淺埋隧道施工監控量測技術

寶 富

（中鐵十九局第二工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

1 工程概況

某隧道右線全長354 m，為短隧道。隧址區屬構造侵蝕中低山溝谷切割地貌，進洞口一側受沖溝切割，地形陡峭，坡向265°，坡角40～55°，坡度大，最淺埋深2.3 m。隧址區進口一帶山頂大部分基巖裸露倒懸，陡傾裂隙發育，洞頂風化層及堆積體較厚，處于基本穩定～欠穩定狀態。該隧道設計速度為100 km/h，雙洞6 車道，單洞限高5.0 m。

2 施工監控量測方案

2.1 監控量測目的

掌握圍巖和支護動態，進行日常施工管理；了解支護構件的作用及效果；了解洞內大埋深處地應力情況以確定巖爆、大變形發生的可能性和級別；確保隧道施工及運營安全與經濟；將監控量測結果反饋設計及施工中。

2.2 必測項目

2.2.1 洞內、外觀察

隧道洞內外觀察是整個隧道監控量測過程中的必測項目之一，目的是為了預測即將開挖處的地質條件，除此之外，隧道洞內外觀察可以通過噴層錨桿的狀態，分析支架結構組織的安全可靠性，并且可以獲取周邊圍巖的穩定性數據。隧道內、外觀察通常會選在隧道工程開挖后的這一時間點進行，其中觀察的重要內容有地下水發育、斷層、巖層產狀、洞內巖性等方面內容。實時記錄開挖工作面的相關地質情況，同時還要判定圍巖等級。除此之外，隧道洞內外觀察還要注意的是，已經開始施工的區域要進行至少一天一次的檢查與記錄，其中主要記錄地表、二次襯砌、錨桿、混凝土等方面內容。除此之外，隧道洞內外觀察時，尤其要格外重視洞深淺埋段、洞口段。

2.2.2 周邊位移量測

周邊位移量測也是隧道施工監控量測中一項非常重要的項目，其能夠直接反應隧道圍巖力狀態的變化。周邊位移量測可以實現3 個目的：①能夠對隧道空間內部的穩定性加以判斷；②能夠更好地對現場的施工加以指導；③能夠根據周邊位移量測結果，選擇合理的二次襯砌施工時間，并對圍巖的穩定性加以判斷。

2.2.3 拱頂下沉量測

拱頂下沉量測的主要目的是為了防止拱頂崩塌現象出現，進行拱頂下沉量測能夠保障工程的安全，確保施工的順利開展。除此之外，拱頂下沉量測可以評定圍巖穩定性，從而輔助施工指導，幫助判斷支護。在拱頂下沉量測中，常使用的儀器有鋼卷尺、精密水準儀[1]。在進行拱頂下沉量測時，首先要在拱頂測點和標準高程點之間安放好水準儀。在確保水準儀安放好以后，將水準尺的最低端與標準高程點對齊，然后將水準尺調為水平，利用水準儀后使水準尺記錄讀數H1，利用前視普通鋼卷尺記錄讀數H2。將標準高程點的高程記作H0，則拱頂測點的總高程等于3個數值之和，而在兩次不同測試間，間隔時間內的拱頂下沉變化量為拱頂高程差[2]。

2.2.4 地表下沉量測

往往淺埋隧道施工過程中可能會導致地表受到波及，這主要是地層沉陷所導致的。而地表下沉量測對于淺埋隧道施工有著非常重要的意義[3]。地表下沉量測通常有以下測量內容：地表下沉量大小、地表下沉范圍、地表下沉穩定時間、地表下沉量與工作面施工進度的變化規律。而在進行地表下沉量測時，會選擇與拱頂下沉量測相同的監測儀器。地表下沉量測時，會選擇測點，通常在測點數量上，會在橫斷面上布置不少于11 個測點；而測點間隔距離通常根據施工隧道的環境與地質條件進行選擇，通常測點距離最小不低于2 m，最大不超過5 m。在布置地表下沉量測測點時，也要與實際地形相結合進行布置，如果實際情況需要，還需要布置多排測點，須沿隧道軸線進行布置。除此之外還要重視預埋件的埋設，要確保預埋件能夠穩固的埋設起來，對預埋件還要制定一定的保護措施，例如噴紅漆、設立警示牌等。

在進行地表下沉量測時，首先要選擇水準點，在選擇水準點時，要選擇不會受到隧道施工進度影響的地方設立水準點。然后利用水準儀對其他各測點的高程進行測量。之后還要再選取額外的水準點，來進行測點高程的校核工作[4]。在進行量測時，需要注意以下事項：如果發現地表下沉速度不夠穩定，地表位移量較大等情況，要采取一定的措施。如加掛鋼筋網（選擇更加粗、更加湊密的鋼筋網）、加長加密錨桿、對噴射混凝土的厚度進行加厚、對下部結構采取一定的補強措施。

