浅谈湿陷性黄土隧道监控量测技术的应用

梁 虎

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，四川 成都 610091)

浅谈湿陷性黄土隧道监控量测技术的应用

梁 虎

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，四川 成都 610091)

由于湿陷性黄土隧道工程的特殊性、复杂性和隧道围岩的不稳定性，对隧道围岩及支护结构等进行监控量测是保证隧道工程质量、安全必不可少的手段。

隧道；监控量测；地质；质量

1 工程概述

兰州市北环路三台湾隧道西口接跨柳忠高速公路高架桥，东口接石门沟大桥。右线起讫桩号为YK0+605～YK0+853，隧道位于直线上，长度为248 m，纵坡为1.8%；左线起讫桩号为ZK24+606～ZK24+851,隧道位于半径R=1 300 m的圆曲线上，纵坡为1.4%；最大埋深90 m；隧道进口、出口采用端墙式洞门。

三台湾隧道位于柳忠高速公路东侧，兰州市北环路(二环)东段，隧道左线长245 m，隧道右线长248 m。该 段 地 面 标 高 介 于 高程1 624.8～1 729.5 m，地形呈倒V字形，属黄河北岸黄土梁地貌单元。隧道场区内底层结构较为简单，在钻探所达深度范围内，其上部是黄土状粉土及卵石，下部为第三系砂岩。

按照设计标高，隧道底部为黄土状粉土(Q2al+pl)，其下部1～2 m深度内为卵石层，卵石层中存在人工掏砂形成的洞室，洞口直径为1.5～3 m，隧道通过的山体为黄土山体，黄土状粉土(Q3eol)具Ⅳ级(很严重)自重湿陷性，在山体两侧坡面上存在落水洞，直径为3～5 m，深度大于5 m。

隧道进、出口段因人工掏砂洞的存在，上部土层坍塌较为严重。

2 监控量测

2.1 测量的目的

掌握围岩动态，了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布，对围岩稳定性作出评价；通过施工和环境监测进行信息反馈及预测预报，优化施组设计，指导现场施工，确保隧道施工的安全与质量；提供二次衬砌支护的合理时间，以便在安全的前提下充分发挥围岩的自承能力；验证支护结构型式、支护参数，评价支护结构、施工方法的合理性，并为优化设计参数、调整施工工艺提供依据。

2.2 隧道监控量测的内容

为及时提供施工所需的围岩稳定程度和支护结构的状态，以保证施工安全，提高施工效率，将施工监测分为必测项目、选测项目和检测项目。

(1)必测项目：包括围岩地质情况和支护描述、地表沉降观测、拱顶下沉量测、周边收敛量测。这类量测是为了确保在施工过程中的围岩稳定和施工安全而进行的经常性量测工作。量测密度大，工作量大，量测信息直观可靠，贯穿于整个施工过程中，对监视围岩稳定、指导设计和施工具有巨大的作用。土建施工完成、量测工作亦告结束。其布置原则为根据每座隧道不同的地质条件、施工方法设置，但不能少于《公路隧道施工规范》中的规定。

(2)检测项目：包括锚杆拉拔试验、锚杆长度检测等，根据业主要求由监测组会同监理抽检。

因施工监控量测具有很强的实践性,而且水文地质条件变化多端,量测的具体布置情况须根据现场施工情况做适当调整。

2.3 量测手段和方法

2.3.1 地质情况及支护状况观察

包括对隧道掌子面地质状况的素描和对喷层表面状态及锚杆工作状态的观察。隧道掌子面每次爆破和初喷后通过肉眼观察、地质罗盘和锤击检查，描述和记录围岩地质情况：岩层产状、裂隙、地下水情况，判断围岩类别是否与设计报告相符，必要时还应拍照并作好观察记录，同时对喷层支护状态和锚杆工作状态进行观察。

2.3.2 拱顶下沉量测

拱顶下沉量测是在隧道开挖毛洞的拱顶及轴线左右各2～3 m共设3个带挂钩的预埋件作为测桩：埋设前，先用小型钻机在待测部位成孔，然后将测桩放入，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头需设保护罩。对于较差的围岩，锚桩可在锚喷支护后布置。采用精密水准仪(精度0.1 mm)、钢圈尺及塔尺进行量测。

2.3.3 隧道围岩的周边位移量测

隧道开挖爆破以后,在预设点的断面,沿隧道周边的拱顶、拱腰和边墙部位分别埋设测桩。中间的拱顶测桩可以利用拱顶下沉测桩；测桩的埋设方法和拱顶下沉测桩的埋设方法相同。采用周边收敛仪量测周边收敛变形。围岩的周边位移与拱顶下沉布置在同一个断面上，以便进行数据分析。对于双洞独立隧道，由于其大多采用上下台阶法施工，拱顶下沉及周边位移量测测点布置类似于中导洞开挖。

2.3.4 锚杆轴力量测

在正常使用的锚杆上焊接锚杆测力计。为充分了解锚杆的工作状态，在每根量测锚杆上焊接3个锚杆测力计，然后安装量测锚杆，待锚杆达到一定强度(通常为24 h)后，即可通过接收仪器量测锚杆的轴向力，绘制出锚杆的受力曲线及其随时间的变化，进而可判断锚杆的质量。

3 量测频率

每个测点测取读数的频率不少于规范要求(表1)，同时要满足工程需要。对于采用分部开挖的地段，如正台阶开挖，上半断面开挖与下半断面开挖不在同一时间，当量测断面工作状态发生改变的前后一个星期之内或距离测点一倍洞跨以内按 1次/d的频率采集数据。另外，如埋设的测点在量测期间遭到破坏，在其恢复以后按新买测点要求采集读数，从而增加了数据采集的次数和数量。

