東馬場1#隧道監(jiān)控量測總結(jié)

潘寶志

上海同納建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司（200331）

1 概況

東馬場1#隧道為左右線分離式隧道，左線樁號(hào)ZK70+180～ZK75+278，全長共5098m。右線樁號(hào)K70+130～K75+335，全長5205m。左右幅共計(jì)為10303m。隧道最大埋深613m，穿越程海全新世活動(dòng)發(fā)震斷裂，受其影響較大，隧道區(qū)域內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力大，圍巖破碎軟弱，自穩(wěn)性差。

東馬場1#隧道變形段地質(zhì):進(jìn)口為侏羅系泥質(zhì)粉砂巖，裂隙發(fā)育，呈碎塊狀，片理化明顯，層間有明顯擦痕，自穩(wěn)性差，鑒定結(jié)果為絹云母泥巖。出口為泥盆系白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，出現(xiàn)結(jié)晶體、顆粒化、石墨化情況，裂隙發(fā)育，呈碎塊狀，軟弱夾層，自穩(wěn)性差，鑒定結(jié)果為泥質(zhì)板巖。受程海斷裂帶構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)烈作用，進(jìn)出口段均有不同程度的變質(zhì)作用影響。

馬場1#隧道為左右線分離式隧道，左線樁號(hào)ZK70+180～ZK75+278，全長共5098m。右線樁號(hào)K70+130～K75+335，全長5205m。左右幅共計(jì)為10303m。其中設(shè)計(jì)Ⅲ級(jí)圍巖3204m（占比31.1%），Ⅳ級(jí)圍巖3359m（占比32.6%），Ⅴ級(jí)圍巖3740m（占比36.3%）。隧道最大埋深613m，隧址區(qū)巖性復(fù)雜，主要地質(zhì)問題有全新世活動(dòng)的程海-賓川斷裂帶、軟巖大變形、極高地應(yīng)力、突泥涌水等，為華麗高速公路項(xiàng)目的控制性工程之一。

2 拱頂下沉測點(diǎn)布設(shè)及監(jiān)測方法

2.1 監(jiān)測目的

檢測目的是根據(jù)變形速度、變形連續(xù)性、變形總量及變形收斂情況:判斷圍巖的穩(wěn)定性；確定初期支護(hù)的安全性；確定施工方法的合理性。

對(duì)于拱頂沉降位移進(jìn)行測量，獲得數(shù)據(jù)能夠直觀了解斷面變形狀態(tài)等實(shí)際情況，以此來確定隧道拱頂是否穩(wěn)定。根據(jù)變形速率來判斷隧道圍巖的穩(wěn)定，能夠幫助施工人員尋求到更好的支護(hù)時(shí)機(jī)，從多個(gè)角度強(qiáng)化工程穩(wěn)定性，為施工人員創(chuàng)建和諧、安全的施工環(huán)境，從而更好地開展施工活動(dòng)，提高施工有效性。

2.2 監(jiān)測方法

對(duì)于工程中遇到的不良地質(zhì)、突水等，要立足于實(shí)際情況，充分考慮到停車、通道交叉地段等設(shè)置監(jiān)控測量斷面，在隧道拱頂部位設(shè)置3～5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，并計(jì)算好各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)之間的距離。通常來說，測點(diǎn)要在距離開挖面2m的位置設(shè)置，確保爆破后12 h以內(nèi)或者下次爆破前，測量出讀數(shù)。

目前，常用的測量方法為水準(zhǔn)抄平法。由于基準(zhǔn)點(diǎn)分別設(shè)置在洞內(nèi)外，視線長度在30m以內(nèi)，誤差控制在1mm以內(nèi)。如有必要，可以借助冗余觀測法來提高監(jiān)測精度，確保數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠，能夠更好地開展工作。

