華鎣山隧道監測方法及技術要求分析

黃崇剛

（四川振通檢測股份有限公司，四川 綿陽 621000）

0 引言

隧道施工屬于工程建設中較為隱蔽且具有危險性的一部分施工內容，隧道工程施工時，地下開挖、爆破對周邊環境會產生較大影響，不同的地層結構出現塌陷的風險也不同。因此，在隧道施工中需要做好地質勘查和隧道監測工作，以便全面了解工程地質和水文情況，為隧道施工方案的制訂和施工活動的開展提供參考，并提前有效防范施工風險，最大程度地降低隧道施工造成的影響，降低地質災害發生的概率，全面保障隧道工程施工安全。

1 華鎣山隧道工程概況

華鎣山隧道進出口分別位于華鎣市雙河社區和鄰水縣境內，洞身段穿越紅巖鄉瓦店村和華鎣山風景區核心景區，進出口和洞身段均公路通達，交通較方便。華鎣山隧道為雙洞公路隧道，隧道長約6.5km，建筑限界為（寬）9.75m×（高）5m，最大埋深約880m，設人字坡，通風方式為機械通風，照明方式為燈光照明。隧道K7+655 設置一座通風豎井，豎井約400m。該項目劃分2 個施工標段，第1 合同段起止點里程為：K0+000—K8+860（含短鏈：10.371m），全長8.850km；第2 合同段起止點里程為：K8+860—K15+538.275（含長鏈：39.226m），路線全長6.718km。隧道布置人行橫通道15 處、車行橫通道9 處，洞內交通轉換帶1 處，以便左右隧道洞內的聯系與發生事故時的救援和逃生。

2 華鎣山隧道監測基本情況

2.1 監測內容

根據該項目的特點、技術難度、工作量，現場量測必測項目包括地表下沉、周邊位移、拱頂下沉與洞內、外觀察。文章主要對必測項目展開探討，詳細介紹具體的監測方法和技術要求。第一，地表下沉。根據相關設計規定，洞口段、淺埋段圍巖中覆蓋層厚度小于50m 的隧道，或者隧道洞口淺埋地段，工作人員應進行地表沉降觀測，觀測隧道通過地段的地表下沉量和下沉關系。地表有建筑物時還需觀測建筑物下沉變形情況，同時了解隧道開挖掘進與地表下沉的動態關系。第二，周邊位移。工作人員需根據變形速率及量值判斷圍巖的穩定程度，選擇適當的二次襯砌支護時機，指導現場施工。第三，拱頂下沉。工作人員需根據量測數據確定圍巖的穩定性，判斷支護效果，指導施工工序預防坍塌，保證隧道施工安全。第四，洞內、外觀察。工作人員需觀測開挖面前方的地質條件，為判斷圍巖、隧道的穩定性提供地質依據，并根據噴層表面狀態及錨桿的工作狀態，分析支護的可靠程度。

2.2 監測目的

工作人員需先了解隧道工程建設期間對周圍環境的影響，評估施工過程中的安全性，以便對施工進行安全監管指導，促使隧道施工順利進行。如評估支護參數和施工方法的準確性，確定二次襯砌合理的施作時間，確保施工安全及結構的長期穩定性等。通過密切而合理的監測，得出可靠的監測結果，以便了解設計的合理性、施工方案的可行性，為當前工程以及后續類似工程提供參考。

2.3 監測數量

工作人員需根據有關施工技術規范，結合該工程的監測要求，布設洞內圍巖周邊位移和拱頂下沉監測點，見表1。地表下沉共布置4 個斷面。拱頂下沉、周邊收斂監測斷面間距：Ⅱ級圍巖每50m 布點，共16 個斷面；Ⅲ級圍巖每30m 布點，共262 個斷面；Ⅳ級圍巖每20m 布點，共160 個斷面；Ⅴ級圍巖每10m 布點，共363 個斷面。

表1 周邊位移和拱頂下沉測點布設間距表

3 華鎣山隧道監測方法及技術要求

3.1 監測內容和方法

3.1.1 洞內、外觀察

洞內、外觀察是由觀測小組在巡查過程中，以肉眼和簡單的工具作為輔助，對待監測面進行觀察，并以相機等攝錄設備進行記錄。洞內觀察可分為開挖工作面觀察和已施工區段觀察兩部分。需通過洞內掌子面觀察圍巖地層情況、地質描述及完整性，其中包括附近的圍巖穩定性、有無松動巖石、地下水情況、施工進度情況、支護結構變形與穩定情況（噴射混凝土、錨桿、鋼架）、襯砌及其他混凝土結構的變形、裂縫及其變化。洞外觀察需觀察洞外的地表情況、地表沉陷、邊坡的穩定、地表水滲透、氣溫、降雨等環境因素及隧道沿線附近建（構）筑物的穩定性情況。

