苞谷壟隧道施工監(jiān)控量測(cè)技術(shù)探討

摘要：文章通過隧道施工監(jiān)控量測(cè)實(shí)例，介紹了現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)控量測(cè)及數(shù)據(jù)回歸分析方法以及判斷圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、穩(wěn)定性能及發(fā)展趨勢(shì)的措施，為確保施工安全、合理安排施工進(jìn)程提供了依據(jù)，達(dá)到了指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的目的，實(shí)現(xiàn)了隧道施工的動(dòng)態(tài)控制，可供同類工程借鑒。

關(guān)鍵詞：客運(yùn)專線；隧道工程；監(jiān)控量測(cè)；回歸分析；穩(wěn)定性；動(dòng)態(tài)控制 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U455 文章編號(hào)：1009-2374（2016）12-0092-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.043

1 工程概況

滬昆客專苞谷壟隧道位于湘潭市九華區(qū)，全長(zhǎng)420m，下穿湘望公路，屬Ⅴ級(jí)圍巖淺埋隧道。其圍巖主要表現(xiàn)為：（1）黏土：含少量高嶺土及少量細(xì)圓礫，表層含植物根，具膨脹性；（2）粉質(zhì)黏土：軟～硬塑，含少量礫石，表層含植物根，具膨脹性；（3）細(xì)圓礫土：灰黃色，中密，飽和，圓礫成分主要由砂巖組成，充填細(xì)砂及黏性土；（4）泥質(zhì)粉砂巖：風(fēng)化層都從全風(fēng)化～弱風(fēng)化不等，節(jié)理裂隙發(fā)育。全隧道最大埋深為29.86m，最小埋深為2.38m，在隧道施工過程中圍巖極易失穩(wěn)、坍塌。

2 隧道監(jiān)控量測(cè)的目的及內(nèi)容

2.1 監(jiān)控量測(cè)的目的

苞谷壟隧道監(jiān)控量測(cè)的目的主要為：（1）通過對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)的分析，對(duì)在施工中即將發(fā)生的危害進(jìn)行預(yù)警提示，可確保施工安全；（2）根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，指導(dǎo)施工內(nèi)容，如支護(hù)參數(shù)選擇、開挖預(yù)留變形量及二襯施工等；（3）根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可以優(yōu)化設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，同時(shí)也可驗(yàn)證設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)的可靠性；（4）隧道施工過程中對(duì)周邊環(huán)境會(huì)產(chǎn)生相關(guān)影響，而通過監(jiān)控量測(cè)可對(duì)其影響程度做出相應(yīng)判斷。

2.2 監(jiān)控量測(cè)的主要內(nèi)容

苞谷壟隧道監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目如表1所示：

3 隧道監(jiān)控量測(cè)方案設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

3.1.1 洞內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)。苞谷壟隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行開挖施工，其觀測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示：

3.1.2 地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。苞谷壟隧道地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)于隧道開挖影響范圍內(nèi)，每個(gè)橫斷面設(shè)置17個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，間距為2.0m，以隧道中線對(duì)稱布置，且與洞內(nèi)拱頂下沉和凈空變化量測(cè)在同一斷面內(nèi)。

3.1.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)要點(diǎn)。

第一，測(cè)點(diǎn)一般在距開挖工作面2m范圍內(nèi)設(shè)置，測(cè)點(diǎn)埋設(shè)應(yīng)牢固可靠，埋設(shè)完畢盡快測(cè)量。

第二，位移監(jiān)控測(cè)量采用收斂計(jì)量測(cè)時(shí)，每次測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)固定，掛鉤應(yīng)采用三角形掛鉤。目前隧道施工中常用的收斂計(jì)為機(jī)械式的收斂計(jì)和數(shù)顯式收斂計(jì)。測(cè)試原理：測(cè)試中讀得初始數(shù)值X0；間隔時(shí)間t后，用同樣的方法可讀得t時(shí)刻的值Xt，則t時(shí)刻的周邊收斂值Ut為兩次讀數(shù)差。即：

