目，故不能對本工程所有監測項目一一進行介紹和闡述，本文僅對①～④、⑩、項監測項目簡要闡述如下。

3.1洞內外觀測

觀察內容主要包括：①開挖后未支護的圍巖情況；②開挖后已支護段的支護情況；③洞外情況觀察。

觀察目的主要包括：①預測開挖面前方的地質條件；②為判斷隧道圍巖的整體穩定性提供依據；③根據噴層表面狀態及錨桿的工作狀態，分析支護結構的可靠程度；④掌握地表變形及開裂等情況。

3.2周邊收斂量測

隧道周邊收斂監測，是監測隧道內壁兩點連線方向的相對位移或監測點的絕對位移量。

監測目的主要包括：①周邊位移是是隧道圍巖應力狀態變化的最直觀反映，量測周邊位移可判斷隧道空間的穩定性提供可靠的信息，以確定初期支護的安全性；②根據變位速度、加速度判斷隧道圍巖的穩定程度，為二次襯砌提供合理的支護時機；③判斷初期支護設計與施工方法選取的合理性，以指導設計與施工。監測點布置示意圖如圖2所示。

3.3拱頂沉降監測

拱頂沉降監測的作用是判斷圍巖穩定性及進行位移反分析，為二次襯砌的施設提供依據，還可作為用計算收斂監測各點絕對位移量的驗證之用。

拱頂沉降測點設置在收斂量測同一斷面的拱頂中心及兩側適當位置，測點布置要根據現場施工情況，在各導坑開挖完畢，具備條件后及時布置。監測示意圖如圖3所示。

3.4地表沉降監測

本工程在隧道進出口A、B線淺埋段坡度較緩地段，設置兩個沉降監測斷面，每斷面不少于7個監測測點；洞口坡度較陡的，設置一個沉降監測斷面，不少于7個監測測點。斷面及監測點的具體布置如圖4所示。

3.5房屋基礎沉降監測

受隧道施工的影響，周邊建筑物將產生不同程度的沉降，為了確保建筑物的安全，施工過程中需對周邊建筑物進行監測。與地表沉降監測相同，建筑物沉降及傾斜計算在條件許可的情況下，盡可能布設導線網，以便進行平差處理，提高監測精度。endprint

測點的布置主要是用沖擊鉆在建筑物的基礎或墻上鉆孔，然后放入長200～300mm，直徑Φ20～30mm的半圓頭彎曲鋼筋，四周用水泥砂漿填實而成。

3.6爆破振動監測

本工程爆破振動監測目的是監測開挖中爆破作用對既有建（構）筑物的影響程度。監測內容主要為質點的速度、加速度，可以根據監測的結果綜合判斷爆破參數的合理性，對修改爆破參數提供準確的依據，使其減小對既有建（構）筑物穩定性的影響，減小、降低破壞。

采用爆破振動測試儀與速度傳感器相結合，測出爆破引起的測點實際震動數據，然后進行計算分析，計算出爆破震動與地形、地質條件有關的系數和衰減指數，據此判定合理的裝藥量和開挖方案。測點的布置主要是在所埋設測點預埋件的地方，用沖擊鉆鉆孔，在孔中填塞水泥砂漿后插入預埋件，使預埋件軸線垂直于測量表面。

4監測實例

4.1地質觀察綜述

隧道基巖為燕山晚期侵入花崗巖，節理裂隙發育且交錯分布，開挖面局部地段為薄層砂土狀強風化巖與中風化巖互層，局部夾中厚層，上部巖層稍厚，為碎裂狀、塊狀構造，掌子面局部有裂隙水滲出。

已完成初期護段，噴層表面無裂縫，無裂隙及剝離現象，有鋼格柵段格柵無壓曲現象，洞身兩側無底鼓現象，噴射砼表面局部有少量裂隙水滲出。

4.2地表沉降

從監測結果來看，洞口地表沉降所監測的K3+455斷面地表沉降變化較大，日均變化基本在25～75mm之間，其余監測斷面及測點變化均較小，均在07～46mm之間波動，相對收斂量0007%～006%，參照奧地利J.Golser博士對地表沉陷的建議來看，沉降值在允許值范圍以內，且較掘進初期的位變速率有明顯的降低，表明隨著隧道掘進的深入，目前地表變形及位移已經逐漸趨入穩定。K3+455斷面與K3+468斷面地表沉降監測曲線圖如圖5所示。

