浅析公路隧道工程中的监控量测

刘相呈

(山东恒建工程监理咨询有限公司，山东潍坊 261000)

浅析公路隧道工程中的监控量测

刘相呈

(山东恒建工程监理咨询有限公司，山东潍坊 261000)

本文以上虎峪隧道工程为例，阐述了监控量测在隧道施工中的重要作用，同时也对实际监控工作中的一些问题提出建议，仅供同行参考。

监控量测；信息反馈；新奥法；公路隧道

1 监控量测目的

地应力是围岩变形、破坏的根本作用力，因此，在围岩稳定性理论分析中，就不能随便对地应力进行假设，应对工程所在地区应力场进行充分研究。不稳定围岩结构在自重和背后围岩推挤变形作用下，有沿软弱结构而挤出、滑移、弯张、坍塌的趋势。但依据岩体自身物理力学特性，以及岩体挤压镶嵌作用，不稳定结构不一定马上坍塌。因此，监测与控制显得极其重要，只有根据监测结果才能准确把握住最佳的支护时机。随着开挖岩体向洞内变形，松弛区扩大，隧道周边切向应力降低或因其他原因软弱结构面的物理力学特性恶化，最终造成不稳定体挤出、滑移。如给予控制，即在此时给予及时一次支护，这时支护抗力仅仅是补充岩块（滑移岩块）摩擦力不足部分，很小的支护抗力就能平衡。这样所要求提供的支护抗力显然是很小的，为此一次支护尚有足够的安全储备，这就是隧道施工监控量测的主要目的。

2 监控量测的主要内容

2.1 开挖面地质和支护状态的观察

采用地质罗盘、地质放大镜和地质锤等工具进行地质和支护观察。隧道每开挖2～3m由监测人员进行一次洞内观察，观察掌子面的稳定性、围岩变形、围岩破碎情况、围岩风化变质情况、节理裂隙发育情况、有无断层及其分布、地下水情况以及喷射混凝土的效果，填写工作面状态记录表及围岩级别判定。对已施工区段的观察每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况。洞外观察包括对洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定以及地表水渗透等现象(在隧道进行上下导坑施工时进行重点观察)。

2.2 周边位移及拱顶下沉量测

量测洞壁的绝对位移和相对位移，如量测拱顶下沉和水平收敛的变化，根据收敛量测，根据位移、位移速率及洞壁变形形态，评价围岩的稳定性及初期设计、施工的合理性，确定二次支护时间。

（1）量测断面布设原则

拱顶下沉和水平收敛量测断面的间距为：Ⅲ级及以下围岩不大于 40m；Ⅳ级围岩不大于 25m；Ⅴ级围岩应不大于 20m。围岩变化处应适当加密，在各级围岩的起始地段增设拱顶下沉测点l～2个，水平收敛l～2对。当发生较大涌水时，Ⅴ、Ⅳ级围岩量测断面的间距应缩小至5～l0m。

各测点应在避免爆破作业破坏测点的前提下，尽可能靠近工作面埋设。初读数应在开挖后12h内读取，最迟不得超过24h，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。

（2）量测方法

净空水平收敛测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。在地质条件良好，采用全断面开挖方式时，可设一条水平测线。当采用台阶开挖方式时，可在拱腰和边墙部位各设一条水平测线(图1)。

图1 拱顶下沉量测示意图

拱顶下沉量测应与净空水平收敛量测在同一量测断面内进行，采用收敛计三角形量测，利用海伦公式计算下沉量。当地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，除量测拱顶下沉外，尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。

（3）量测频率

拱顶下沉量测与净空水平收敛量测宜用相同的量测频率，应按表l中根据变形速度和开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。

