监控量测技术在岳家寨隧道开挖过程中的应用与分析

姚辉 余小佳 曾昌海

摘要：岳家寨隧道施工方法为新奥法，本文以岳家寨隧道为背景，介绍了此隧道监控量测的基本内容，阐述了本隧道各种监测数据的分析处和理方法，通过对各施工阶段的监测与综合分析，科学判断隧道开挖后的围岩稳定情况，并对隧道施工的安全性进行评估，据此指导隧道的安全施工。

关键词：岳家寨隧道；新奥法；监控量测；综合分析；围岩稳定；

中图分类号： U45 文献标识码： A

0引言

在我国高速公路、铁路、轨道交通等建设中，越来越多的运用了新奥法这种隧道施工方法，其原理是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则

监控量测是新奥法的核心组成部分，在隧道施工中必须通过监控量测来判断定围岩和支护结构的承载力、变形随时间变化的量值，据此指导隧道的动态设计和施工。因此，快速、准确地进行现场监控量测和信息反馈是应用新奥法施工的关键。

1工程概况

岳家寨隧道为杭瑞高速公路贵州境大兴至思南段小净距隧道。本隧道位于江口县闵孝镇境内，属长隧道，左线起讫桩号为ZK2+300～ZK4+315，长2015m，最大埋深约367m；右线起讫桩号YK2+302～YK4+337，长2035m，最大埋深约360m。隧道呈214°-195°方向展布。采用灯光照明，机械通风。

监控量测方案

岳家寨隧道主要为Ⅳ、Ⅴ级围岩，岩性主要以泥岩为主，其中有较长一段风化较严重，对施工安全正常进行产生了极大地影响，故及时准确的监控量测对指导此隧道的安全施工有很大的作用。

2．1地质和支护状况观察与描述

2.1.1观察目的

1)核实详勘报告所描述的地质条件和围岩类别。

2)为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据。

3)根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。

2.1.2观察频率：每次爆破后进行

2．2拱顶沉降与水平收敛

2.2.1断面布置情况

由于围岩条件较复杂，再上开挖断面大，因此Ⅴ级围岩一般10m布置一个监控断面，Ⅳ级围岩20m布置一个断面，Ⅲ级围岩30m一个断面。具体可根据围岩情况确定。发生坍方后要加密监控量测。图1为拱顶沉降及监控量测典型断面布置图，点A为拱顶沉降监测点，B、C为水平收敛监测点。

图1测点布置图

表1拱顶下沉量测与净空变化量测的量测频率（位移速度）

表2 拱顶下沉量测与净空变化量测的量测频率（距开挖面距离）

2．3地表沉降的量测

2.3.1量测目的

判断隧道入口和出口埋深较浅处地面的影响程度和范围，确保施工安全和地表邻近建筑物的安全。

2.3.2量测设备：精密水平仪、水准尺、码相机等。

2.3.3监测频率：每天一次

2.3.4监测方法和要求

对隧道洞口浅埋地段高边坡，沿隧道轴线方向和横向设置量测点，测点设置应选择通视条件较好，测量方便、基准点牢固的测点。测点先量测放线定位，用水泥桩埋设。隧道洞口地表下沉量测应在进洞开挖前开始量测，直至变形趋于稳定时结束。

图2岳家寨隧道洞口段地表沉降布置示意图

地表沉降点的大样立面图和平面图示意如下：

图3沉降观测点控制桩示意图

监控结果分析

3.1 地质和支护状况观察分析

入驻现场后，经过长时间仔细的观察，隧道开挖至今围岩情况和地质勘查情况基本一致，未出现大的异常情况，初期支护后未见裂缝开展，在初期支护上出现了微量渗水。

对拱顶下沉和水平收敛数据的分析

下图为岳家寨隧道出口端左线ZK4+276断面的拱顶沉降趋势图，此断面为Ⅴ级围岩，岩性主要以泥岩为主。

图4ZK4+276断面单次和累计拱顶沉降位移图

图4为 典型断面ZK4+276的单次和累计沉降位移图，从图中可以看出，拱顶沉降在隧道掌子面开挖后的3~5天的变化速度较大,最大值达到了2.38mm/d，当隧道掌子面开挖两周后，断面沉降就趋于稳定不变了，此时的累计沉降值为14.8mm,但当隧道下台阶开挖到ZK4+276断面的时候，由于爆破和开挖的一系列原因，该点布置的沉降监测点又开始有较大位移，最大位移量为1.65mm/d，随着初期支护的及时跟上，下台阶开挖对拱顶沉降的影响不是太大，沉降在下台阶开挖一周左右就达到稳定了，该断面总的累计沉降值为21.4mm。

图5ZK4+276断面单次和累计周边收敛位移图

图5为 典型断面ZK4+276的单次和累计收敛位移图，从图中可以看出，周边收敛在隧道掌子面开挖后3天左右的变化速度较大,最大值达到了1.68mm/d，当隧道掌子面开挖10天后，收敛就趋于稳定不变了，此时的累计收敛值为9.21mm,但当隧道下台阶开挖到ZK4+276断面的时候，由于爆破开挖的一系列扰动原因，该断面的水平收敛监控点又有了较大的位移，最大位移量为1.23mm/d，下台阶开挖5天左右，水平收敛就在此趋于稳定了，总的累计收敛为15.71mm。

对地表沉降的分析

隧道出口埋端深较浅，围岩级别为Ⅴ级，岩性为泥岩，施工扰动对地表影响非常大，故选择洞口段的ZK4+306断面为典型断面分析地表沉降，由于每个断面我们布置了多个沉降监测点，数据非常多，因此选择隧道正上方最有代表性的三个点P1、P2、P3来分析。图6为典型断面ZK4+306的代表性的三个点P1、P2、P3的沉降速率曲线：

图6 ZK4+306断面地表沉降速率曲线

由图6可知，10月8日～10月15日隧道刚开挖至监测断面及开挖过后一周，地表沉降变化速率都较快，P1、P2、P3三点中隧道中心线正上方的P2点沉降速率最快，最快可达到1.70mm/d,此时各测点总沉降量平均达到最终沉降量的85％～95％，当10月23日开挖工作面通过监测段面大约2.5倍洞径并且监测断面开挖两周后，各测点的地表沉降就基本达到稳定。

4结论

通过对岳家寨隧道各种监测数据的分析，可以总结得出如下结论：

隧道洞内开挖围岩情况和地质勘查情况基本一致

从地表沉降和拱顶下沉及洞周收敛监测结论

通过对典型断面监测数据进行分析，隧道的地表沉降、拱顶下沉和周边收敛速率都在合理的范围内，没有超过规定限值，说明隧道运用的施工方法是合理的，能够保证施工的安全，但是由于隧道掌子面刚开挖后，洞周位移速率比较大，要尽快的进行初期支护，并且在下台阶开挖的时候也要及时进行初期支护，以免上台阶拱脚处的应力集中对隧道产生不利影响。

参考文献：

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[2]蒋树屏蒋树屏,林勇.公路隧道量测数据管理系统的开发及其工程应用[J]. 现代隧道技术, 2001,(06).

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[5]夏才初，潘国荣．土木工程监测技术[M]．北京：中国建筑出版社，2001

作者简介：姚辉（1987-），男，重庆巫溪县人士，工学学士，研究方向（道路与桥梁工程）。