4.3收斂及拱頂下沉

從YK3+425斷面和YK3+430收斂及拱頂下沉曲線來看，a、b線及拱頂下沉累計收斂值在03～25mm之間，相對收斂量0007%，變位速率在001mm/d左右，符合《錨桿噴射砼支護技術規范》（GBJ86-85）關于Ⅲ級別圍巖洞周容許相對收斂量的規定，同時各條曲線斜率隨時間有變小趨勢，表明隨著掘進的深入，其收斂速度逐漸降低，對洞口拱門段的擾動逐漸減小。目前階段洞內圍巖變位速率01mm/d左右，說明施工對洞門處的影響仍然存在，但是拱門段變形及位移基本已經達到穩定。K3+425斷面與K3+430周邊收斂及拱頂沉降監測曲線圖如圖6所示。

5結語

實踐證明，現場監控量測能夠及時、準確地預測和評估施工對地層、支護結構和周邊環境的影響程度，同時綜合各種信息進行預警和報警，充分發揮第三方監測的綜合技術優勢，結合施工、地質情況對監測成果進行充分、深入分析，必要時對設計和施工提出適當的調整建議，使監測工作真正發揮優化設計和反饋指導施工的作用，而不是僅僅滿足于收集資料和提交報表，進而對可能出現的各種突發情況提出建議措施，提高信息化施工水平。為今后同類隧道設計與施工積累了第一手資料，還可以節省投資，達到科學設計和施工的目的。

2014年9月綠色科技第9期參考文獻：

[1] 康寧.東港隧道的施工監控[J].巖石力學與工程學報，1998（2）.

[2] 徐林生，孫鈞，蔣樹屏.洋碰隧道進口右線施工中的現場監控量測[J].巖石力學與工程學報，2002（5）.

[3] 王立忠，胡亞元，王百林，等.崩塌松散圍巖隧道施工穩定分析與監控[J].巖石力學與工程學報，2003（4）.

[4] 王彥武.太舊高速公路北茹隧道圍巖變形監測[J].巖石力學與工程學報，1998（2）.

[5] 廖延軍.龍井隧道圍巖監控量測技術[J].鐵道建筑技術，2005（S1）.

[6] 徐林生.東門關隧道出口新奧法施工監控量測研究[J].重慶交通學院學報，2006（1）.

[7] 王國欣，周濤，黃宏偉.隧道新奧法施工過程中監測元件埋設和保護[J].探礦工程，2005（11）.

[8] 張笑然，潘載業.公路隧道監控量測技術的探討[J].西部交通科技，2006（1）.

[9] 何福生.淺談新奧法在淺埋隧道施工中的應用[J].鐵道建筑技術，2005（S1）.endprint

測點的布置主要是用沖擊鉆在建筑物的基礎或墻上鉆孔，然后放入長200～300mm，直徑Φ20～30mm的半圓頭彎曲鋼筋，四周用水泥砂漿填實而成。

3.6爆破振動監測

本工程爆破振動監測目的是監測開挖中爆破作用對既有建（構）筑物的影響程度。監測內容主要為質點的速度、加速度，可以根據監測的結果綜合判斷爆破參數的合理性，對修改爆破參數提供準確的依據，使其減小對既有建（構）筑物穩定性的影響，減小、降低破壞。

采用爆破振動測試儀與速度傳感器相結合，測出爆破引起的測點實際震動數據，然后進行計算分析，計算出爆破震動與地形、地質條件有關的系數和衰減指數，據此判定合理的裝藥量和開挖方案。測點的布置主要是在所埋設測點預埋件的地方，用沖擊鉆鉆孔，在孔中填塞水泥砂漿后插入預埋件，使預埋件軸線垂直于測量表面。

4監測實例

4.1地質觀察綜述

隧道基巖為燕山晚期侵入花崗巖，節理裂隙發育且交錯分布，開挖面局部地段為薄層砂土狀強風化巖與中風化巖互層，局部夾中厚層，上部巖層稍厚，為碎裂狀、塊狀構造，掌子面局部有裂隙水滲出。