3.1.2 地表沉降監測

該工程地表沉降監測工作應在隧道尚未開挖前著手進行，以便在隧道開挖過程中可以及時了解和掌握隧道淺埋段上方地層的沉降量與變化規律，降低開挖施工對周圍環境的影響。鑒于圍巖的狀態與地表沉降存在一定聯系，也可借助地表沉降觀測值來推斷圍巖的變形情況、穩定情況，評估其施工風險。

根據有關設計規定，結合該工程的隧道設計情況和地質情況，需要科學埋設地表沉降觀測點，保障埋設點牢固可靠，且方便觀測。如水準基點需埋設在沉降影響范圍以外的穩定區域，埋設方法可參見圖1。

圖1 基點埋設方法示意圖（單位：cm）

觀測時主要使用全站儀，利用該設備在基點和附近水準點聯測，在反復兩次觀測后，將有效的高程數據取平均值作為初始高程。以便比較分析與后續隧道開挖過程中的沉降觀測值。在完成地表沉降觀測后，進行數據整理分析，為施工單位提供參考依據。

3.1.3 周邊收斂監測

作為必測項目之一，周邊收斂監測工作主要是進行位移量測，為更直觀地了解斷面收斂狀態，進而判斷圍巖穩定性，控制圍巖的動態變化。監測點的布設需按照規范及設計要求來執行，點位需在監測項目同一個里程范圍內，監測點必須做好標記和固定。在支護噴錨完成后，需及時埋設測點，定位打孔，打入鋼筋，將5cm×5cm 鐵板焊接在嵌入圍巖的測點2cm 鋼筋上。測點埋設好后，需要做好標記以警示和保護，防止測點被破壞，進而影響監測結果的準確性。主要監測設備為全站儀，監測時每個測點測3 次，并取平均值作為監測結果，以供現場的相關技術和監理人員查閱。

3.1.4 拱頂下沉監測

拱頂下沉監測作為另外一個必測項目，主要是保障隧道施工過程中的安全性，避免圍巖失穩而出現坍塌事故，造成嚴重的人員傷亡和設備損失。布置拱頂下沉監測點時，需利用電鉆來鉆孔打點，鉆孔深度不得小于20cm。鉆好孔后，將φ20 鋼筋作為觀測標插入鉆孔，鋼筋端頭焊接5cm×5cm 鐵板，觀測標禁止與鋼拱架及鋼筋網片焊接固定，并在鐵板上貼反光膜片，確保洞內觀測標反射片均面向洞口。觀測標埋設時要注重自我防護，在觀測標周圍噴涂紅色油漆作為標記和警示，提醒其他施工人員在活動過程中不可碰撞到觀測標。同時，安排專人進行保護和維護，禁止在埋設好的觀測標上懸掛其他重物，避免觀測標移位或受損。在初支混凝土噴射施工前，需要對觀測標進行覆蓋保護，噴射完成后，去除塑料袋、膠帶等保護材料，并及時粘貼反射片。在現場巡查過程中，若發現監測標被破壞，應及時補救，重新埋設。清理干凈觀測標反射片上的渣土和灰塵，確保能正常采集監測數據。拱頂下沉監測方式與周邊收斂觀測基本相同，都是利用全站儀進行反復觀測，監測點初測不小于2 次，取其高程平均值作為各監測點的初始值。之后進行各次觀測取得各監測點的各次觀測高程值，最后通過計算得到各監測點的該次沉降值和累計沉降值。

3.2 監測技術要求

3.2.1 監測點的相關要求

一是監測點布設時間：必測項目的監測點都需要在隧道開挖前布設。二是監測點布設位置：要嚴格參照公路隧道工程相關技術規范實行，如地表沉降測點、拱頂下沉監測點必須在一個里程的同一斷面內。三是要嚴格控制相鄰測點間距，如地表沉降的縱向監測點點距通常按照表2 來設置，而地表沉降測點橫向間距為2～5m，中間稍密，兩側稍稀。地表沉降量測頻率應和周邊位移和拱頂下沉的量測頻率相同。地表有控制性建筑物時，應當加寬量測范圍。周邊收斂及拱頂下沉監測點則需要根據隧道開挖方法來確定，全斷面法開挖應布設一條水平測線，臺階法、單側壁導坑法等分部開挖法應在每個分部布設一條水平測線。需確保周邊位移和拱頂下沉測點間距符合有關規范要求，并根據圍巖級別確定具體的斷面間距。如Ⅱ級圍巖斷面間距為50～100m，Ⅲ級圍巖斷面間距為20～50m；圍巖級別越高，斷面間距范圍越??；最后到Ⅴ級圍巖時，斷面間距為5～10m。

