汾石高速公路隧道施工測量技術要點分析

楊玄偉,申鐵軍

（1.山西路橋橋隧工程有限公司,山西 朔州 036000; 2.山西路橋建設集團有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

隧道測量工作正式開展前，制定詳細的隧道測量與量測專項實施方案和操作細則，上報監理工程師審查批準后方可實施[1]，在實施過程中，嚴格按照相關規范、規程和指南[2]。同時，根據監控量測資料，采用位移等級管理，同時參考位移時態曲線、位移速率施工管理等手段進行施工過程安全性評價并對隧道結構安全做出正確判斷[3]。

1 汾石高速公路東山隧道

1.1 隧道路線線型

東山隧道為山嶺土質和石質隧道，右洞長7 810.0 m，左洞長7 730.0 m。左右線的凈間距12.0～27.0 m，隧道洞內正常段路面橫坡：2.00%。隧道內存在大于3%的超高時，通過調整隧道內路面與起拱線相對位置滿足要求。

1.2 隧道設計參數

東山特長隧道，設計為左右線分離式。單洞總長15 540 m，Ⅲ級7 676 m，占比49.0%；Ⅳ級5 848 m，占比38.0%；Ⅴ級1 959 m，占比12.6%，明洞57 m。該隧道設斜井一處1 388 m，Ⅲ級980 m，占比70.6%；Ⅳ級298 m，占比21.5%；Ⅴ級110 m，占比7.9%，明洞18 m。見表1。隧道平縱及凈空斷面具體如下：

（1）平面設計。隧道行車道中線相距平面設計線5.250 m，與路線設計標高位置相距4.250 m[4]。

（2）縱斷面設計。根據線路縱斷面設計，隧道采用單面坡，上坡為小里程向大里程方向[5]。

縱坡坡度左線為+2.5%，右線為+2.0%。

（3）內輪廓設計。采用三心圓斷面，組成為：0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75；凈高：5.0 m。

2 隧道施工測量技術要點

2.1 施工測量

隧道的施工測量控制主要通過左、右線同時布設導線，通過行人橫通道或行車橫通道的連接線去組成閉合導線網[6]。

2.1.1 測量控制網等級

依據工程測量規范采用四等控制測量使隧道的貫通誤差不超標：150.0 mm 與70.0 mm 分別是橫向貫通限差與高程貫通限差。洞外的橫向貫通中誤差與洞內的橫向貫通中誤差分別控制在25.0 mm 和45.0 mm；洞外的高程貫通誤差與洞內的高程貫通誤差均控制在25.0 mm[7]。

2.1.2 測量實施要點

（1）洞外控制測量。對設計單位提供的平面控制網、高程控制網，施工前要組織測量技術人員復測，通過加密控制點，將曲線上的特征點、洞口投點納入施工的控制網，從而成為地面控制網的控制點，建立洞外的三維導線網[8]。

（2）洞內控制測量。采用分級布設的方法來布設洞內導線。當施工導線推進到一定的長度以后，選擇一部分施工導線點敷設成為主要的導線。為提高測量精度主要導線要布設成導線環以利校核[9]。

1）洞內導線測量。洞內導線一般邊長比較短，測站、目標均要嚴格對中，同時可采用兩次讀數、兩次照準方法，覘標置中、減弱儀器、照準讀數誤差。

2）洞內高程控制測量。采取等影響分配的原則，地面、地下控制測量對貫通誤差的影響為：貫通限差（公路隧道）是70.0 mm，洞內的高程貫通中誤差為25.0 mm。

a.洞內的水準點，為增加檢核條件須進行往返觀測和多次觀測；b.儀器到水準尺的距離如洞內通視條件差則不得超過50.0 m。

3）洞內中線測量。正式中線點在曲線段每隔70.0 m設1 點，其余直線段每隔200.0 m 設1 點；臨時中線點在曲線段每隔5.0 m 要設1 點，其余直線段每隔10.0 m要設1 點。用極坐標法進行中線的測量時，為提高精度和防止錯誤要以盤右盤左分中法測量中線位置。

2.2 測量操作原則及平差方法的選用

2.2.1 測量操作原則

（1）須遵守后局部先整體的程序。

（2）須審核測量原始數據準確性，計算工作、測量放線要同步校核。

2.2.2 選用平差方法

根據平面控制測量設計的精度要求和精度去選用相應平差方法。

高等級控制測量、低等級控制測量分別采用嚴密平差的方法進行平差和近似坐標平差的方法進行平差。

3 量測數據處理與傳輸

以汾石高速公路的核桃巖隧道為例，圍巖及襯砌統計見表2、表3。基于量測數據及時處理的重要性，根據量測數據的用途及信息反饋的緊急程度，通常會采取多種方式對數據進行及時傳輸和處理，主要采用的方法有網絡、電話、傳真、定時收集等。