已完成初期護段，噴層表面無裂縫，無裂隙及剝離現象，有鋼格柵段格柵無壓曲現象，洞身兩側無底鼓現象，噴射砼表面局部有少量裂隙水滲出。

4.2地表沉降

從監測結果來看，洞口地表沉降所監測的K3+455斷面地表沉降變化較大，日均變化基本在25～75mm之間，其余監測斷面及測點變化均較小，均在07～46mm之間波動，相對收斂量0007%～006%，參照奧地利J.Golser博士對地表沉陷的建議來看，沉降值在允許值范圍以內，且較掘進初期的位變速率有明顯的降低，表明隨著隧道掘進的深入，目前地表變形及位移已經逐漸趨入穩定。K3+455斷面與K3+468斷面地表沉降監測曲線圖如圖5所示。

4.3收斂及拱頂下沉

從YK3+425斷面和YK3+430收斂及拱頂下沉曲線來看，a、b線及拱頂下沉累計收斂值在03～25mm之間，相對收斂量0007%，變位速率在001mm/d左右，符合《錨桿噴射砼支護技術規范》（GBJ86-85）關于Ⅲ級別圍巖洞周容許相對收斂量的規定，同時各條曲線斜率隨時間有變小趨勢，表明隨著掘進的深入，其收斂速度逐漸降低，對洞口拱門段的擾動逐漸減小。目前階段洞內圍巖變位速率01mm/d左右，說明施工對洞門處的影響仍然存在，但是拱門段變形及位移基本已經達到穩定。K3+425斷面與K3+430周邊收斂及拱頂沉降監測曲線圖如圖6所示。

5結語

實踐證明，現場監控量測能夠及時、準確地預測和評估施工對地層、支護結構和周邊環境的影響程度，同時綜合各種信息進行預警和報警，充分發揮第三方監測的綜合技術優勢，結合施工、地質情況對監測成果進行充分、深入分析，必要時對設計和施工提出適當的調整建議，使監測工作真正發揮優化設計和反饋指導施工的作用，而不是僅僅滿足于收集資料和提交報表，進而對可能出現的各種突發情況提出建議措施，提高信息化施工水平。為今后同類隧道設計與施工積累了第一手資料，還可以節省投資，達到科學設計和施工的目的。

2014年9月綠色科技第9期參考文獻：

[1] 康寧.東港隧道的施工監控[J].巖石力學與工程學報，1998（2）.

[2] 徐林生，孫鈞，蔣樹屏.洋碰隧道進口右線施工中的現場監控量測[J].巖石力學與工程學報，2002（5）.

[3] 王立忠，胡亞元，王百林，等.崩塌松散圍巖隧道施工穩定分析與監控[J].巖石力學與工程學報，2003（4）.

[4] 王彥武.太舊高速公路北茹隧道圍巖變形監測[J].巖石力學與工程學報，1998（2）.

[5] 廖延軍.龍井隧道圍巖監控量測技術[J].鐵道建筑技術，2005（S1）.

[6] 徐林生.東門關隧道出口新奧法施工監控量測研究[J].重慶交通學院學報，2006（1）.

[7] 王國欣，周濤，黃宏偉.隧道新奧法施工過程中監測元件埋設和保護[J].探礦工程，2005（11）.

[8] 張笑然，潘載業.公路隧道監控量測技術的探討[J].西部交通科技，2006（1）.

[9] 何福生.淺談新奧法在淺埋隧道施工中的應用[J].鐵道建筑技術，2005（S1）.endprint

測點的布置主要是用沖擊鉆在建筑物的基礎或墻上鉆孔，然后放入長200～300mm，直徑Φ20～30mm的半圓頭彎曲鋼筋，四周用水泥砂漿填實而成。

3.6爆破振動監測

本工程爆破振動監測目的是監測開挖中爆破作用對既有建（構）筑物的影響程度。監測內容主要為質點的速度、加速度，可以根據監測的結果綜合判斷爆破參數的合理性，對修改爆破參數提供準確的依據，使其減小對既有建（構）筑物穩定性的影響，減小、降低破壞。

