某高速公路隧道监控量测的方案和要点

邱懿

（贵州高速公路集团有限公司）

某高速公路隧道监控量测的方案和要点

邱懿

（贵州高速公路集团有限公司）

1 工程概况

该高速公路是国道320线位于贵州境内的一段，路线起于镇宁县，止于胜境关镇，是我国西南部地区通往华东地区的主要交通运输通道。该隧道位于此高速公路其中的一个合同段，为双线双洞，分为Y线隧道(右线)和Z线隧道(左线)，Y线与Z线隧道中轴线相距约35米，洞轴线总体走向为278°。进口（镇宁）采用削竹式洞门，出口（胜境关）采用端墙式洞门。

该隧道左线全长2030米，为单拱型长隧道。右线长度1980米，为单拱型长隧道。

隧道位于山字型构造带中，主要为大平地—兰花塘倒转背斜和F1断层。穿越地段总体地形为中间高，两侧低，呈马鞍型，地表形态波状起伏。山脊沿东西向延伸，洞轴线与山脊线总体方向一致，交角较小。隧道围岩多为泥质砂岩、泥岩、泥质—细粒结构。岩层倾向东—北东，倾角25°-60°，地层走向变化较大。隧道洞身段围岩为微风化岩石，较完整，稳定性较好。出口段浅埋、夹杂煤层且具地形偏压为一体，故成洞困难，稳定性较差，洞口开挖时极易产生工程滑坡。

该隧道地下水类型主要为第四系松散层孔隙水、基岩孔隙裂缝水和岩溶水。进一步结合地层岩性、孔隙性、富水性等，将隧址区含水层划分为第四系松散层含水层、基岩孔隙—裂隙含水层和岩溶含水层。隧道开挖时有渗水—滴水现象，局部有线状滴水现象，洞室涌水量小，对隧道开挖影响不大。

2 隧道监控量测目的

（1）通过监控量测可以了解隧道—围岩的受力、变形状态，判断隧道初衬和围岩是否稳定和安全，进行信息反馈及预测预报，优化施工组织设计，指导现场施工，确定不同地质条件下合理有效的开挖、支护方式、支护时间，为及时变更设计和指导施工提供有力的依据，确保隧道施工的安全与质量以及工程项目的社会、经济和环境效益。

（2）节省工程投资，为提高公路隧道在特殊地质与水文条件下的修建水平提供科学依据和技术保证。

（3）通过围岩地质状况描述和支护状况描述，对围岩进行合理的分类及对稳定性进行合理的评价。

（4）通过地质超前预报及时掌握开挖面前方的地质状况，地下水的分布、地质构造的情况以及溶洞的分布情况。

（5）通过围岩地质描述以及地质超前预报，对围岩类别进行鉴定，对隧道支护方式和施工工艺提出建议。

（6）通过测定锚杆内力，了解锚杆的工作状态，进而对隧道围岩的稳定性作出评价。

（7）通过日常观察和分析，可及时发现安全隐患并予以排除。

3 隧道监测内容

（1）地质超前预报量测：了解隧道掌子面前方围岩的岩性、结构面产状、涌水情况、空洞和溶槽等，为及时变更设计和指导施工提供有力的依据。

（2）地质描述和支护状况观察：岩性、岩层产状、结构面、断层描述，支护结构裂缝观察。

（3）周边收敛量测：根据位移、收敛状况、断面变形状态等判断：①周边围岩体的稳定性；②初期支护的设计与施工方法是否妥善；③二次衬砌的浇注时间等。

（4）拱顶下沉量测：监视隧道拱顶下沉，了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性。

（5）锚杆轴力量测：根据锚杆所承受的拉力，判断锚杆布置是否合理。了解围岩内部应力的分布情况。

（6）地表下沉和边坡位移量测：从地表设点观测，根据下沉位移量判定开挖对地表下沉的影响，以确定隧道支护结构。根据边坡变形量判定开挖对边坡变形的影响，以确定边坡加固、隧道支护结构。