表2 隧道右洞圍巖及襯砌統計表

表3 隧道左洞圍巖及襯砌統計表

3.1 項目氣候條件

境內年平均氣溫為10.2 ℃，極端最低氣溫為?22.6 ℃，極端最高氣溫為39.2 ℃。一年中1月最冷，月平均溫度為?6.0 ℃。7月最熱，月平均氣溫23.4 ℃。凍土日數在140 天以下，初日在11月上旬（立冬），終日在3月中旬（春分前）。最大凍土深度96 cm，一般出現在1—2月。年降雨量550 mm，雨季集中在6—9月份，霜凍期為9月下旬至次年4月下旬，無霜期180～190 天。

3.2 水文地質特征

該項目位于石樓和交口兩縣境內，屬溶蝕剝蝕中山區和黃土覆蓋中山區，地表土質疏松，在地表水的侵蝕剝蝕作用下，表現為黃土梁、沖溝、溝壑等地貌。東山特長隧道穿越東山國有林場，林區內植被豐富。

3.3 工程重、難點

（1）東山特長隧道快速施工。東山隧道分左、右線雙洞屬于特長隧道，是該項目的節點工程，隧道貫通時間早可以確保工期目標的實現，同時確保路面施工標段的連續性，是該工程的重點。

（2）斜井與正洞交叉口施工。斜井斷面與正洞斷面尺寸相近，交叉口處斷面大且應力集中，隨著挑頂工序的展開推進，應力不斷重新分布。施工過程中如工序不當，會存在變形、拱頂下沉、支護開裂、結構失穩等施工風險，是該工程的重點。

（3）隧道施工通風。施工通風是隧道施工的重要工序之一，特別是特長隧道施工且大斷面大坡度長斜井承擔主洞施工，通風更是制約隧道快速安全施工的重要因素，是該工程的難點之一。

（4）斜井及井底行車管理。斜井至井底承擔正洞任務后，在施工高峰期，投入主要設備4 臺挖機、6 臺裝載機、18 臺25 t 出碴車、8 臺10 立方混凝土罐車、6 臺農用車、1 臺通勤車。同時施工四個開挖面、四個二襯作業面和四個仰拱鋪底作業面，每日預計開挖21 m、二襯18 m3、仰拱或鋪底20 m。每日出碴量約2 100 m3，噴射混凝土約300 m3，二襯及仰拱混凝土約370 m3，需出碴約260 車，混凝土約90 車，農用車約30 車次，交通及指揮車約30車次，共計410 車次，約4 min 通過1 輛車，車流量大，是該工程的難點。

（5）斜井二襯施工。二襯需緊跟開挖掌子面自上而下施作。若采用6 m 二襯臺車，自重約70 t，混凝土67 m3約160 t，共計230 t。在不考慮動載情況下，模板臺車下行、定位、澆筑過程中，存在臺車下溜、傾倒等安全風險，對開挖掌子面、二襯施工面造成較大安全隱患，安全管理不可控，既是該工程的重點也是該工程的難點。

3.4 施工對策

（1）針對重點難點工程，采用三臂鑿巖臺車，制定專項施工方案，專項控制，施工前嚴格進行技術交底，確保施工質量、安全處于可控狀態。

（2）加強隧道的監控量測和圍巖的變形量測，做好各項工序的銜接安排，以縮短工期。及時掌握圍巖和支護在施工過程中的穩定程度，保障施工安全。與設計院溝通，加強開挖支護措施，加大對掌子面的穩固，減少對卵石層的擾動。

（3）從施工安排上擠時間，爭取及早進洞，抓緊施工準備，積極與當地政府及相關林場協調，一旦條件具備立即開始隧道施工。

4 隧道及地下工程施工智能化監測與信息管理系統

采用隧道及地下工程智能化監測與信息管理系統。此系統是隧道與地下工程施工智能化監測與信息管理系統，系統基于云平臺、人工智能、物聯網技術開發，涵蓋隧道及地下工程施工期監控量測、地質預報、質量檢查和周邊建筑物監測業務，投入該系統，可提升監管水平、規范現場工作、提高工作效率。系統充分結合規范要求和行業需求，設計了以云數據庫為中樞實現不同終端類型、多個終端用戶進行實時數據同步的系統架構。系統由App 智能采集端、App 遠程管理端、Web 智能管理端和后臺數據分析系統3 部分組成。“兩端四通道”使系統具備業務全覆蓋、流程全參與、高時效性、高系統性的特點。系統進行多源數據智能采集，App 智能采集端可實現現場施工進度、監控量測、超前地質預報和質量檢查的信息采集，包括數據、照片、視頻、素描等種類信息，同時實現對應關聯存儲，也把更多復雜的采集參數做到更多的點選操作，提高便捷程度，如掌子面地質描述，通過便捷的點選式操作大大提升了現場數據記錄效率；通過數據庫既有數據的整合分析，實現對大部分內容的自動化填寫，如通過當天的施工進度自動計算監測位置與掌子面距離并自動填寫當次量測值與第一次差值等內容；每次填寫后實現智能判斷是否觸發預警條件以及進行提示和記錄推送。

5 結束語

測量操作須遵守后局部先整體的程序并且要審核測量原始數據的準確性，測量放線要同步校核計算工作。隧道測量數據盡可能在現場整理分析，每次應在2 h 內，量測結束后進行資料整理并盡快提交設計、業主、監理、施工單位，以此合理安排施工進度并及時調整支護參數。