復雜地質環境下山嶺隧道監控量測技術研究

姚士磊，何偉

（中鐵隧道局集團有限公司勘察設計研究院，廣州510000）

1 引言

公路作為我國交通運輸體系的重要組成部分，在區域開發以及人員交流等方面發揮著關鍵性作用，隨著我國公路體系的日益完善，建設開發規模的逐步擴大，建設區域逐步向偏遠地區轉移，公路施工難度增加。基于這種實際，施工企業在施工環節普遍采取監控量測的測量方式，及時掌握施工現場的基本信息，采取靈活的技術手段，對施工活動進行修正，在確保施工質效的同時，降低施工風險，尤其在復雜地質環境下，公路隧道施工難度較大，如果沒有采取必要的監控量測技術，勢必影響整體施工進度，造成工程延期。本文著眼于實際，在對監控量測進行全面梳理的基礎上，充分借鑒過往有益經驗，結合復雜地質環境下隧道施工的實際情況，全面探究監控量測技術的應用方式，構建起完備的技術應用機制，實現對施工活動的實時監控。

2 監控量測概述

作為新奧法的重要組成部分，作為一種監測機制，監控量測技術主要針對公路隧道施工過程中圍巖-支護的安全性，通過一系列的檢測手段，對各個監測點支護效果以及圍巖狀態進行評估，幫助施工人員及時掌握相關信息，調整施工參數，優化施工方案，在確保隧道施工質量的基礎上，確保施工效率。具體來看，借助于必要的數據參數，技術人員能夠對隧道的開挖方式、施工工藝進行針對性選擇，同時，也為后續相關施工管理工作的開展奠定堅實基礎，確保了公路隧道施工管理的有效性，理清了各個管理環節[1]。在監控量測機制下，施工人員從整體上把握隧道圍巖以及相關支護結構變形的基本規律，與其他監測方式相對比，監控量測對隧道掌子面的穩定性、隧道初期支護、砌襯操作的可行性以及必要性進行了全面評估，大大提升了公路隧道施工的科學性，避免出現施工差錯，影響整個施工質效，造成不必要的施工風險。從過往情況來看，需要做好洞內觀測、隧道拱頂下沉測算、隧道水平收斂評估、地表沉降量計算等工作，通過系統化測量監控，實現了對隧道內圍巖狀態以及支護結構設置等基本數據的獲取。考慮到部分地區，地質環境較為復雜，常規性的監控量測無法完全體現相關情況，因此，工作人員就應當結合實際情況，在常規性監測的基礎上，適當增加監測項目，以確保監控量測工作落實到位[2]。

3 復雜地質環境下公路隧道監控量測儀器的選用

為做好地質復雜環境下公路隧道監控量測工作，工作人員應當吸取過往經驗，在明確公路隧道施工區域基本情況的基礎上，有針對性地做好監控量測儀器的選用，通過這種方式，確保監控量測數據的準確性以及有效性。

公路隧道內施工環境較為惡劣，由于各個工種同時進行施工作業，加之潮濕、陰暗的環境，增加了施工難度，同時，地質活動較為頻繁，施工安全系數較低，在這種環境下，如何進行有效的監控量測就成為施工企業共同關心的問題。從歐美等國家的經驗來看，為了應對復雜多變的隧道施工環境，可以通過合理選用監控量測儀器的方式進行應對，通過針對性的篩選以及使用，確保了掃監控量測的有效性。基于我國地質環境的特點，公路隧道監控量測儀器選擇環節，技術人員應當在科學性原則以及實用性原則的引導下，借鑒外國有益經驗，做好相關測量儀器的選用工作。公路隧道圍巖與支護結構測量過程中，由于主要測量其應力與位移情況，因此，可以選擇電測量的方式，其間所選用的各種儀器，仍舊需要根據實際情況，進行靈活變通。例如，對于變形量較小的隧道，使用精密度較大的傳感器，便于捕捉微小的形變量，而對于變形量較大的隧道，則選用精密度相對較低的傳感器，通過這種方式，既能夠保證監控量測的測量結果的科學性，又能夠避免額外的費用支出，節約施工成本[3]。針對常規性的公路隧道監控量測，則需要技術人員根據檢測項目，選擇相應的儀器設備，例如，洞內觀測儀器的選擇，主要包括地質羅盤、放大鏡、地質錘等。放大鏡主要用于隧道內巖石組成以及裂隙發育程度的觀測；地質錘主要用于評估隧道基巖的硬度，通過系統化的操作，推動各項公路隧道監控量測工作的順利進行，為隧道施工活動的開展提供必要的技術支持。

4 復雜地質環境下公路隧道監控量測技術應用方案

地質復雜環境下公路隧道監控量測技術的應用涵蓋多個方面的內容，為確保相關監控量測工作的有序開展，工作人員需要在前期工作的基礎上，合理使用監控量測的測量儀器，制訂系統化的技術應用方案，做好數據分析工作，實現對隧道施工活動的引導規范，切實保證地質復雜環境下公路隧道施工活動的有序開展。

