高速公路隧道围岩监控测量

郜永伟

【摘要】针对高速公路隧道施工引起的隧道沉降及变形危害，结合工程实践和施工规范，介绍隧道监控量测方法。隧道沉降及变形测量是隧道施工过程中最需要重点关注的问题，其直接影响隧道净空以及引起的行车安全。因此，对地表沉降及变形测量至关重要。

关键词：隧道沉降变形观测

一、工程概况

江西省吉安至莲花高速公路位于江西省吉安和莲花县境内，属泉州至南宁国家高速公路一部分，路线总体走向由东向西。设计高桥（一）隧道1座，高桥（一）隧道分左右洞，左洞里程ZK46＋340~ZK48＋032,全长1692m，右洞YK46＋363~YK48＋035,全长1672m；隧道内设有一道车行横洞和四道人行横洞。

区域地质属赣西南低山前缘丘陵地形，构造侵蚀低山高丘地貌，山脊坡度较平缓，一般10～20°，山坡坡度较陡，在20～45°之间，沟谷多呈“U”型，部分切割较强呈“V”型，地质构造有断层、复式褶皱等。高桥（一）隧道有断层，露在YK47+330-360m处。该断层为推覆正滑断层，在平面上呈NNE-NE向展布，延伸大于50km在路线经过处出露宽度约30m。断层呈60-70°角大角度斜切隧道，在隧道位置YK47+260-290段通过。该断层中的水量为40m3/d。

二、围岩监控量测

隧道施工过程中使用各种类型的仪表和工具，对围岩和支护、衬砌的力学行为以及它们之间的力学关系进行量测和观察，并对其稳定性进行评价，本文仅对围岩和支护进行介绍。

1、监控测量的目的

通过围岩监控量测信息反馈，分析施工方法和施工手段的科学性和合理性，以便及时调整施工方法，保证施工安全。

对围岩稳定性和支护作出正确的定量评价，验证理论计算结果。用量测信息，反馈力学参数、模型，进一步优化设计。根据监测资料修正原设计和调整支护及整个施工方案。

2．本隧道围岩监测项目实施方案

高桥（一）隧道围岩和支护围岩监测项目主要包括：洞内周边位移量测、拱顶下沉量测、地表沉降量测。

2.1.隧道周边收敛监测

2.1.1 监测内容

隧道周边收敛监测，是监测隧道内壁两点连线方向的相对位移或监测点的绝对位移量。

2.1.2 监测目的

对隧道周边进行收敛观测，主要有以下目的：

a、周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直观反映，监测周边位移为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息，以确定初期支护的安全性；

b、判断初期支护设计与施工方法选取的合理性，用以指导设计和施工。

2.1.3 监测方法

在隧道内设置监控量测断面，每个断面分别在侧墙和拱顶设置测点，利用收敛计，采用一根在重锤作用下被拉紧的普通钢尺作为传递位移的媒介，通过百分表测读隧道周边某两点相对位置的变化。

测点在距开挖面2m的范围内尽快安设，在爆破后24h内或下一次爆破前测读初次读数。

2.1.4 测试仪器

SWJ-Ⅳ型隧道收敛计。

2.1.5监测精度

监测的最小精度1.0mm。

2.1.6 测点布置

本隧道平均15米布设一个监测断面，每监测断面设置不少于4条测线，测点分别布置在拱顶及两侧。

拱顶下沉及周边收敛采用的仪器有水准仪、钢尺、收敛计等。

2.1.7水平收敛警戒值

根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)锚喷衬砌和复合式衬砌初期支护的允许洞周水平相对收敛值如表1所示。

注： 1、水平相对收敛值系指收敛位移累计值与两测点间距离之比；

2、 硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩的隧道取表中较大值；

3、本表所列数值，可在施工过程中通过实测和资料积累作适当修正；

2.2隧道拱顶下沉监测

2.2.1 监测内容

拱顶下沉监测，是指对隧道拱顶的实际下沉位移值进行监测，是相对于不动点的绝对位移。

2.2.2 监测目的

对隧道拱顶进行沉降观测，主要有以下目的：

a、通过拱顶位移监测，了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性；

b、根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机；

c、指导现场设计与施工。

2.2.3 监测方法

在隧道内设置监测断面，在隧道拱顶设置测点，安设隧道拱部监测测点，将钢尺或收敛计挂在作为隧道拱部测点上作为标尺，后视点可设在稳定的部位，用水平仪观测。

测点应在距开挖面2m的范围内尽快安设，并应保证爆破后24h内或下一次爆破前测读初次读数。

2.2.4监测精度

监测的最小精度1.0mm。

2.3地表下沉量测

2.3.1监测内容

测试洞口浅埋段隧道开挖时对地面沉降的影响及其影响范围。

2.3.2 监测目的

a、判断开挖时对地面沉降的影响及其影响范围；

b、根据监测结果决定对该区段设计、施工方法的调整和变更；

c、保证施工安全，优化支护参数；

2.3.3 测试方法

用水准仪、全站仪对测点的高程进行量测，计算其高程的变化量。

2.3.4 测试仪器

水准仪、钢尺、全站仪

2.3.5测点布置

垂直隧道轴线在洞口段设置监测断面，隧道范围内从拱顶位置左右间隔2m对称布设沉降观测点。本隧道在进出口左右线各布置两个监测断面，对于洞口坡度较缓的，设置两个沉降监测断面，每断面不少于7个监测测点；洞口坡度较陡的，设置一个沉降监测断面，不少于7个监测测点，和一个水平位移监测断面，不少于4个监测测点。地表下沉桩的布置宽度应根据围岩级别、隧道埋置深度和隧道开挖宽度而定，地表下沉量测断面的间距按

注： 1. 无地表建筑物时取表内上限值；

2. B表示隧道开挖宽度。

地表下沉量测频率和拱顶下沉及净空水平收敛的量测频率相同。

地表沉降断面及测点布置见图1、图2。

图1地表沉降监测断面位置示意图

图2监测主断面测点布置示意图

说明：1、隧道范围内以隧道中轴线为中心每两米一个点；

2、45度角范围每4米一个点；

3、45度范围外每5米一个点，每侧布置两个点。

3、成果总结

由于隧道工程的特殊、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。在高桥（一）隧道施工中通过对隧道施工现场量测数据获得了围岩动态及最终沉降值。通过分析监控量测数据变形趋势确定隧道施工工序施工时间，确保施工质量及安全。在高桥(一）隧道整个施工过程中随时掌握隧道内部和洞外地表沉降的变化，通过监控量测数据确保工程质量和安全。同时对设计预留沉落量的科学调整，避免了围岩侵限及二衬厚度超标，提高了经济效益。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。