3.2 隧道施工監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀察

3.2.1 洞內(nèi)觀察。

第一，在每次開挖后進(jìn)行開挖工作面觀察。觀察中若發(fā)現(xiàn)圍巖情況異常，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行記錄，并確定后序施工方案，若圍巖惡化，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理；觀察中可繪制掌子面地質(zhì)素描簡(jiǎn)圖，觀察完畢后及時(shí)進(jìn)行完善，并判定圍巖等級(jí)，填寫相關(guān)記錄表等。

第二，在節(jié)理、裂隙發(fā)育的鑲嵌狀、塊狀脆性硬巖地段應(yīng)重視觀察圍巖的節(jié)理、裂隙走向及發(fā)育程度，對(duì)易引起坍塌的巖塊及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)措施。

第三，每天至少應(yīng)進(jìn)行一次對(duì)已施工地段的觀察，重點(diǎn)觀察噴射混凝土是否存在裂紋或脫落，鋼架是否變形、傾斜，錨桿是否松動(dòng)，二襯是否存在滲水等，以判斷其工作狀態(tài)是否良好。

3.2.2 洞外觀察。洞外觀察的重點(diǎn)部位為洞口段和洞身淺埋段。洞口段觀察主要為洞口處邊坡、仰坡位移情況，是否存在裂紋等。洞身淺埋段觀察主要為地表是否存在下陷、開裂及地表水滲透情況等。

3.3 觀測(cè)數(shù)據(jù)采集及注意事項(xiàng)

3.3.1 凈空變化、拱頂下沉和地表下沉（淺埋地段）等量測(cè)項(xiàng)目應(yīng)設(shè)置在同一斷面，苞谷壟隧道量測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)數(shù)量如表2所示：

3.3.2 因隧道開挖后最初時(shí)間的變形及應(yīng)力變化較快，因此宜在開挖支護(hù)完成后2h內(nèi)完成收斂量測(cè)及拱頂下沉起始讀數(shù)的量測(cè)工作，其他量測(cè)必須在開挖之后12h內(nèi)取得起始讀數(shù)，在噴射砼后、下次爆破前測(cè)取初讀數(shù)。洞內(nèi)、外水準(zhǔn)基點(diǎn)應(yīng)與拱頂下沉和地表下沉量測(cè)基點(diǎn)建立聯(lián)系，應(yīng)加強(qiáng)測(cè)點(diǎn)保護(hù)，防止損壞。

3.3.3 地表下沉量測(cè)必須至二襯結(jié)構(gòu)封閉、下沉基本停止時(shí)方可結(jié)束。量測(cè)位置于開挖工作面前方，隧道開挖與埋深高度之和處開始，其量測(cè)頻率與拱頂下沉和凈空變化頻率一致。

3.3.4 每15d應(yīng)進(jìn)行一次隧道二襯沉降縫兩側(cè)不均勻沉降量測(cè)以及洞口段與洞口過渡段不均勻沉降觀測(cè)。洞內(nèi)沉降縫處每側(cè)宜布設(shè)四個(gè)以上觀測(cè)點(diǎn)；洞口觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)根據(jù)過渡段的情況而定，通過沉降曲線明確道床板施作時(shí)間。

3.3.5 各量測(cè)項(xiàng)目量測(cè)頻率按兩種方法進(jìn)行確定，如表3所示。施工過程中，取量測(cè)頻率較高的作為實(shí)施的量測(cè)頻率。

3.3.6 變形基本穩(wěn)定后，各項(xiàng)量測(cè)作業(yè)仍應(yīng)繼續(xù)觀測(cè)2～3周時(shí)間。對(duì)于部分特殊圍巖，若位移長(zhǎng)期沒有減緩趨勢(shì)，則應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)量測(cè)時(shí)間。

