監控量測技術在高速公路隧道施工中的應用

王玉林

（云南交投集團云嶺建設有限公司，云南昆明 650000）

一、監控量測技術

1、監控量測技術的介紹

隨著對隧道施工的標準化及品質工程要求的不斷提高，監控量測工作在隧道施工中的作用已得到重視和認可。新奧法施工主要包括三方面，分別是光面爆破、描噴初期支護、監控量測，其中監控量測主要是為隧道施工過程提供技術方面的參考，監控量測能直觀地監測圍巖的收斂變形，在施工中對地層（表）、建（構）筑物、地表隆降和支護結構動態進行的經常性觀察和測量，并及時反饋信息以指導施工。通過拱頂沉降數據分析，合理確定預留變形量；通過周邊收斂數據分析，及時調整支護參數。其原理是對監測數據進行回歸分析，利用分析結果，與實際相結合對隧道施工進行指導。

2、監控量測技術的必要性

隨著對交通基礎設施建設的重視和縣域高速公路“能通全通”的不斷推進，以及對施工過程水環保工作的不斷提高，特別是山嶺地區高速公路橋隧比越來越高，隧道工程施工在高速公路建設中均作為控制性工程加以實施，結合監控量測工作對隧道工程施工的各個方面產生的重要作用，尤其是對工程質量、工程成本、進度等方面，監控量測應在實施性施工組織設計中加以重視。

眾所周知，隧道工程是地下工程的一種，其本身具有復雜性、隱秘性、不可測量性等多種特征。隧道開發本身就存在著不可預見性等諸多問題，在施工過程中，不良的地質環境不但會給技術人員帶來難題，還會造成隧道坍方、突水等情況，嚴重時甚至對施工人員造成生命危害，從而影響施工正常運行，造成工期延誤等問題，給工程帶來巨大的經濟影響。隨著監控量測的熟練應用，可以對隧道工程中存在的問題進行預測，從而解決問題，最終確定設計方案。監控量測在我國高速公路隧道中的應用是必不可少的，但同時也應該看到，目前在施工過程中并沒有嚴格按照審批的監控量測方案實施，投入的人員數量、資質及儀器不符合方案要求。

二、監控量測的項目及內容

1、監控量測的內容

隧道的監控量測是對圍巖內部進行位移測量以及對拱頂進行下沉測量，主要是通過對隧道圍巖進行分析，對圍巖的變形發展做一個準確的判斷，并為之作出數據支持。對支護壓力也要進行量測，并根據量測結果進行判斷。按工作要求在隧道工程中對隧道的支護作業等各方面進行監測布置，并隨著監控量測反映的結果，不斷對數據進行調整，確保工作的順利進行，如有特殊需要可根據具體情況，增加或調整監控內容。

2、監控量測的項目

監控量測主要是地質及支護狀況的觀察、周邊收斂量測、地表下沉、拱頂下沉量測、圍巖壓力量測、彈性波測試等多項測試內容，可以根據其測試項目的必要性對其進行分類，可分為必測項目和選測項目。

⑴監控量測的必測項目。地質及支護狀況的觀察、周邊收斂量測、地表下沉、拱頂下沉量測等都是隧道圍巖量測的必測項目。①地質及支護狀況：在巷道斷面范圍之內，進行一些正常的支護措施，保證圍巖的穩定。②周邊收斂量測：周邊位移量測。③地表下沉：因開挖引起開挖面圍巖的擠出，或因坍塌引起圍巖松弛，開挖后圍巖和支護、圍巖和襯砌間的空隙因地下水位下降引起固結，使軟弱圍巖中支護下沉等原因，導致的地表下沉現象。④拱頂下沉量測：對地下工程拱頂圍巖沉降絕對值的量測。

⑵監控量測的選測項目。包括圍巖壓力量測、彈性波測試等多項測試內容。①圍巖壓力量測：圍巖壓力是指引起地下開挖空間周圍巖體和支護變形或破壞的作用力。②彈性波測試：利用彈性波運動學和動力學特征對巖土體或混凝土進行波速測試或缺陷探測的方法。