数据处理及应用必须遵循规范规定。监控量测工作在隧道贯通后6个月仍应进行有关量测，并按每座隧道整理出汇总资料，编写报告。

监控量测具有很强的实践性。由于隧道内地质环境复杂多变,量测的具体布置需根据现场施工情况进行局部调整。

4 量测隧道及量测断面

必测项目。洞内观察与地质素描：每3 m一个断面；周边位移：每30 m一个断面；拱顶下沉：每30 m一个断面(对于浅埋和围岩条件差的单位隧道，采用每15 m一个断面进行周边位移和拱顶下沉的量测)。

5 量测数据的综合分析与量测管理

为了真实、及时、准确地反映施工现场信息，监测数据历经以下过程：测点埋设→数据采集→数据收集→数据输入→绘制曲线→输入计算机→生成图表→信息反馈。

(1)应及时对现场量测数据绘制时态曲线(或散点图)和空间关系曲线(图1)。

图1 位移时态曲线图

(2)当位移-时间曲线趋于平缓时，应进行数据处理或回归分析，以推算最终位移并掌握位移变化规律。根据现场量测的位移-时间曲线进行如下判断：

(3)当位移-时间曲线出现反弯点时，则表明围岩和支护已呈不稳定状态。此时，应密切监视围岩动态并加强支护，必要时暂停开挖。

(4) 隧道周壁任意点的实测相对位移值或用回归分析推算的总相对位移值均应小于表2所列数值。当位移速率无明显下降、而此时实测位移值已接近表列数值，或者喷层表面出现明显裂缝时，应立即采取补强措施并调整原支护设计参数或开挖方法。

表2 隧道周边允许相对位移值表 /%

注: (1) 相对位移值系指实测位移与两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比。(2) 脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。 (3)Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ类围岩可按工程类比初步选定允许值范围。(4) 表中所列数值可以在施工中通过实测和资料积累作适当修正。

(5)埋设量测元件的情况和量测资料均应整理清楚后报监理工程师核查，并作为竣工交验资料的一部分。

(6)根据量测结果进行综合判断，确定变形管理等级，据以指导施工。变形管理等级见表3。

表3 变形管理等级表

注: U0为实测变形值;Un为允许变形值。

6 结 语

在该隧道施工过程中，监控措施布置得当，及时的指导了施工和修改设计，从而保证了隧道施工的安全、经济，取得了良好的效果。但是，隧道监控量测工作是一项具体而又复杂的工作，在实际施工过程中尚需不断积累经验和完善相关理论，笔者结合多年工作经验认为：对于隧道监控量测及数据的整理分析及应用应该做好以下几点：

(1)监控量测内容的选择，量测断面位置的选择和量测测点的布置；

(2)监控量测数据的采集与施工状态变化情况紧密结合，分析数据变化和施工状态的关系；

(3)量测数据的应用。量测数据变化的准确分析和判断，量测的及时反馈，以指导设计、施工和修改支护参数。

通过监控量测，保证了隧道施工安全与质量，预防了各类安全事故的发生。

梁 虎(1983- )，男，陕西榆林人，工程师，从事市政公用道路与桥梁施工技术工作.

(责任编辑：李燕辉)

四川省水电学会水电七局分会在广东恩平深茂铁路现场召开“2017技术交流会”

2017年8月1日，四川省水电学会水电七局分会在广东恩平深茂铁路现场召开“2017技术交流会。这是中国水电七局为提升该局技术水平、加强局内技术交流采取的有效措施之一，已连续多年结合实际工程召开，使局内工程技术人员受益匪浅。来自局内各有关单位的技术负责人及工程技术人员60余人出席了会议，会议由七局一分局深茂铁路项目部承办。在8月2日召开的技术交流会上，局副总工程师兼科技部主任魏平主持会议。会议承办单位——梁学成指挥长致欢迎辞并介绍了深茂铁路参设情况。省水电学会七局分会主任、局总工程师向建在会议开幕式上讲话，再次强调了局举行技术交流会的重要性，并感谢局属各单位派员参会，支持局分会开展的工作。在交流会上，10位作者图文并茂地介绍了各自参建工程取得的经验和教训，旨在加强横向交流，共同提高技术水平。学术报告极具针对性，特点突出，展现了七局近年来拥有的技术水平。与会代表聚精会神听取交流，均感到受益匪浅。学术报告交流后，会议采取了历年会议行之有效的座谈方式，向建总工程师亲自主持，点兵点将，鼓励参会的技术人员提问、解答，使听者、说者均有收获，取得了实效。与会者均对这种会议形式报以赞赏。向建总工程师最后做会议的总结发言，感谢会议承办方——七局一分局深茂指挥部为会议的成功召开付出的努力。表示要将技术交流会的形式延续下去，为七局再上新台阶做好准备。会议期间，与会代表实地考察了完建的、由七局一分局承建的深茂铁路相关标段，对会上介绍的实例让代表们亲眼所见，对其效果加深了印象。水电七局一分局深茂项目部为筹备此次会议的召开，特地制作了论文集和画册，全面、系统地介绍了深茂铁路的建设历程及其所取得的经验教训，受到与会代表好评。在完成了预定的议程后，会议圆满结束。

2017- 04- 10

TV554;TV522

B

1001- 2184(2017)04- 0033- 03