表1 拱顶下沉量测与净空水平收敛量测频率

2.3 地表沉降量测

（1）断面布设原则

位于Ⅳ～Ⅵ级围岩中且覆盖层厚度小于40m的隧道，应进行地表沉降量测，隧道浅埋段地表下沉量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内。当地表有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉观测点。横向布设间距范围为2～5m，布设5～11个测点，隧道中线附近密些，远离隧道中线处疏些。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表2采用。注：B表示隧道开挖宽度。（2）量测方法

表2 地表下沉量测断面的间距

地表下沉观测点按普通水准基点埋设。采用精密水准仪量测，量测精度± 1mm。并在预计破裂面以外3～4倍洞径处设水准基点，作为各观测点高程测量的基准，利用精密水准仪计算出各观测点的下沉量。

（3）量测频率

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，除此之外地表下沉量测应在开挖工作面前方 H+h(隧道埋置深度+隧道高度)处开始，直到衬砌结构封闭、下沉趋于稳定为止。

2.4 围岩内部变形量测

在软弱围岩地段，应根据实际地质情况适当布置围岩内部变形量测断面，沿量测锚杆附上应变计，在围岩不同深度处设置应变测点，量出锚杆各测点的应变，推算出锚杆的轴力，并可量测出不同深度的相应应变。若同时洞周埋设多点位移计可测得洞壁与位移测点之间和围岩各测点之间的相对位移，从围岩应变和位移量测，可估算出隧道周边松弛圈范围，并校核锚杆的计算参数。

2.5 支护及衬砌应力量测

通过埋设应变计或压力传感器，了解支护系统和衬砌结构的内部应力，以及围岩与支护系统或界面之间的接触应力大小和分布规律。

3 应用实例

上虎峪隧道是青岛至莱芜高速公路中在建的一座上下分离式隧道，位于山东省沂水县境内，双向六车道，隧道左线起讫桩号为K141+285～K142+610，长1325m，右线起讫桩号为 YK141+220～YK142+655，长 1435m。隧道区属低山—丘陵地貌单元，地形起伏，山势陡峭。最高地面高程为 472m，最低地面高程为 290m，相对高差182m。

在上台阶开挖过程中，监测人员发现在右洞YK142+580处附近地面出现多条沿隧道纵向的裂缝，裂缝位于隧道边墙上部，同时地表沉降观测发现沉降速率和累计沉降都较大。

通过地表沉降观测断面，根据理论和实践经验，对量测断面而言，目前正处于前期沉降阶段，沉降量和沉降速率并非最大。鉴于地表累积沉降以及下沉速率较大和地表出现多条裂缝，监控量测单位及时向施上单位和业主进行汇报，并建议施工单位利用打锚杆、挂钢筋网和喷射混凝上来加固地表仰坡，在封闭地表裂缝的同时，采用地表注浆来加固破碎软弱围岩，防止围岩状况进一步恶化。量测单位对地表沉降的观测点进行加密，对洞内围岩变形断面进行安装量测，并根据需要适当的加密量测频率。在施工单位采取了加固仰坡和地表注浆的措施后，从地表的观测数据看， 地表沉降基本达到稳定。

由于监控量测工作的及时开展以及量测的信息及时准确的反馈，在与施工单位的紧密配合下，使上虎峪隧道右洞出口段的掘进上工作得以安全平稳地进行。

4 结论和建议

（1）根据实际开挖隧道的具体情况，合理确定隧道监控量测的重点，通过对监控量测信息的整理分析和及时反馈，能够很好的为施工和设计服务；

（2）监控量测工作在施工中的实施，会遇到诸多问题，比如埋设测点在离掌子面较近的情况下，时常遭到破坏，另外在接近工作面进行量测时会与施工单位的施工产生冲突，由此可造成量测断面理设点离开挖面较远，或是量测时间滞后等等问题，这此都影响了量测结果。希望施工单位能够对监控量测工作给予足够的重视，在安排施工工序时能优先考虑量测工作的顺利开展。

[1]交通部重庆公路科学研究所.公路隧道施工技术规范[M].北京：人民交通出版社.1995

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1007-6344（2015）08-0296-01