三、監控量測的流程和方法

1、監控量測的流程

（1）對地質勘測資料進行充分分析，并在隧道施工前制定完善的監控量測方案。

（2）施工前進行監控量測方案驗證，并對其進行觀察。

（3）隧道施工后，對施工過程中產生的變化做出解決方案，使工程能夠更好地進行下去。

（4）根據對隧道監控量測所得到的數據，對隧道安全做出判斷，做好應急方案。

2、監控量測的方法

⑴對工作面及初期支護后的地段進行觀察。對工程的地質條件進行觀察記錄，技術人員利用地質羅盤儀等工具對挖面附近初期支護狀況進行觀察，從而判斷圍巖、支護的穩定。

⑵沉降監測。針對隧道洞口段、淺埋和偏壓段地表等方面。以隧道洞口為例，由于洞口段覆蓋層比較薄，難以形成拱面狀，對地表造成沉陷，為了使這段工程能順利執行，確保隧道洞口的順利建造，對地表進行沉降監測。

⑶收斂量測。①傳統性接觸量測：在魚竿頂端固定一個粗細適當的掛鉤，利用魚竿對周邊進行收斂式量測。②非接觸性量測：采用對邊量測方法或三維坐標法進行量測。

⑷下沉量測?？梢允褂梅墙佑|性量測的方法對拱頂進行下沉量測。

四、監控量測的數據處理分析及目的

1、量測的數據分析

主要是數學方面的分析，有兩種分析方法：一元線性回歸分析和一元非線性回歸分析。因為測試的大多數數據是兩個變量之間的關系，可以利用回歸函數曲線圖，對圍巖的穩定性進行位移分析。

2、量測的目的

（1）確保施工人員施工的順利進行及安全狀況，對圍巖變化有充分的了解。

（2）對圍巖有了充分了解后，更好地對監控量測結果進行分析，并對此進行調整修改，使其經濟愈加合理。

（3）為以后的隧道管理提供資料，通過不斷的經驗積累、資料總結，對以后的隧道開發工程提供更加完善的科技成果。

五、隧道施工中監控量測取得效果

在筆者參與建設施工的云南鶴關高速象眠山1號隧道施工過程中，通過監控量測技術取得以下三方面效果：

1、安全方面

象眠山1號隧道洞口段屬于淺埋、偏壓，圍巖強度低，自穩能力差，如施工工藝不當易造成圍巖失穩坍塌，施工過程中存在安全風險，可能給工程帶來不可彌補的經濟和時間損失，因此，在施工過程中加強地表下沉項目的監測，及時對量測所得數據整理分析，且施工中發現地表出現開裂，對洞內初期支護進行監測，發現噴射混凝土表面有裂縫并開始脫落。對隧道安全及時做出了判斷，啟動應急預案，及時撤出施工人員后隧道出現冒頂坍塌。通過監控量測，及時對隧道失穩提供了預報，避免了事故的發生，保證了隧道施工安全。

2、質量方面

象眠山1號隧道施工過程中，根據隧道所處地質、水文特征，確定以監控隧道圍巖穩定性和隧道支護結構穩定性為目的的監測項目，通過對拱頂下沉、周邊收斂項目長期監測數據的整理分析，發現周邊收斂速率無明顯下降且超過凈空允許的相對收斂值，隧道內噴射混凝土出現大量的裂縫，為了保證隧道的施工安全及隧道施工質量，立即采取了補強初期支護措施，并改變支護設計參數，使隧道工程質量得到保障。

3、成本方面

由于象眠山1號隧道工程的特殊性、復雜性和隧道圍巖的不確定性，通過監控量測數據分析及結合隧道超前地質預報結果，準確判斷圍巖級別，及時調整預留變形量和優化支護參數，使該隧道工程成本投資取得了最佳的經濟效益。

六、結束語

在高速公路隧道施工中，嚴格按照監控量測方案對圍巖進行周邊位移量測和拱頂下沉量測及其他監測項目量測是一種很重要的手段，這樣能夠在施工中合理地對突發事件有所應對，并采取相應措施，對施工人員進行保障，對圍巖的變化規律有充分的了解，能夠應對隧道中的安全隱患問題，并通過對量測數據的分析，結合地質超前預報結果，及時調整預留變形量和支護參數及施工方案，使隧道施工更具有安全性和合理性。目前，高速公路已經廣泛應用監控量測技術，對施工過程進行優化和指導，給隧道施工人員的安全帶來了一定保障，經濟方面也更加合理。