表2 地表沉降監測點縱向間距要求

3.2.2 監測頻率要求

對于不同的監測項目，所遵循的監測頻率各不相同，并且需要結合實際的施工情況來調整監測頻率。對于周邊收斂和拱頂下沉監測來說，可以依據表3、4來控制監測頻率，在以此進行監測頻率控制時，若兩者出現重復，要按照更高的監測頻率來實施監測。另外，施工中如有特殊情況，應結合實際增加監測頻次。

表3 量測頻率表（按位移速度）

表4 量測頻率表（按距開挖面距離）

3.2.3 監測控制基準要求

控制基準是對隧道施工的安全性和造成的影響進行客觀評價的重要基準。因此，需要結合具體監測內容、實際工程情況、周圍環境、隧道結構的長期穩定性等多方面的因素綜合分析確定，如位移控制基準可結合該隧道工程的監測情況相關設計規范等，在初期支護封閉或落底前確定不同位移允許值。由此可根據位移基準、位移速率了解施工時的圍巖變化情況，如當位移急速增加，且超過允許值時，說明圍巖此時不夠穩定，隧道開挖施工較為危險，需要暫停施工，及時進行加固；當位移速率保持不變時，說明位移在持續性規律變化，但是圍巖不穩定，需加強監測并做好加固準備；當圍巖位移速率不斷下降，說明圍巖處于穩定狀態，可正常施工。

3.2.4 監測數據分析要求

一般每個監測項目都會進行多組觀測，在測得一組數據后，首先，要對該數據進行校核，確認數據無誤后才能作為后續的計算分析數據，否則要舍棄，重新補測。其次，在進行數據分析時，一是對每天每組監測到的數據進行分析整理，以便發現數據異常，根據監測數據了解施工情況，及時發現安全隱患，將監測結果提交給上級和監理人員，及時通知施工、監理單位監測到的異常，以便及時采取防治措施。二是分階段進行數據分析，按照星期、月的周期，匯總分析監測數據，了解數據的變化規律，以便進行科學預測，進而調整監測方案。同時，施工單位和監理單位可以結合各時期的數據分析結果，對工程安全性進行評價，進而與設計、建設和監理單位商議進行工程設計變更，調整設計參數，如調整開挖方法、調整初期支護強度和剛度。采取針對性的技術措施，如進行地層預處理、超前支護，對圍巖與支護結構間回填注漿，確保后續施工安全順利進行。最后，在進行數據分析時，還要注重處理數據誤差，并整理得出清晰直觀的數據表格或曲線圖?？蛇x擇回歸曲線，預測最終值，并與控制基準進行比較，以便可以為施工技術和管理人員提供更為直觀的依據。

3.2.5 監測結果提交要求

監測結果服務于監理和建設等監管單位，也服務于施工單位。在施工過程中，對于所監測的各項結果，無論好壞，都要及時上報，確保項目業主、監理單位、施工單位，都能及時獲得完整的監測結果。上報內容包括具體的監測范圍、監測方法、監測結果和監測過程中采取的各項措施等。在提交監測結果時，要結合監測結果提出意見和建議，每天的監測工作結束后，要整理分析當天的監測數據，及時上報發現的問題，并附帶處理意見，申請回復與審批，以便能及時解決隧道施工安全問題。最后，監測工作全部完成后，應在15d 內提交完整的總報告，包括所有的原始數據資料、成果資料和電子文檔，所有的監測方案和監測結果應該整理歸納存檔。

4 結語

總之，各類交通工程建設時，難免要涉及隧道施工部分。而修建隧道時，由于施工環境特殊，為全面掌控施工過程，有效降低隧道開挖施工造成的不利影響。需要通過科學的監測技術手段，在施工前埋設好監測點，采用精密的監測儀器，對地表沉降、周邊收斂、拱頂沉降等項目進行監測。通過對監測數據的整理分析了解圍巖穩定性，支護結構可靠性，隨時掌握隧道洞內外環境在施工過程中的變化情況，進而可以根據上述分析完善施工方案，制定更為及時、有效的處理措施，以正確指導隧道施工，降低施工風險，保障隧道施工全程的安全。