在使用臺(tái)階法時(shí)，水準(zhǔn)抄平測量拱頂極有可能出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，而上臺(tái)階無法設(shè)置測量站，導(dǎo)致臺(tái)階法無法有效發(fā)揮作用。對(duì)于此類情況，可以采用非接觸法開展工作，把鋼尺掛在預(yù)埋測點(diǎn)上，并掛好1kg的錘球，以此來讀取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程實(shí)際情況的了解和掌握[1]。工程施工現(xiàn)場復(fù)雜，對(duì)于人員無法到達(dá)的位置，可以采用高精度全站儀等設(shè)備輔助測量，提高測量精準(zhǔn)度。

2.3 測點(diǎn)布設(shè)

對(duì)于測點(diǎn)的布設(shè)（如圖1所示），要立足于實(shí)際情況，堅(jiān)持針對(duì)性原則。具體來說，在測點(diǎn)處要借助小型鉆機(jī)打孔，將膨脹螺絲打入孔內(nèi)，并借助扳手進(jìn)行擰緊處理，為后續(xù)測量提供幫助。對(duì)上下臺(tái)階開挖時(shí)，一般要設(shè)置三個(gè)測點(diǎn)，每個(gè)分別相距2m。針對(duì)三臺(tái)階法來說，下臺(tái)階開挖等要根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)增加監(jiān)測頻率，確保獲取的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

圖1 拱頂下沉測點(diǎn)布置圖

2.4 斷面布設(shè)

根據(jù)開挖方式及圍巖級(jí)別的不同，Ⅴ級(jí)圍巖應(yīng)在5～10m布置一個(gè)測量斷面，Ⅳ級(jí)圍應(yīng)不大于25 m布置一個(gè)測量斷面，III級(jí)圍巖應(yīng)不大于40m布置一個(gè)測量斷面，破碎帶段等不良地質(zhì)段及加寬帶段按5～10m布置一個(gè)測量斷面。具體布設(shè)斷面的間距參照設(shè)計(jì)文件關(guān)于監(jiān)控量測項(xiàng)目布置斷面里程和相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

3 周邊收斂測點(diǎn)布設(shè)及監(jiān)測方法

3.1 監(jiān)測目的

根據(jù)變形速度、變形連續(xù)性、變形總量及變形收斂情況，判斷圍巖的穩(wěn)定性；確定初期支護(hù)的安全性；確定施工方法的合理性。另外，隧道周邊位移是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化的最直接反映，測量周邊位移可為判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠的信息；根據(jù)變形速率判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度，為二次襯砌提供合理的支護(hù)時(shí)機(jī)；同時(shí)判斷初期支護(hù)設(shè)計(jì)與施工方法選取的合理性，用以指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工。

3.2 監(jiān)測方法

由于斷面分布范圍較大，多集中在側(cè)墻和拱頂位置，因此應(yīng)在這些位置多設(shè)置測量點(diǎn)，利用收斂計(jì)、全站儀對(duì)周圍實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)督和控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些位置的變化情況。測點(diǎn)間距最好控制在2 m左右，并確保爆破后12h以內(nèi)讀數(shù)，以此來確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

除此之外，還可以采用無尺量測技術(shù)。監(jiān)測人員可以利用高精度全站儀自由設(shè)站等方式，在隧道中靈活調(diào)整測量方式，對(duì)隧道變形情況進(jìn)行監(jiān)督和控制。與其他方式和方法不同，這種方法具有較強(qiáng)的靈活性，能夠有效抵御其他影響因素對(duì)施工的干擾，測量速度較快，效率高。在實(shí)踐中，可以將儀器設(shè)備架設(shè)在安全區(qū)進(jìn)行測量，減少并避免對(duì)量測監(jiān)測人員的傷害，監(jiān)測人員無須到達(dá)危險(xiǎn)區(qū)，便可以完成測量，實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)。

3.3 測點(diǎn)布設(shè)

在確定監(jiān)測的隧道斷面開挖后盡早進(jìn)行，對(duì)于兩車道隧道全斷面開挖時(shí)，每測量斷面設(shè)置1對(duì)測線。當(dāng)采用臺(tái)階開挖方式時(shí)，在拱腰和邊墻各布置一條水平測線。測樁埋深約15cm，鉆孔直徑約20 mm，用早強(qiáng)錨固劑錨固，測樁位置設(shè)置保護(hù)罩。臺(tái)階開挖中，應(yīng)隨開挖分次布置監(jiān)測測點(diǎn)，其測點(diǎn)布置原則同全斷面開挖。在隧道周邊位移測量中采用傳統(tǒng)測量（收斂計(jì)）或無尺測量技術(shù)（高精度全站儀）。