4 隧道测点布置原则和监测断面

4.1 测点布置原则

（1）地质超前预报的范围应覆盖隧道单洞延米全长，以探明对隧道施工有影响的不良地质情况。

（2）地质及支护状况观测每次爆破作业后进行记录（根据地质超前预报，每1-3个循环1次断面描述）。

（3）拱顶下沉量测每20米不少于一个断面，每个断面不少于3个测点。

（4）收敛位移量测每20米不少于一个断面，每个断面不少于2条测线。

（5）洞口浅埋段地表量测根据工程实际需要进行地表沉降观测。

（6）监控量测以对隧道施工进行有效控制为原则，应贯穿整个隧道施工的全过程，量测密度应根据地质条件可进行调整，但不得少于合同规定的工作量。

4.2 监测断面的布置

该隧道主要的监测断面有：①拱顶下沉和周边收敛量测断面共计142个。②地质超前预报共计130次。③锚杆轴力量测断面共计23个。

此外，还有进出口边坡位移监测和出口抗滑桩、洞内二衬危险段的监测。

5 监测方法及仪器设备

5.1 地质素描及支护状况观察

观察并描述隧道掌子面围岩的岩性、类别、产状结构、特征和地下水情况等，衬砌支护情况。

使用仪器、材料、工具：地质罗盘、地质锤、钢卷尺、放大镜、秒表、手电筒、照相机或摄象机。

5.2 边收敛量测

测点布设：周边收敛量测是最基本的主要量测项目之一，与拱顶下沉点布置在同一断面。埋设测点时，先在测点处用小型钻机在待测部位成孔，然后将带膨胀管的收敛预埋件敲入，旋上收敛钩后即可量测。

量测方法：采用收敛计或高精度全站仪进行数据采集。

5.3 拱顶下沉量测

测点布设：拱顶下沉主要用于确认围岩的稳定性。在每个量测断面的拱顶中心及两侧埋设三个收敛预埋钩。埋设同周边收敛量测。

量测方法：采用水准仪或高精度全站仪等进行数据采集。

5.4 锚杆内力试验

锚杆轴力计的安装：在锚杆待测部位并联焊接钢筋计，焊接时应对轴力计采取降温措施。

5.5 边坡位移

基点布设：埋设在隧道开挖纵横向各3～5倍洞径外的区域，埋设2个基点，以便互相校核，参照标准水准点埋设，所有基点应和附近水准点连测取得原始高程。并且应埋设在绝对稳定的地方。

测点布设：在测点位置挖长、宽、深均为200mm的坑，然后放入地表测点预埋件（自制），测点四周用混凝土填实，待混凝土固结后即可量测。

量测方法：用高精度全站仪进行观测，要求：①观测应在仪器检验合格后方可进行，且避免在测站和标尺有振动时进行；②尽量选择在每一天同一时间进行；观测坚持四固定原则，即：施测人员固定，测站位置固定，测量延续时间固定，施测顺序固定，且应每隔30天用精密水准测量的方法进行基点与水准点的连测。

数据简要分析：可绘制时间—位移与距离—位移图，曲线正常则说明位移随施工的进行渐趋稳定。如果出现反常，出现反弯点，说明地表下沉点出现骤增现象，表明围岩和支护已呈不稳状况，应立即采取措施。

5.6 地质超前预报

本项目以地质雷达（GPR），并辅以其他地质调查方法，开展隧道超前地质预报工作。利用GPR方法对隧道进行超前地质预报，可采用SIR-2000型探地雷达、100米Hz的雷达天线（发射和接收置于一体），在隧道工作面布设测线进行探测。采用专用的RADAN软件对数据进处理。

探测结果可以反映工作面前方围岩的工程地质和水文地质情况，如岩层的均一性、节理裂隙发育情况、岩层破碎和含水性等等。

6 监测频率与监测次数

根据《公路隧道施工技术规范》（JTJ042—94），围岩周边位移、拱顶下沉、锚杆、地表下沉等监测项目的监测频度与监测次数如下表。

各监测项目的监测频度与监测次数表

注：

1、L—开挖面距量测断面的距离，B—隧道开挖宽度。

2、有些监测项目的监测频度与监测次数待开挖宽度确定后再详细确定。

实际测量频率根据前两次测量情况而定。当观测值相对稳定时，可适当降低观测频率；当达到报警指标或观测值变化速率加快或出现危险事故征兆时，应加密观测。

7 报警指标

中华人民共和国行业标准《公路隧道施工技术规范》（JTJ042—94）中对允许拱顶下沉量和允许周边位移收敛值作了规定。