高等級公路隧道施工及監控技術研究

胡琴

（宣城市公路管理局寧國分局）

高等級公路隧道施工及監控技術研究

胡琴

（宣城市公路管理局寧國分局）

在高等級公路施工過程中，隧道施工是經常遇到的施工環節，它是公路工程重要組成部分。隨著我國高等級公路路網建設規模不斷擴大，隧道施工越來越普遍，超長長度、斷面大、挖深大的公路隧道數量不斷增加，在這些隧道施工過程中，傳統隧道施工技術已難以保證施工安全，這就必須要創新隧道施工監控技術，為施工提供可靠的監控技術支持。本文采用實證研究方法，對宣城市營盤山公路隧道施工監控技術進行了具體分析，以為工程實踐提供有益指導。

高等級公路；隧道施工；監控技術

本文采用實證研究方法，選取龍宣城市營盤山公路隧道作為分析對象，對該工程施工監控技術應用進行具體分析。針對營盤山隧道施工特點，制定了一套現場監控量測方案，全面介紹了該隧道監控方案的監測設備使用、測點布局、量測斷面間距、施工監控、量測頻率及量測數據采集方法和技術要點，對數據采集過程進行了深入分析和闡述，為優化施工方案和加強施工安全管理提供可靠技術支持，也為超長度、大埋深公路隧道施工提供了寶貴經驗借鑒。

1 營盤山隧道工程概況

營盤山隧道位于宣州區敬亭辦事處巷口橋村境內，是宣南銅高速公路重點工程項目，施工難度大、工期緊，其巖層地質是典型的“北方紅層”，成巖時間短、巖層構造復雜、土層十分活躍、巖石強度較低、節理裂隙較多。由于項目工期較緊，施工前期地質勘探工作無法全面鋪開，施工地質資料較少，這對工程設計來說面臨著諸多不利因素。在情況下開展隧道施工活動，很容易遇到各種意外風險，可能造成不必要的生命財產損失。

對此，營盤山公路隧道采用新奧法設計和施工方案，所有現場監控量測列入設計文件，以控制施工全過程。現場監控量測對象對隧道施工周邊圍巖和支護系統的穩定性，為前期施工支護和模筑混凝土襯砌提供技術參數，并將監測到的數據及時反饋給施工設計部門，靈活調整和優化施工設計和方案，最大程度提高施工安全性和經濟性。圍巖量測是新奧法施工設計常用的一種監控技術，它在實踐中積累了十分豐富的經驗。本文將對營盤山隧道施工監控技術及具體應用進行具體闡述和介紹（如圖1）。

圖1 隧道監測信息管理流程圖

2 現場監控量測實施方案

2.1 現場監控儀器及要求

隧道施工監控是在探測開挖工作面前方一段距離內圍巖工程地質及水文地質條件基礎上，根據施工現場地質觀測情況，對可能出現的斷層、巖溶、涌水等地質問題進行監控和預測，為調整施工方案和做好預防措施提供參考依據。監控技術主要有坑探、鉆探（超前水平巖芯勘探）以及物探等方法，其中前兩種方法及物探都要使用到地震聲波監測儀，目前比較常見的設備儀器是瑞士徠卡TSP202。但是這種設備售價昂貴，經常需要停工維修保養，使用成本較高，無法滿足緊張施工任務要求。對此，本文采用地質雷達探測技術，對前方30m以內施工地段地質情況進行探測，例如巖石節理、裂隙發育情況、巖溶、含水性等進行有效監控。本文采用美國產SIR-2型彩顯地質雷達作為監控設備，同時輔以100MHZ雷達天線加強監測信號，它可以保證連續多個工作日監測，為施工指揮部提供最新數據參考。

過去主要采用收斂計來監測項目周邊位移、拱頂下沉，收斂計精度較高，最大精度可精確到0.01mm。由于營盤山隧道地質條件比較復雜，初期支護發生整體下沉的幾率較大，單純收斂計量測不能全面監控拱頂下沉情況，而如果采用了水平儀及測桿，又會大幅降低監測精度，影響隧道施工設計優化效果。對此，本文采用瑞士徠卡最先進的TCA2003高精度全站儀，其精度完全可以滿足隧道監控技術要求。

2.2 現場量測技術要求

現場監控量測項目及量測方法具體可見表1。①測點選址要科學合理，力求覆蓋全面；②測試元件和設備具有較強的抗震能力，埋設后能夠穩定工作；③在進行設備組裝之前，要對其進行綜合測試和檢驗，一旦發現故障要立即采取措施應對；④要保證量測數據準確可靠，避免人為、設備故障造成進度下降；⑤設備儀器測試結束后，要對其進行檢查，確保所有儀器、儀表處于正常工作狀態。要匯總監控數據和資料，做好存檔工作。

表1 現場監控量測項目及量測方法

2.3 量測斷面間距、測點布置

量測間距根據設計方案執行。測點布設情況如下：對開挖斷面設置三條水平收斂線，斷面拱形處水平布設一條，起拱線下1m處布置一條，路面上方1m處布設一條；正臺階開挖時水平收斂基線不少于三條，基地水平線下放1m處布設一條，起拱線下放1m深處布設一條，路面上方1m處水平布置一條。斷面拱頂下沉測點沿著斷面布設三個監測點。