3.4 監(jiān)測儀器

使用高精度LEICATS09plus全站儀進(jìn)行量測（角度精度指標(biāo)0.5″、分辨率0.1″，1mm+1ppm的測距精度，分辨率0.1mm）。

3.5 斷面布設(shè)原則

根據(jù)開挖方式及圍巖級(jí)別的不同，Ⅴ級(jí)圍巖應(yīng)于5～10m布置一個(gè)量測斷面，Ⅳ級(jí)圍應(yīng)不大于25 m布置一個(gè)量測斷面，III級(jí)圍巖應(yīng)不大于40m布置一個(gè)量測斷面，破碎帶段等不良地質(zhì)段及加寬帶段按5～10m布置一個(gè)量測斷面[2]。

4 隧道監(jiān)控量測總結(jié)

1）整體變形情況:上臺(tái)階施工階段以沉降為主，線路右側(cè)G3點(diǎn)（靠山側(cè)）日均沉降60～80mm。左側(cè)G2點(diǎn)日均沉降50～80mm,局部滲水段日均沉降最大達(dá)200cm。上臺(tái)階BC日均收斂10～20mm，持續(xù)時(shí)長5d。中臺(tái)階施工至下臺(tái)階施工以收斂為主，中臺(tái)階DE（邊墻）日均收斂30～50mm，拱頂日均沉降20～40mm，持續(xù)時(shí)長7d。仰拱澆筑前，拱頂日均沉降10～20mm，周邊位移日均收斂20～40mm，持續(xù)時(shí)長8d。仰拱澆筑完成后，拱頂日均沉降5～10 mm，周邊位移日均收斂10～20mm，持續(xù)時(shí)長10d。同時(shí)開始出現(xiàn)初支噴射混凝土掉塊，拱頂鋼架局部斷裂，邊墻鋼架內(nèi)擠或折疊斷裂。二襯澆筑前初支變形仍有5～15mm變形。

2）變形速率高:東馬場1#隧道目前施工過程中最大變形速率達(dá)到249mm/d，最大收斂變形達(dá)到92.5mm/d。

3）持續(xù)時(shí)間長:隧道開挖后，圍巖應(yīng)力重分布需要一定時(shí)間，所以變形具有持續(xù)時(shí)間長、后期衰減慢的特點(diǎn)。東馬場1#隧道變形持續(xù)時(shí)間279d后仍在持續(xù)變形。

4）支護(hù)破壞形式多樣:圍巖具有各向異性，原始地應(yīng)力方向復(fù)雜，使得初期支護(hù)受力不均勻，破壞形式多樣。在高地應(yīng)力作用下，初期支護(hù)往往會(huì)發(fā)生混凝土噴混凝土開裂、剝落，型鋼拱架發(fā)生扭曲、變形等破壞現(xiàn)象。在二次襯砌施作以后，大變形也會(huì)使襯砌開裂，造成仰拱底鼓等現(xiàn)象。

根據(jù)監(jiān)控測量數(shù)據(jù)分析，隧道的累計(jì)位移值大于預(yù)留變形量，隧道的日均位移值大于2mm/d。東馬場1#隧道目前沉降值不可控，隧道存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。

5 結(jié)語

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，高速公路工程建設(shè)日新月異，工程規(guī)模大，覆蓋范圍廣，導(dǎo)致軟巖大變形隧道也隨之增加，對(duì)施工量測提出了更高的要求。因此要加強(qiáng)對(duì)監(jiān)控測量管理，及時(shí)引進(jìn)高新技術(shù)，收集各方面數(shù)據(jù)信息，真實(shí)反映出圍巖動(dòng)態(tài)，營造和諧、安全的施工環(huán)境，提高施工有效性，從而推動(dòng)本省經(jīng)濟(jì)發(fā)展。