3.3.7 量測(cè)數(shù)據(jù)整理、分析與反饋必須符合下列

要求：

第一，數(shù)據(jù)量測(cè)結(jié)束后，必須由專人負(fù)責(zé)及時(shí)進(jìn)行整理歸檔，同時(shí)繪制量測(cè)數(shù)據(jù)的位移與時(shí)間的時(shí)態(tài)曲線。

第二，量測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)態(tài)曲線一般采用Excel進(jìn)行繪制，但因量測(cè)誤差所造成的離散性，所繪制出的散點(diǎn)圖很不規(guī)則，分析較為困難。因此，必須對(duì)其進(jìn)行回歸分析，以預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的位移最大值和變化速度。回歸分析使用的函數(shù)有：

苞谷壟隧道回歸分析中基本采用的是指數(shù)函數(shù)，因指數(shù)函數(shù)為非線性函數(shù)，因此對(duì)其兩邊取自然對(duì)數(shù)的方法轉(zhuǎn)化為直線函數(shù)lnu=lnA+（-B）/t，然后使用Excel數(shù)據(jù)分析工具庫(kù)中的回歸分析，計(jì)算出A、B值，代入指數(shù)函數(shù)中當(dāng)t→∞時(shí)，求出位移u的終值。

第三，數(shù)據(jù)異常時(shí)，應(yīng)視具體情況進(jìn)行支護(hù)加固或及時(shí)與設(shè)計(jì)聯(lián)系，確定加固方案，預(yù)防危險(xiǎn)發(fā)生。

3.4 圍巖穩(wěn)定性判別

圍巖穩(wěn)定性的綜合判別，應(yīng)根據(jù)量測(cè)結(jié)果按下列指標(biāo)進(jìn)行：

3.4.1 根據(jù)位移變化速度判定。（1）凈空變化速度持續(xù)大于5.0mm/d時(shí)，圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)系統(tǒng)；（2）水平收斂（拱腳附近）速度小于0.2mm/d，拱部下沉速度小于0.15mm/d，圍巖基本達(dá)到穩(wěn)定。

在苞谷壟隧道淺埋地段主要采用監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析來判別圍巖穩(wěn)定性。

3.4.2 根據(jù)位移時(shí)態(tài)曲線的形態(tài)來判別（如圖2所示）。（1）如曲線a中位移速率很快變小，時(shí)態(tài)曲線很快平緩，表明圍巖穩(wěn)定性好，可適當(dāng)減弱支護(hù)；（2）如曲線b中位移速率逐漸變小，即d2u/dt2<0，時(shí)態(tài)曲線趨于平緩，表明圍巖變形趨于穩(wěn)定，可正常施工；（3）如曲線c中位移速率不變，即d2u/dt2=0，時(shí)態(tài)曲線直線上升，表明圍巖變形增長(zhǎng)迅速，不能穩(wěn)定，則必須加強(qiáng)支護(hù)措施或暫停掘進(jìn)；（4）如曲線d位移速率逐步增大，即d2u/dt2>0，時(shí)態(tài)曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)，表明圍巖失穩(wěn)，必須停止施工，分析原因，上報(bào)設(shè)計(jì)單位采取支護(hù)加強(qiáng)措施，以確保后續(xù)施工安全。

4 結(jié)語

結(jié)合滬昆客專苞谷壟隧道的設(shè)計(jì)資料、勘探資料和相關(guān)規(guī)范，較為科學(xué)合理地制定了適合現(xiàn)場(chǎng)施工的監(jiān)控量測(cè)實(shí)施方案，保證了檢測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。通過實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，判斷圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、穩(wěn)定性能及發(fā)展趨勢(shì)，合理確定隧道二次襯砌施作時(shí)間，有效地指導(dǎo)了隧道施工，既保證了隧道安全、有序作業(yè)，又確保了上方公路的行車安全。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：李海（1982-），男，中鐵大橋局第四工程有限公司工程師，研究方向：土木工程。

（責(zé)任編輯：小 燕）