溶洞路段的隧道結構安全監測手段研究

江河濱 覃梟雄

摘 要：金蘭2隧道為巖溶發育，以灰巖為主，且地表巖溶洼地及巖溶溝谷發育，屬于喀斯特地貌。隧道易發生突水、涌砂等地質災害。為了保障金蘭2號隧道能安全的運營，設計了一套在線監測系統，并成功應用，實現了對隧道結構的實時監測，為溶洞路段隧道安全運營提供了依據，以期通過此次研究可為類似項目提供參考。

關鍵詞：溶洞;隧道運營;在線安全監測

1 工程概況

金蘭2號隧道隧址區主要為灰巖，地表巖溶洼地及巖溶溝谷發育，屬于喀斯特地貌，根據施工開挖揭露情況，該隧道巖溶較發育。隧道左洞Z4K32+782～Z4K32+800存在一條長條形溶腔，該溶腔向左洞左側及上方發育，溶腔呈上大下小倒三角體型，內含有大量飽和粉細砂，治理飽和粉細砂是隧道工程的一項難題，難以徹底治理。在暴雨4 h～12 h后，排水系統被粉細砂堵塞，溶腔上部平臺填充物及水積累到一定體量后，有可能形成流態物質瞬間沖擊隧道結構，給運營中的隧道造成安全隱患。為實時監控該路段隧道結構安全，現提出安全監測系統。

2 安全監測系統組成

系統由傳感器子系統、數據采集子系統、數據傳輸子系統、數據庫子系統、數據處理與控制系統、安全評價和預警子系統，通過各個層相互協調，實現系統的各種功能。

3 數據采集、傳輸和處理

3.1 數據采集

現場主要為數字信號和模擬信號兩種信號模式，通過相應的采集進行信號采集。采集頻率可根據人工設置時間段進行采集。常規條件下每30 min采集一次。當發生意外情況或者數據超過一定限值時，可適當提高采集頻率，例如10 min采集一次或者5 min分鐘采集一次。

3.2 數據傳輸方式

現場傳感器所有數據通過無線方式傳輸到遠端服務器。隧道內采用無線網橋模式和有線方式將數據傳輸到洞外，隧道外再采用無線網絡進行信號傳輸，無線網絡通過成熟的GPRS/3G/4G網絡，通過靈活地控制設備的采集制度，進行遠程控制。直接通過無線傳輸模塊實現對現場設備數據的采集和控制，簡單方便。同時，也可實現遠程無線監控、短信報警、實時查看監測數據。此外。也可節省大量線材等成本費用。

3.3 數據處理

信號在采集前與采集后均可進行數據處理，數據處理有濾波、分析等以下功能：（1）信號實時顯示;（2）數據采集：隨機采樣、觸發采樣，多次觸發采樣，采樣時間和采樣數據長度自由設定，采樣時實時觀察波形變化，定時采樣;（3）數字濾波：低通，高通，帶通，帶阻濾波;（4）幅域統計：描述信號的幅域特征參數有最大值、最小值、平均值、有效值、均方值、方差、標準差等值;（5）時域、頻域分析：可對動態信號進行時域、頻域范圍的不同類型分析，可進行不同點數的FFT分析;（6）相關分析：可對各系統間信號的相關性進行分析。

4 監測結果

圖1、圖2為2019年1月7日至1月10日監測系統中應變計、水壓計監測到的金蘭2號隧道下行滲漏水異常位置的情況。

選取的2019年1月7日開始至1月10日數據表面，各采集點在暴雨后均能有效收集和分析數據，數據表明水壓計反應水壓力與暴雨降雨量和時間有直接關系，在暴雨后4 h～12 h達到峰值，隨后逐步降低，期間受地表水補給出現小范圍的振幅。二襯表面應變計反應二襯結構整體穩定，其他鋼筋計，傾角儀等數據均沒有明顯波動，說明雖然受到溶洞水壓力影響，但隧道整體結構穩定安全。通過水壓計數據，初步分析的隧道溶腔水流情況：一是襯砌背后積存的水已產生新的通道，從襯砌施工縫及預留泄水孔中排出，從而降低了襯砌背后的水壓力。二是部分監測點水壓力變化不大，位于Z4K32+788左側拱腳水平15°徑向斜向下3 m及Z4K32+790左側拱腳水平15°徑向斜向下2 m，說明該兩處位置襯砌背后水量一直比較大，且有可能排水系統已被淤堵。后續需密切關注監控系統及加強隧道排查。對滲水點位置進行擴孔、引排、清理。

5 總結

綜上所述，溶洞路段隧道由于溶腔上大下小的體型特征，以及溶腔內含有飽和粉細砂，導致隧道結構在暴雨后可能受到沖擊風險，因此，為確保隧道結構運營安全，根據隧道地質條件、設計情況，以及運營的實際情況設計合適的安全監測系統，對隧道結構進行實時監測、超前預報，促使溶洞段隧道安全運行。

參考文獻：

[1]馮國森.巨型溶洞穩定性監測與施工防護技術研究[J].施工技術，2019，48（17）：93-98.

[2]黃富禹，劉春，李哲.基于物聯網的地鐵隧道滲漏水安全監測研究現狀分析[J].科學技術創新，2020（33）：144-145.