浅谈隧道监控量测

张文红

摘要：在忻保高速公路TS2(L14)合同段芦芽山隧道施工过程中，该项目部认真进行隧道量控监测，并进行了大量的总结工作。文章主要从量测方法、目的、管理基准、地质超前预报和组织机构等几方面阐述了隧道在施工中怎样做好量测监控工作。

关键词：隧道；监控；量测

中图分类号：U452.1⁺3文献标识码：A文章编号：1000-8136(2009)35-0068-03

芦芽山特长隧道(忻保高速公路TS2(L14)合同段)，左线起讫桩号LZK85+805～LZK87+000，全长1 195 m；右线起讫桩号K85+757～K87+000。全长1243 m；单洞总长2 438 m。隧道净高7.03m，净宽10.86m，进口为削竹式。衬砌类型有MD(明洞)35m；QM5(V级浅埋)128 m；SM5(V级深埋)485 m；SM4(Ⅳ级深埋)1 020m；SM3(Ⅲ级深埋)690m；JJ4(紧急停车带Ⅳ级)80m。

1工程地质

(1)隧道地层主要有第四系上更新统和寒武系上统、中统张夏组、徐庄组。表层岩性主要为碎石土、块石土等，下层岩性主要以灰岩、白云质灰岩、白云岩为主。

(2)断层：在分水岭一带形成了区域性断裂构造，断层性质为逆断层，与路线大角度交于路线ZK86+740和YK86+660两处。

(3)地震：基本烈度Ⅶ-Ⅷ度区。

2水文情况

隧道区址地表水主要为大气降水，地下水为碳酸盐类裂隙岩溶水，含水介质为岩溶、构造、节理裂隙，直接接受大气降水的渗透补给，径流受构造、节理裂隙的发育方向控制，在隧道中线沿线有泉水涌出，流量不大。

根据芦芽山隧道勘探结果，芦芽山隧道富水性较弱，地下水数量较弱，透水性强。

3围岩监控量测的目的

隧道现场监控量测，包括隧道施工阶段与营运阶段的监控量测。控制量测的主要目的是：检查隧道施工阶段或竣工验收后的隧道中线和净空断面的位置与尺寸是否符合设计要求；监控量测解决的问题是在隧道施工阶段，使用全站仪、水平仪、收敛仪等对围岩变化情况(如地表下沉、拱顶下沉、周边位移等)及支护结构的工作状态进行量测，及时提供围岩稳定程度和支护结构可靠性的安全信息，预见事故和险情，作为调整和修改支护设计的依据，并在复合式衬砌中，依据测量结果确定二衬施工的时间，以达到监控隧道围岩的支护结构的变位预应力不超过设计标准。通过现场测量获得围岩力学动态和支护状态的有关数据，再通过对这些数据的数理和力学分析来判断围岩和支护结构体系的稳定性及工作状态，从而选择和修正支护参数以及指导施工。

4成立围岩监控量测小组

该标段承建TS2(L14)合同段的芦芽山隧道，在接到施工图纸后，认真会审图纸，了解围岩类别，围岩走向、水文、地质情况，并对主要技术人员进行了技术交底，同时项目部组织成立了围岩量测小组。

5隧道围岩监控量测的方法和选项

该项目部根据施工围岩类别分类和现场围岩监控量测围岩条件、隧道工程规模、支护类型和施工方法等来选择了测试项目。现场监控量测项目分为必测项目(A类量测)和选择项目(B类量测)两大类。

6隧道现场监控量测项目及量测方法

隧道以地质超前预报、地质及支护状态观察、周边位移、拱顶下沉和仰拱隆起为应测项目，根据地质情况的不同，在隧道浅埋V级及浅埋Ⅳ级围岩段地表下沉应作必测项目。施工初期阶段位移及下沉量大或地质变化显著时，量测断面间距可取较小值。应适当增加量测频率。

6.1地质及支护状态观察

隧道洞内、洞外观察：隧道洞内观察分开挖工作面观察和已施工区段观察两部分，开挖工作面观察在每次开挖后进行，内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、涌水情况及底板是否隆起等。

