监控量测在洞冲里隧道施工中的应用

熊 君，孟阳君

(益阳市交通规划勘测设计院，湖南益阳 413000)

新奥法(New Austrian Tunneling Method，简称NATM)是隧道建设中最普遍的方法，其核心是以维护和利用围岩的自稳能力为基点，将锚杆和喷射混凝土联合在一起作为主要的支护，用以控制围岩的变形和松驰，形成以锚杆、喷射混凝土和隧道围岩三位一体的承载结构，共同支承山体压力。

隧道监控量测作为新奥法的三大核心之一，对评价隧道施工方法的可行性、设计参数的合理性，了解隧道施工实际围岩级别及其变形特性等能够提供准确、及时的依据，对隧道二次衬砌的施作时间具有决定性意义。

1 工程概况

洞冲里隧道(k0+615.77 ～k1+468.83)位于湖南省桃江县水口山乡洞冲里村至沾溪乡稻田村，全长853.06 m，属于中隧道。隧道位于直线上，单向纵坡-1.98%。隧道路面双向横坡2%。隧道轮廓线按60 km/h行车速度确定，采用双心圆，净宽9.0 m，净高8.40 m。

洞冲里隧道围岩设计主要Ⅲ、Ⅳ级，部分地段为Ⅴ级围岩复合式衬砌支护结构。初期支护采用钢筋网片、钢架、锚喷射混凝土联合支护，围岩压力主要靠二次衬砌提供抗力。根据地质情况及工程设计特点，洞冲里隧道采用台阶法施工。

2 监控量测目的及内容

监控量测是施工工艺流程中的一个重要工序，应贯穿施工的全过程。监控量测应达到下列目的:

1)掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈，指导施工作业。

2)通过对围岩和支护的变形、应力量测，为修改设计提供依据。

开工前应根据设计要求，并结合隧道规模、地形地质条件、施工方法、支护类型和参数、工期安排，以及所确定的量测目的等编制量测方案。编制内容应包括:量测项目、量测仪器选择、测点布置、量测频率、数据处理、反馈方法，以及组织机构、管理体系等。量测计划应与施工进度计划相适应。

隧道监控量测分为必测项目和选测项目两类。根据《公路隧道施工技术规范》(JTG F60-2009)，我国公路隧道施工的监控量测有15个项目。根据设计及实际地质情况，洞冲里隧道监控量测控制的项目见表1。各监控项目量测频率按《公路隧道施工技术规范》要求进行。

3 监控量测数据与分析

通过对监控量测数据的整理和回归分析，可以得到相应围岩的收敛速度及变形加速度等。为进一步判断量测部位的围岩自稳定性质、初期支护的支护效果，对工作面前方未开挖部分的地质情况做出预报，便于施工中采取事先有效的预防措施，提高工程的进度和工效。

数据采集后，及时进行分析处理，在量测的当天根据现场量测数据和实际情况绘制以下曲线:①净空水平收敛时态曲线;②拱顶下沉时态曲线;③净空水平收敛与距开挖工作面距离的关系图;④拱顶下沉与距开挖工作面距离的关系图。将数据和各种图表分析处理后，及时提供给隧道施工单位、业主和监理，便于指导施工和安全生产。

表1 监控量测项目

3.1 周边位移数据及分析

隧道周边位移联测采用收敛剂进行测量，每一个断面布置3调测线，具体布置见图1，本文限于篇幅，仅列出k0+920断面的数据，见图2。

分析表1、图2可知:随着时间的增大，断面水平收敛逐渐趋于稳定，实测水平收敛终值为5.81 mm;分析实测曲线线型，拟采用曲线:

图1 洞冲里隧道初衬收敛测线布置图

图2 k0+920断面水平收敛实测值与拟合值对比图

图3 地表沉降观测点布点示意图

拟合实测值，拟合水平收敛终值为5.04 mm。

根据表1数据，从6月20日开始，k0+920断面处的平均沉降速率值均小于0.20 mm/d，且该测试项目位移明显收敛，根据规范条文，可得出该断面已处于稳定状态。

3.2 地表沉降数据及分析

根据现场实际，结合施工条件，隧道监控人员于2009年5月5日埋设6个地表沉降观测点，具体布置见图3。鉴于篇幅本文仅列出1-1点的观测数据，见图4。

由图4不难看出:随着时间的增长，1-1点沉降逐渐趋于稳定，当采用拟合曲线时，估计最终沉降量为18.48 mm ＜Un/3。

图4 1-1#测点

由图4可得:因隧道明洞仰拱及边墙开挖，地表沉降观测点1-1观测值初期变化剧烈，最大沉降速率达到了2.1 mm/d(埋设观测点后的第一天)，埋设观测点200 d之后，沉降速率小于0.20 mm/d，由公路隧道施工技术细则(JTJ/T F60-2009)判定地表沉降已经稳定。

