隧道施工中监控量测及应用探讨

周洪剑

摘要：文章结合高速公路工程隧道施工中的监控量测实例，就隧道围岩现场监控量测方法和对量测数据的处理和分析进行了阐述，通过对量测结果的等级管理，指导施工应用。

关键词：隧道工程；监控量测；数据分析

中图分类号：U45 文献标识码：A

文章编号：1674-1145（2009）12-0151-02

高速公路隧道建设中新奥法施工已普遍地应用。而监控量测则是新奥法中不可缺少的重要组成部分，通过监控量测来决定围岩和支护结构的承载—变形—时间特性。并用监测结果修改初步设计，指导施工，确保施工安全。

一、工程简介

某隧道为单洞三车道分离式隧道，隧道左右洞进口均位于R=1500 m曲线上，左右洞出口均位于R=1480m曲线上。右洞长704m；左洞长685m。设计行车时速100km/h。隧道建筑界限:行车道宽度为3m×3.75m，左侧向宽度为0.5m，右侧向宽度为1.0m，左侧设检修道宽0.75m，右侧设检修道宽1.0m，净高5.0m。行人横洞净宽2.0m，净高2.5m，行车横洞净宽4.5m，净高5.0m，衬砌结构为“复合式”。洞身围岩级别以IV级为主，节理裂隙发育，围岩较破碎，自稳能力差，侧壁及拱顶易产生坍塌、掉块，不利施工。

二、监控量测的目的和意义

高岭隧道洞身围岩级别以IV级为主，节理裂隙发育，围岩较破碎，自稳能力差，侧壁及拱顶易产生坍塌、掉块，不利施工。通过对监控量测数据的分析，为修改设计提供数据、为调整施工方法提供依据，指导现场施工，确保隧道施工的安全。掌握围岩动态，了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布，对围岩稳定性做出评价，确定合理的二次衬砌施工时间。

三、监控量测项目和主要内容

（一）现场监控量测项目及方法

根据高岭隧道围岩类别，确定隧道现场监控量测项目（必测项目）及方法有：

1．地质和支护状况观察。岩性，掌子面结构面产状及支护裂缝和变形观察或描述，地质罗盘及规尺等。开挖后及初期支护后进行断面布置。量测间隔时间为每次爆破后。

2．周边位移、拱顶下沉。收敛计，水平仪及水平尺。断面布置见图1。量测间隔时间为:1～15d，1～2次/d；16d～1个月，1次/2d；1～3个月，1次/周；3个月以后，2次/月。

3．地表下沉。水平仪及水平尺。主要布设在V、IV级围岩及浅埋偏压地段，共22个断面，见图2。量测间隔时间为:开挖面距量测断面小于2B时，1～2次/d；开挖面距量测断面小于5B时，1次/2d；开挖面距量测断面大于5B时，1次/周。B为隧道开挖宽度。

4．锚杆抗拔力。锚杆测力计及拉拔器。每10 m一个断面，每个断面不小于3根。

（二）施工监测流程

施工监测流程见图3。

（三）开挖工作面的观察

在每个开挖面进行，开挖后立即进行地质调查，绘出地质素描图。开挖后立即进行工程地质及水文地质、岩层结构面产状、节理裂隙发育程度及其方向、开挖面的稳定状态、涌水情况、是否有底板隆起等的观察；对于已初期支护地段，加强对围岩动态情况的观察：锚杆的受力变形情况、喷射混凝土是否发生裂隙和剥离现象、拱架是否受压变形等。

（四）周边水平位移、拱顶下沉量测

测点布置：初期支护施做后，用风钻凿<40mm、深200mm的孔，用1∶1砂浆填满再插入测点固定杆，待砂浆凝固后即可进行量测工作。拱顶下沉量测测点用风钻打眼埋设好固定杆，并在外露杆头设挂钩。测点大小适中，如过小测量时不容易找到；如过大爆破时容易打烂。支护结构施工时要注意保护观测点，一旦发现测点被埋或损毁，要尽快重新设置，保证量测数据不中断。

（五）地表下沉量测

每个断面埋设7个测点，在隧道正上方埋设3个测点。采用精密水平仪和水准尺测取读数，进行数据对比，掌握地表沉陷的变化规律，为洞身开挖支护及早提出指导意见，及时采取相应措施，防止地面过量沉陷。

（六）量测频率及变形管理等级

量测频率：洞内观测分为开挖工作面观测和初期支护状态观测2部分。开挖观测应在每次开挖后进行，地质情况基本稳定无变化时，可每天进行1次。对初期支护的观测也应每天至少进行1次。开挖观测应在每次开挖净空水平收敛和拱顶下沉量测采用相同的量测频率，量测频率见隧道现场监控量测项目及方法中所述内容。

注：相对位移值系指实测位移与两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比。脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。

注：μn为最大位移值，μn的确定考虑围岩类别、隧道埋置深度等因素并结合现场条件选择。μ0为实测位移值。

四、量测数据的处理与反馈

及时对现场量测数据绘制时态曲线和空间关系曲线。图5、图6是对隧道左洞出口仰坡地表下沉观测所绘制的时态曲线图。

从图中可以看出，在开挖初期2007-02-27～2007-03-07地表下沉比较大，曲线呈直线上升状态；之后2007-03-08～2007-03-24曲线趋于平稳，速率图上表现曲线贴近横轴，在2007-03-25～2007-04-05曲线出现反弯，表明围岩和支护已呈不稳定状态。实际施工中，此时掌子面上半部为强风化凝灰熔岩中间夹杂黄土，下半部微弱风化凝灰熔岩，需爆破。2007-03-26爆破后，发现仰坡有微小裂缝，之后几天内地表下沉、拱顶下沉明显，于2007-04-06停工，对仰坡进行打长锚杆，挂网喷浆处理。图7、图8是一组对较稳定围岩观测后，绘制的时态曲线图。

图中曲线，开始阶段变化比较大，之后逐渐趋于平稳，在围岩收敛曲线上表现亦是如此，锚杆抗拔力满足设计要求，在此就不再浪费篇幅。图7、图8说明围岩较稳定。

二次衬砌施工需满足下列要求:各测试项目的位移速率明显收敛、围岩基本稳定；已产生的各项位移已达到预计总位移量的80%～90%；周边位移速率小于0.1～0.2 mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07～0.15 mm/d。2007-10-15隧道右洞各项监测数据都已稳定，开始进行隧道二次衬砌施工。

五、结语

由于隧道工程的特殊性、复杂性和隧道围岩的不确定性，对隧道围岩及支护结构进行监控量测是保证隧道工程质量、安全必不可少的手段。因此对隧道监控量测及其数据的整理分析及应用应做好以下几点：

1．监控量测内容的选择，量测断面位置选择和量测测点的布置。

2．监控量测数据的采集和施工状态变化情况紧密结合，分析数据变化和施工状态的关系。

3．量测数据的应用，量测数据变化的准确分析和判断，量测信息的及时反馈，指导设计、施工和修改支护参数。

4．通过监控量测保证隧道安全，预防隧道坍塌。

参考文献

[1]陈鉴光，宁忠贤，曾宪营．雪峰山隧道监控量测中的锚杆轴力评测[J]．中南公路工程，2006，31（1）．