2.4 施工過程監測

（1）施工點周圍水平位移（收斂）監測。測點鋪設設計：噴錨支護完成后，在巖壁上鉆出直徑為40mm，深度為200mm的圓孔，插入固定桿之后灌入固化劑，固定桿外露長度不超過60mm，以避免受到外力損壞。要保證同一基線上的兩測點在同一個水平面上，固化劑凝固后再實施量測工作。量測操作步驟：使用隧道數顯收斂計量測，嚴格按照量測技術規范做好參數記錄。

（2）拱頂下沉量測。拱頂位移量測點同樣使用風槍鉆鑿直徑為40mm，深度為200mm的圓孔，插入并固定好固定桿，同時在外露桿頭處設掛鉤。要嚴格控制測點大小，過小會影響測量掃描效果；過大容易受到外力損毀。在隧道支護結構施工過程中，要加強量測點保護，如果發現測點被巖土掩埋，要檢查其是否收到損毀，以保證后期量測正常進行。

測量拱頂下沉需要使用水準儀、水準尺、掛鉤式鋼尺作為輔助工具，可以將測量精度提高到1mm。量測過程中，只需要使用一把6～8m長的掛鉤式鋼尺。

（3）地表下沉量測。測點布設要與洞內收斂、拱頂下沉量測斷面保持相一致，地表下沉量測點主要布設在隧道中線周圍，并在開挖處前方H+ h1處設置測量點（H為隧道埋深，h1為上半斷面標高），直到開挖面后方約2B～4B處。

測量步驟：使用水準儀、水準尺作為輔助工具，可以將精度提高到2～4mm。在布設測量點時，可以使用經緯儀作為輔助，確保所有測點布設在同一個水平面上。測點鋼筋固定后，將鋼筋頭表面打磨光滑，并在其表面做好數字標識。

2.5 量測頻率

量測頻率具體可見表2。

表2 量測頻率表

2.6 量測數據搜集和匯總

為最大程度降低外部因素干擾影響，盡量安排在每天同一個時間段采集量測數據。將儀器采集到的數據人工輸入到專用工作表格上。原始記錄表格要存入技術檔案當中，以備后期核驗。所有數據采用電算化技術分析處理，依靠專業軟件進行讀取和分析，以對隧道圍巖和襯砌監控情況進行科學、全面分析。

根據監測設計和工作方案，監測一段時間后，用專業軟件進行位移分析，為下一階段隧道施工提供可靠參考依據，并編制監測報告。全部監控量測結束后，對數據、資料進行匯總和分析，形成一個總體監測觀察報告。

3 監控數據分析和信息反饋

根據量測搜集到的數據，繪制時間—位移曲線。一般繪制正常曲線和反常曲線（見圖2）。圖a是指隨著絕對位移值不斷減小，支護結構達到穩定狀態，此時可以進行混凝土襯砌。圖b是指隧道巖層位移變化異常，反彎點初期支護發生明顯形變，此時要引起施工設計人員高度重視，要對該段支護采取特別措施，以避免隧道塌方；嚴重時要全部撤離施工人員和設備。

圖2 時間-位移特長曲線圖

4 營盤山隧道工程監控案例分析

營盤山隧道K401+632斷面，位移-時間曲線具體見圖3。從圖中可以看出，4號，3號點為拱頂，1號、2號、4號、5號點分別為左、右拱腳及拱腰，拱腳1、5號水平位移距離為100mm，2號、4號拱腰為90mm、64mm，3號點拱頂下沉-39mm，且拱腳及拱腰沒有發生下沉，這使得鋼支撐發生折損。究其原因，主要是隧道內部存大較大的側壓力，拱頂初期支護施工完成后，回填涂料壓實度偏低，存在空洞。因此，可采取對拱頂注漿措施進行加固，水平位移十分接近預設變形量，拱頂初期支護已發生損毀，因此要加強初期支護。

圖3 營盤山時間-位移（垂直）曲線圖

5 結語

高等級公路隧道跨度較大，地質條件十分復雜多變，十分有必要開展隧道監測工作，這是有效預防施工事故和設計風險的重要措施。由于隧道施工地質條件十分復雜，進行工程類比或者完成準確性的理論測算都是不可能完成的，因此采用現場量測判斷支護設計是否科學合理，并為施工設計提供參考依據，這是監控主要功能和價值。隧道監控量測涉及多種專業技術，需要多個專業部門配合實施量測工作，要盡量選擇有專業資質的單位來實施，同時采用比較先進的量測儀器和設備。

[1]《公路隧道施工技術規范》（JTJ42-94）[S].

[2]夏至光，李燦華.地下工程測試理論與監測技術[M].武漢：武漢大學出版社，2007.

U455

A

1004-7344（2016）05-0161-02

2016-2-5

胡琴（1979-），女，助理工程師，本科，主要從事于國、省道的公路、橋梁、隧道等項目管理與養護工作。