3.3 拱顶沉降数据及分析

根据《公路隧道施工技术规范》的要求，结合本项目的实际情况，从隧道进口50 m开始，每隔50 m设置一个观测断面。本文选择k0+735断面作为研究对象，分析拱顶下沉的相关规律。

分析图5可知:k0+735断面处的平均沉降速率值均小于0.20 mm/d，且该测试项目位移速率明显收敛，可得出该各断面拱顶已稳定。

3.4 围岩内部位移数据及分析

洞冲里隧道于2008年利用光纤光栅位移传感器进行了围岩内部位移量测工作。选择k0+850作为测试断面，共布置了3个测点，每个测点有3个不同深度的钻孔，分别为 1.2、2.2、3.2 m，断面测点布置如图6所示。

根据洞冲里隧道k0+850断面的围岩内部位移曲线。最大位移量位于洞顶的测点3，为1.627 mm。而3个测点量测期间的最大日位移速率发生在位于洞壁的测点2，为0.133 mm/d。监测曲线表明所有点围岩位移变化已经基本稳定。

图5 k0+735累计沉降-时间图

图6 围岩内部位移测点

由图7～图8可以看出，各测点随着深度的增加位移逐渐变小，测点2、测点3的1.2 m和3.2 m的测点位移与时间成比例关系，而2.2 m的测点位移与时间成非线性关系，随着时间的变化，位移逐渐趋于稳定。

3.5 钢架内力数据及分析

根据现场实际条件，选择k0+920、k1+160作为钢架内力观测断面，观测断面测点布置见图9，观测数据见图10～图11。

图7 不同深度位移-时间图

图8 深度2.2 m处位移与时间的关系

图9 钢架内力测点布置

图10 k0+920测点钢架内力

图11 k1+160测点钢架内力

由图10可以看出，k0+920断面，拱顶断面上缘钢拱架在受拉，下缘受压，施工前后(从架设钢拱架到二衬施做)拱顶内力变化较小，变化幅度为-0.6～0.3 kN，相比之下靠近拱顶约八分点位置，钢拱架内力变化较大，变化幅度为-4.2～-0.6 kN。如图11所示，同样的规律也适用于k1+160断面。

3.6 锚杆内力监测数据分析

根据现场实际条件，并结合规范要求，洞冲里隧道锚杆内力监测断面选择在边墙位置，间距为20～50 m(Ⅱ类围岩取50 m，Ⅲ类围岩取30 m，Ⅳ类围岩取20 m)。限于篇幅，本文就k1+020，k1+240两个断面进行论述。

由图12～图13可得，施工前后，整体来看锚杆内力变化较小，当量测断面距开挖工作面的距离在1B～5B时，锚杆内力变化较大;＞5B时，锚杆内力基本不再变化;所有监测锚杆随着时间的变化，内力逐渐增大，并最终趋于稳定。

图12 洞冲里隧道k1+020断面锚杆内力

图13 洞冲里隧道k1+240断面锚杆内力

4 结束语

在参建各方的努力下，洞冲里隧道于2009年10月28日顺利贯通。

1)洞冲里隧道监控量测过程中，将注浆纳入工序化管理，开挖后及时对周边围岩径向预注浆、二次注浆，在不影响施工进度的同时，对中下部的变形控制在可控范围之内。

2)收集量测数据时，要尽可能采用精密仪器，并且详细记录每天围岩、支护、天气等情况。

3)量测数据分析要及时，准确，尽量保证排除偶然性。保证反馈结果准确性，指导设计、施工和修改支护参数，使监控量测数据能真正起到知道施工的目的。

4)量测人员固定，施工队重视，要能保证监控量测指导施工。

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