采用爆破振動測試儀與速度傳感器相結合，測出爆破引起的測點實際震動數據，然后進行計算分析，計算出爆破震動與地形、地質條件有關的系數和衰減指數，據此判定合理的裝藥量和開挖方案。測點的布置主要是在所埋設測點預埋件的地方，用沖擊鉆鉆孔，在孔中填塞水泥砂漿后插入預埋件，使預埋件軸線垂直于測量表面。

4監測實例

4.1地質觀察綜述

隧道基巖為燕山晚期侵入花崗巖，節理裂隙發育且交錯分布，開挖面局部地段為薄層砂土狀強風化巖與中風化巖互層，局部夾中厚層，上部巖層稍厚，為碎裂狀、塊狀構造，掌子面局部有裂隙水滲出。

已完成初期護段，噴層表面無裂縫，無裂隙及剝離現象，有鋼格柵段格柵無壓曲現象，洞身兩側無底鼓現象，噴射砼表面局部有少量裂隙水滲出。

4.2地表沉降

從監測結果來看，洞口地表沉降所監測的K3+455斷面地表沉降變化較大，日均變化基本在25～75mm之間，其余監測斷面及測點變化均較小，均在07～46mm之間波動，相對收斂量0007%～006%，參照奧地利J.Golser博士對地表沉陷的建議來看，沉降值在允許值范圍以內，且較掘進初期的位變速率有明顯的降低，表明隨著隧道掘進的深入，目前地表變形及位移已經逐漸趨入穩定。K3+455斷面與K3+468斷面地表沉降監測曲線圖如圖5所示。

4.3收斂及拱頂下沉

從YK3+425斷面和YK3+430收斂及拱頂下沉曲線來看，a、b線及拱頂下沉累計收斂值在03～25mm之間，相對收斂量0007%，變位速率在001mm/d左右，符合《錨桿噴射砼支護技術規范》（GBJ86-85）關于Ⅲ級別圍巖洞周容許相對收斂量的規定，同時各條曲線斜率隨時間有變小趨勢，表明隨著掘進的深入，其收斂速度逐漸降低，對洞口拱門段的擾動逐漸減小。目前階段洞內圍巖變位速率01mm/d左右，說明施工對洞門處的影響仍然存在，但是拱門段變形及位移基本已經達到穩定。K3+425斷面與K3+430周邊收斂及拱頂沉降監測曲線圖如圖6所示。

5結語

實踐證明，現場監控量測能夠及時、準確地預測和評估施工對地層、支護結構和周邊環境的影響程度，同時綜合各種信息進行預警和報警，充分發揮第三方監測的綜合技術優勢，結合施工、地質情況對監測成果進行充分、深入分析，必要時對設計和施工提出適當的調整建議，使監測工作真正發揮優化設計和反饋指導施工的作用，而不是僅僅滿足于收集資料和提交報表，進而對可能出現的各種突發情況提出建議措施，提高信息化施工水平。為今后同類隧道設計與施工積累了第一手資料，還可以節省投資，達到科學設計和施工的目的。

2014年9月綠色科技第9期參考文獻：

[1] 康寧.東港隧道的施工監控[J].巖石力學與工程學報，1998（2）.

[2] 徐林生，孫鈞，蔣樹屏.洋碰隧道進口右線施工中的現場監控量測[J].巖石力學與工程學報，2002（5）.

[3] 王立忠，胡亞元，王百林，等.崩塌松散圍巖隧道施工穩定分析與監控[J].巖石力學與工程學報，2003（4）.

[4] 王彥武.太舊高速公路北茹隧道圍巖變形監測[J].巖石力學與工程學報，1998（2）.

[5] 廖延軍.龍井隧道圍巖監控量測技術[J].鐵道建筑技術，2005（S1）.

[6] 徐林生.東門關隧道出口新奧法施工監控量測研究[J].重慶交通學院學報，2006（1）.

[7] 王國欣，周濤，黃宏偉.隧道新奧法施工過程中監測元件埋設和保護[J].探礦工程，2005（11）.

[8] 張笑然，潘載業.公路隧道監控量測技術的探討[J].西部交通科技，2006（1）.

[9] 何福生.淺談新奧法在淺埋隧道施工中的應用[J].鐵道建筑技術，2005（S1）.endprint