2.2.5 水文觀察

隧道洞身地表水體，需進行水文地質長期觀測，觀測隧道施工期間地表水體及地下水位變化情況。

2.3 選測項目

圍巖體內位移量測（地表設點）；圍巖內部變形量量測（洞內設點）；圍巖和初期支護間接觸壓力量測；兩層支護間壓力量測；鋼架內力及外力量測；錨桿軸力量測；支護、襯砌內應力量測；圍巖彈性波速量測；中間巖柱彈性波測試[5]。上述選測項目應結合隧道圍巖性質、開挖方式有選擇的進行：圍巖壓力、支護及襯砌應變等項目的量測頻率開始時應與同一斷面的變形量測率相同，當量測值變化不大時可適當降低量測頻率。

2.4 特殊項目

如果出現監測數據在可控范圍之外、出現異常數據，就要對監測進行復測，核實是否出現問題。提升監測頻率，對變形情況能夠實時的了解。除此之外還要將異常情況上報給施工單位、建設單位、設計單位、監理單位等，及時做好預警報告工作，分析可能導致問題出現的原因，第一時間采取與之相應的解決措施，處理存在的安全與質量問題。在進行處理時，監測數據是一個重要的參考，其能夠準確地反應當前階段的變形狀況，要充分利用監測數據，工作人員要結合檢測經驗，對現場施工進行指導。

3 隧道監測測點布置

監測點布置最好能反映監測對象的實際狀態及變化趨勢，應布置在結構內力或變形的關鍵特征點、周邊環境的關鍵部位，滿足監控要求。

3.1 圍護墻（邊坡）頂部水平和豎向位移監測點布置原則

對于布置位置，沿基坑周邊布置，周邊中部、陽角處應布置監測點。監測點宜設置在圍護墻頂或墓坑坡頂，且應設置在變形最大位置，不得設置在支撐位置。對于監測點間距不宜大于20 m，且每邊監測點數量不宜少于3 個。水平和豎向位移監測點應為共同點。

3.2 圍護墻（或土體）深層水平位移監測點布置原則

該項監測項目也稱測斜或側向變形。對于布置位置，基坑周邊中部、陽角處及有代表性的部位，且應設置在變形最大位置，不得設置在支撐位置；對于監測點間距：宜每3～4 幅地下連續墻中布設1 孔，特別重要的隧道基坑應每2 幅墻布設1 孔，且每邊監測點數量不應少于1 孔；對于測斜管長度，當測斜管埋設在圍護墻體內時，測斜管長度應與圍護墻鋼筋籠深度相同，并應采取有效措施保障測斜管的無效長度小于2 m；當測斜管埋設在土體中，測斜管長度不宜小于基坑開挖深度的1.5 倍，并應大于圍護墻的深度。

3.3 立柱豎向位移監測點布置原則

對于布置位置，基坑中部、多根支撐交匯點、地質條件復雜處等；對于監測點數量不應少于立柱總根數的5%。

3.4 支撐軸力監測點布置原則

對于布置位置，宜布置在支撐內力較大或在整個支撐系統中起控制作用的支撐上。對于監測截面，鋼筋混凝土支撐的監測截面宜選擇在兩支點間1/3 部位，并避開節點部位；鋼支撐若采用表面應變計監測時，宜布置在兩支點間的1/3 部位，若采用反力計監測時，應布置在支撐端頭，并嚴禁布設在支撐活絡頭一側。對于測點數量，每層（道）支撐的監測點不應少于3 個，各層（道）支撐的監測點位置在豎向上宜保持一致。另外，鋼筋混凝土支撐每個截面內傳感器不宜少于4 個，宜布設在鋼筋混凝土支撐斷面4 個角部的主筋，鋼支撐每個截面內不宜少于2 個。

4 實際應用情況

在該隧道右線工程項目中，按6 車道高速公路標準設計，該隧道基巖出露，隧址區進口一帶山頂大部分基巖裸露倒懸，陡傾裂隙發育，洞頂風化層及堆積體較厚，有局部巖性破碎層為主要不良地質。隧道內地下水有兩種類型，分別為基巖裂隙水和構造裂隙水，地下水位低于設計高程，沒有較大規模的涌水與滲水，且該區域地下水與地表水沒有腐蝕性，鋼筋混凝土不會受到地下水與地表水的腐蝕。在地表沉降方面，研究設置測點于隧道洞口淺埋區段，設置斷面3 個，每個斷面3 個測點，對邊坡以及地表穩定性進行測試。該隧道內地表沉降值已經穩定。在隧道周邊位移方面，該案例埋設測點于隧道圍巖中，對開挖后圍巖變形情況進行監測，一共7 個測試斷面，每個斷面6 個測點。該隧道內圍巖已經基本穩定。在隧道拱頂下沉方面，該隧道內一共設置16 個測試斷面，每個斷面3 個測點。該隧道內的拱頂下沉值隨著時間不斷增大，在挖掘過一段距離后，拱頂下沉速度逐漸平穩。

5 結束語

隨著新奧法在隧道施工中廣泛應用，施工監控量測與數據分析的作用日益突出。科學合理的監控量測以及在此基礎上的數據分析，可以比較直觀地判斷隧道圍巖的穩定性，更好地服務隧道施工，可為進一步研究隧道圍巖性質提供有力依據。結果表明，此淺埋隧道施工監控量測方案和隧道監測測點布置合理，有效確保該隧道工程的施工質量。