洞外观察包括洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰拱的稳定、地表水渗透的观察。

6.2净空水平收敛量测及拱项下沉量测

测点布设：净空水平收敛量测及拱项下沉量测在同一断面进行，拱顶下沉及周边收敛量测。

6.3地表下沉量测

地表下沉量测仅在隧道浅埋V级及浅埋Ⅳ级地段进行，其测点的布置与拱顶下沉及周边收敛测量的测点在同一断面内，地表下沉量测在开挖面前方(h+8)m处开始(h为隧道埋深)，直到开挖面后方40—65 m下沉基本停止时为止。其量测频率原则上采用1次/日一2次/日的频率。

6.4监控量测项目的管理基准

采用《公路隧道喷锚构筑法技术规则》的三级监测管理并配合位移速率作为监测管理基准。即将允许值的2／3作为警告值，允许值的1/3作为基准值，将警告值和允许值之间称为警告范围，实测值落在此范围，应提出警告，说明需商讨和采取施工对策，预防最终位移值超限，警告值和基准值之间称为注意范围，实测值落在基准值以下，说明围岩是稳定的。

现场监测时。可根据监测结果所处的管理阶段来选择监测频率：一般Ⅲ级管理阶段监测频率可放宽些；Ⅱ级管理阶段则注意加密监测次数；I级管理阶段则应加强监测，通常监测频率为1次，天一2次，天或更多。

6.5量测数据的处理及应用

根据现场量测数据利用计算机Exel统计绘图功能，绘制位移一时间曲线或散点图，在位移——时间曲线趋平缓时应进行回归分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律。当最终收敛值大于允许收敛值的80％且无明显减缓趋势，或当位移——时间曲线出现反弯点，即位移出现反常的急骤增加现象，表明围岩和支护已呈不稳定状态。应及时加强支护，必要时应停止掘进，采取必要的安全措施。

根据位移变化速率判断围岩稳定状况，当变化速率大于10mm/天～20 mm/天时，需加强支护系统；当变化速率小于0.2mm／天时，认为围岩达到基本稳定。

衬砌(混凝土)施作时间，选择在各测试项目显示位移速度明显减缓并已基本稳定。其判断标准为：各项位移已达到预计位移量的80—90％(预计位移量可通过回归分析得到)，位移速度小于0.15 mm／天；在膨胀性围岩和地应力大的围岩中初期支护变亿时间长，必要时，可提前施作衬砌混凝土。

测量过程中如发现异常现象或与设计不符时，及时提出，以便修改支护参数。

测点埋设情况和量测资料纳入竣工文件，以备运营中查考或继续观察。

6.6锚杆轴力量测

锚杆轴力量测每1％做一个断面进行测试，每个断面不少于3根。

7争空位移、拱顶下沉的测点间距

拱顶下沉、周边位移量测，测点应布设在同一断面，其测试断面间距与隧道长度、围岩条件、施工方法等多种因素有关。

隧道开挖坑道周边相对位移的量测(基)线的布设方法和要求，一般可与周边位移测点共用，既节省安设测点工作量。又可

减少量测点，并使测点统一，测试结果能互相校验。

8量测频率和量测时间

净空变化量测和拱顶下沉量测得量测频率，主要根据位移速率和测点距开挖面的距离而定。埋设初期测试频率每天1～2次观测，根据围岩稳定情况，量测可以减少，当出现围岩不稳定征兆时，应增加量测次数。

9量测数据和曲线

现场量测数据处理，及时绘制位移——时间曲线图。当位移——时间关系区于平缓时，应进行数据处理和分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律，指导施工。

10超前地质预报

为把握准确完整的第一手资料，正确指导施工，遇重大工程地质问题时开展综合超前预报工作。

(1)综合超前地质预报工艺流程。综合超前地质预报纳人隧道施工工序，其工艺流程见图1超前地质预报工艺流程图。

(2)地质素描，随开挖及时进行，地层岩性变化点、构造发育部位、地下水发育带附近每开挖循环进行一次素描，其他地段每10m～20m进行一次素描，以便随时掌握开挖地质情况。