4.1 監控量測技術方案的制訂

目前，使用新奧法設計與施工的隧道，都需要進行監控量測技術來進行輔助，才能夠確保施工的有效性。監控量測技術通過必要的儀器將隧道施工過程中圍巖以及支護結構的受力狀態進行了數學分析，并且結合相關模型，為施工人員相關施工活動的開展提供了必要的數據支持。基于監控量測技術的重要性，在實際施工環節，技術人員需要著眼于實際，結合監測內容，選擇合適的監控量測儀器，以確保各項各項量測工作落實到位[4]。在方案制訂的初期，施工企業應當組織技術人員提前進入現場，明確監控量測涉及的相關項目，以此來有針對性地完成對隧道內圍巖屬性、隧道施工深度、施工方式的確定，大大提升整個公路隧道施工的有效性。在明確監控量測基本內容的基礎上，技術人員還應當做好監測方法的選擇工作，以確保各項檢測數據獲取的科學性。以某公路隧道為例，該公路全長1638.69m，隧道施工區域地質環境極為復雜，為確保施工質效，施工單位選用新奧法進行項目設計與施工，基于這種實際，施工企業安排人員對隧道進行監控量測作業，考慮到項目的特殊性，技術人員將隧道橫向作為主斷面，將相關測量點沿著主斷面進行排布，并將測量點之間的距離控制在2～5m，在同一斷面內設置8～10 個測量點，以此來保證整個監控量測環節中隧道圍巖以及支護結構數據獲取的準確性、可靠性。基于防范隧道沉降的目的，技術人員還應當對地面沉降量進行計算，在計算過程中，可以距隧道襯砌結構的H+h處開始挖掘（H為公路隧道深度；h為公路隧道自身高度）。開挖工作完成后，在開挖區域設置3 個預埋點，使用水平儀進行測量，逐步形成一個完整的監控量測方案。如圖1 所示。

圖1 復雜地質環境下公路隧道監控量測布局方案

通過系統完備的布局，確保監控量測工作能夠有序開展，滿足現階段復雜地質環境下隧道施工活動的相關要求，對施工活動的優化以及施工管理工作的開展大有裨益與促進。

4.2 量測數據的回歸分析

在完成對復雜地質隧道施工活動之后，技術人員應當在現有工作的基礎上，依據所獲得各項數據，進行隧道圍巖以及支護結構位移、收斂速度等信息的分析，形成曲線圖，為施工人員提供直觀的參考，便于現場管理人員靈活調整施工方案，有效開展管理工作。在這一過程中，應當做好曲線數據的分析工作，例如，可以使用matlab 數學分析軟件，對監控量測曲線進行回歸性分析，通過回歸性分析，對公路隧道中可能出現的位移位置進行確定，在實際的位移位置測量的過程中，工作人員從拱頂沉降回歸分析、周邊位移回歸分析2 個層面入手，做好相應的回歸分析工作。具體來看，在拱頂沉降分析環節，將隧道監控量測中獲得的數據分別代入沉降函數始終，從而獲得拱頂沉降曲線，如圖2 所示。

圖2 拱頂車沉降回歸曲線

通過對原始數據、對數回歸、指數回歸以及雙曲回歸等相關參數的梳理，較為準確地實現隧道拱頂位移情況的判定，為后續相關施工活動的開展奠定了堅實基礎。同時，以回歸分析為切入點，施工人員逐步掌握隧道開挖施工過程中隧道變形規律，增強施工活動的針對性，為后續相關施工活動的有序開展奠定了基礎。

4.3 量測數據的應用

在公路隧道監控量測數據應用過程中，施工單位應當從整體層面出發，做好施工團隊與監控量測團隊之間的溝通交流工作，確保監控量測數據的實用性。在這一思路的指導下，施工單位有必要建立系統完整的信息交互平臺，施工人員及量測人員能夠針對隧道施工測點埋藏位置、數據記錄方式、數據提供方式等進行交互，確保各類數據信息的實用性，滿足現階段復雜地質環境下，隧道施工的基本要求[5]。同時，做好設計方、施工方之間的溝通，確保監控量測數據的實用性，需要結合隧道施工的實際進度，調整監控量測方式，避免出現施工與量測相互干擾的情況，確保施工進度，保證施工周期。

5 結語

復雜地質環境下公路隧道監控量測技術的應用，在相關技術的支持下，實現了隧道施工信息的實時獲取，大幅度增強地質復雜環境下公路隧道施工的有效性以及針對性。基于這種認知，本文在分析監控量測作用以及基本項目構成的基礎上，結合復雜地質環境下公路隧道施工的實際，做好相關儀器設備的選型工作，在此基礎上，吸收以往經驗，制訂系統的技術應用方案，扎實推進復雜地質環境下公路隧道監控量測技術的合理高效使用。