(3)TSP202一次可以预报100 m～300 m，考虑溶岩地区易发生灾害性地质，预报频率一般地段120m/次～150m/次，复杂地段增加预报频率，为100m／次～120m/次。

(4)红外探测，原则上可以定性预报掌子面前方30 m范围内有无地下水，因其体积小、操作方便、数据直观、不占用施工时间，可以20m～25m预报1次，以增加对比分析。

(5)超前地质钻探，根据地质素描、红外探测、TSP202超前地质预报结合区域地质资料初步综合分析，考虑到该隧道节理发育的特点和严重程度，每循环可钻1-3孔。超前钻孔原则上应连续重叠式进行。重叠长度5 m～8 m，做安全储备及止浆岩盘。每开挖循环在掌子面均匀布设5-8个5m一8m加长钻孔是可溶岩地区较好的预报手段。

(6)地质综合判析。地质综合判断分析是综合地质预报方法的中枢，它对以上所采用的各种预报手段获得的资料进行归纳、分析、对比，提出最终预报结论和工程措施建议，指导施工，并确定下一步预报的方案和各预报手段工作计划。

(7)红外探测。红外辐射场理论应用于隧道地质预报中，当隧道外围空间和掘进前方存在隐伏水体或含水构造时。隐伏水体或含水构造产生的异常场就要叠加到正常场上，使隧道内的正常场产生畸变，根据拱顶、隧底、边墙、掌子面探测曲线、测量数据的变化就能确定隐伏水体或含水构造所在空间方位。

(8)台车或风钻超前探测。该方法是利用台车或风钻在隧道掌子面钻水平小孔径的浅孔获取地质信息的一种方法，它是岩溶发育区对超前地质钻孔的一种重要补充。因其数量较多，有时效果是非常明显的。与超前地质钻孔相比，它具有设备简单、操作方便、费用低、占用隧道施工时间短，可与爆破孔同时施作。只不过其深度较爆破孔深2 m一5m而已。这样，风钻探测深度总是超前每循环爆破进尺2 m～5 m。保证施工安全。

(9)地质雷达。地质雷达根据电磁波的双程走时的长短差别，确定探测目标的形态及属性，结合工程地质理论分析达到对埋藏目标(地质体)的探测与判断。

11组织机构

该标段成立专门的隧道施工监测及预报小组。由项目经理部工程技术部负责实施。

量测组织：由工程队组成监测小组，技术主管负责，由熟悉量测工作的技术人员3—5人组成，小组负责编制监测方案、监测项目实施及监测技术资料的整理上报工作，负责保护各阶段使用的监测标志及仪器。根据工程进度及时量测、计算、绘图、分析并及时向主管领导和监理报告量测结果。

监测工作本着准确、及时的原则实施。将监测数据、时间变形曲线、对结果的评估，在24 h内报送监理工程师及现场配合设计人员。及时研究解决实施过程中出现的问题，保证隧道施工安全。

监理工程师在任何时候对任何仪器单独读数时，施工单位、监测小组随时给予协助。量测记录、计算结果、量测曲线图、效果分析、反馈记录、监理批示等均列入竣工文件。

12质量保证措施

(1)各级职责部门和人员各负其责，严格坚持质量标准，互通信息、及时反馈。发现质量问题及时向业务上级报告，共同把好质量关。

(2)熟悉工艺规程，认真执行施工技术规范，技术标准及有关操作规程。确定施工工艺和方法，开工前进行详细技术交底，做到操作有工艺，施工有图纸，并做好各项施工原始记录。

(3)开展全面质量整理工作。实行质量“三检制”(自检、互检、专检)，在具体实施过程中做到认真落实、相互监督、善始善终。

(4)在施工全过程中严把“三关”。一是严把图纸关；二是严把测量关；三是严把实验关。做到各种施工数据正确无误。

(5)实行全过程的质量监控，分阶段进行检查，对质量不合格的工程坚决返工处理，实现施工质量目标。