高速公路某隧道变形监测
2018-12-06高辉
高 辉
（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）
1 概述
1.1 隧道概况
某高速公路是国家高速公路的重要组成部分，也是山西省“十一五”规划重点建设项目之一。全线采用双向四车道高速公路标准建设，设计行车速度80 km/h，路基宽度24.5 m，全线桥涵设计汽车荷载等级采用公路-I级。
某高速公路2012年8月通车，2014年6月某隧道右洞衬砌、路面出现开裂、拱起的病害，随后隧道养护部门在开裂段路面两侧进行钢管注浆处治，2015年管理部门对右洞开裂段路面重新铺筑了厚约1.5 m左右钢筋混凝土，2016年2月右洞重新铺筑的路面又出现开裂，同时路面也出现隆起。2016年3月左洞也出现了衬砌、路面开裂现象，为准确掌握某隧道衬砌裂缝的动态变化，对某隧道裂缝进行了变形监测。
1.2 隧址区地质情况
1.2.1 地形地貌
隧址区地形地貌极为复杂，因地质构造、岩性特征、风化剥蚀差异，明显分为两大地貌景观。即东部盖层为主的构造剥蚀低中山区；中西部老变质岩出露的构造剥蚀中山区；其间穿插洪积平原区、河谷平原区、黄土丘陵区、中山峡谷区、黄土覆盖中山区、黄土覆盖梁峁区、山间河谷区。总体地形中部高，两翼低。
1.2.2 工程地质
隧址区跨越了吕梁背斜的全部及鄂尔多斯断块东部，就地层分布而言，中部老变质岩出露，开阔宽广，两翼盖层（寒武-奥陶系地层）及部分元古界地层相背而斜倾角20°～50°，比较对称，构造形态为一NNE向直立箱形背斜，背斜宽度达130 km，幅度50 km左右，基本控制了吕梁山脉的构造骨架，为吕梁块隆的中心部位，成为鄂尔多斯地块的东界，太原盆地西缘。
隧址区内的不良地质现象主要为破碎带、采空区、崩塌与岩堆等。
1.2.3 水文及水文地质条件
隧址区水文地质状况按照地貌单元分区各有明显差异，依据不同的含水岩性、补给方式、潜水面的高低、地下水类型，结合地表径流及收集到的井、泉资料分为：松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水、变质岩侵入岩类裂隙水和河流堆积物——砂土、砾卵石层孔隙水。
2 监测方案
根据运营隧道的特点，本次监测采用了比较直接，易于观测的2种方法[1]：
a）直观法。在衬砌裂缝上铺设石膏饼进行监测，石膏饼凝固快且不会产生收缩裂缝，只要定期观察石膏饼是否沿原裂缝开裂就可确定裂缝是否在继续发展，石膏饼开裂宽度大，说明裂缝增长也大。石膏饼规格为15×15 cm，厚度0.5～0.8 cm左右。石膏饼中心线必须骑过裂缝（图1）。铺设前，裂缝两侧的衬砌表面应该除去浮渣及灰尘，确保石膏饼完全贴紧衬砌。
图1 石膏饼现场布设示意图
b）沉降监测法。
（a）隧道两侧拱脚设置沉降监测点，具体位置见图2，在同一断面A、B两位置设计沉降监测点。
（b）隧道路面两侧设置沉降监测点，具体位置见图2，在同一断面C、D两位置设计沉降监测点。
采用精密水准仪定期对该点进行沉降监测，根据测量拱脚、路面的变化情况，判断隧道是否变化。观测基准点设置在洞外的固定位置。
图2 沉降监测点现场布设示意图
3 监测结果
3.1 直接法监测结果（即石膏观测法）
a）右洞经过 1年的监测发现：（a）2016年 6月9日石膏监测点都出现了裂缝，裂缝宽度为0.10 mm；（b）2016年7月25日石膏监测点裂缝宽度都增大了约0.1 mm；（c）2016年11月12日石膏监测点裂缝宽度都增大了约0.05 mm。
经过1年的监测，石膏监测点裂缝宽度变化值为0.25 mm。
b）左洞经过 1年的监测发现：（a）2016年 6月13日左洞1处边墙石膏监测点出现了裂缝，裂缝宽度为0.10 mm，其他监测点未发生开裂；（b）2016年7月10日左洞其余6处也出现了裂缝，裂缝宽度为0.10 mm。
经过1年的监测，石膏监测点裂缝宽度变化值为0.10 mm。
3.2 沉降监测结果
3.2.1 右洞
2016年5月10日—2017年5月10日共监测36次，右洞两侧拱脚及路面两侧沉降监测结果见表1、表 2、图 3、图 4。
表1 某隧道右洞两侧拱脚沉降监测结果 mm
表2 某隧道右洞路面两侧沉降监测结果 mm
图3 某隧道右洞两侧拱脚沉降变形图
图4 某隧道右洞路面两侧沉降变形图
3.2.2 左洞
2016年5月10日—2017年5月10日共监测36次，左洞两侧拱脚及路面两侧沉降监测结果见表3、表 4、图 5、图 6。
表3 某隧道左洞两侧拱脚沉降监测结果 mm
表4 某隧道左洞路面两侧沉降监测结果 mm
图5 某隧道左洞两侧拱脚沉降变形图
图6 某隧道左洞路面两侧沉降变形图
4 结论及建议
经过2016年5月10日—2017年5月10日1年期间对某隧道右洞KX+288—KX+348、左洞ZKX+330—ZKX+390段的变形监测，得出以下结果：某隧道左右洞监测段衬砌裂缝宽度在继续增大，左右洞监测段衬砌沉降在继续增大，经过1年的监测，隧道监测段衬砌仍在不均匀下沉。
4.1 右洞
a）经过对某隧道右洞石膏法1年的观测，布设的石膏监测点全部开裂，石膏监测点裂缝宽度变化值为0.25 mm。
b）经过对某隧道右洞沉降法1年的监测发现：
（a）KX+303—KX+343段变形变化值最大，最大下沉值为36.16 mm；
（b）右洞左侧拱脚下沉值大于右侧，平均大于9 mm；
（c）根据沉降监测表显示，6月、7月、8月变形下沉值大。
c）经过对监测段电缆沟外观观测，两侧电缆沟外边墙挤压变形、破碎严重，电缆沟内边墙与隧道衬砌之间裂缝明显增大。
d）经过1年的现场监测，右洞变形监测段隧道整体在不均匀下沉。
4.2 左洞
a）经过对某隧道左洞石膏法1年的观测，布设的石膏监测点全部开裂，石膏监测点裂缝宽度变化值为0.10 mm。
b）经过对某隧道左洞沉降法1年的监测发现：
（a）ZKX+340—ZKX+385段变形变化值最大，最大下沉值为31.61 mm；
（b）左洞左右两侧拱脚下沉值基本一致；
（c）根据沉降监测表显示，6月、7月、8月变形下沉值最大。
c）经过对监测段电缆沟外观观测，两侧电缆沟外边墙挤压变形、破碎严重，电缆沟内边墙与隧道衬砌之间裂缝有明显增大。
d）经过1年的现场监测，左洞变形监测段隧道整体在不均匀下沉。
4.3 建议
a）对某隧道左右洞监测段尽快进行隧道病害专项处治。
b）某隧道左右洞6月、7月、8月变形下沉值最大，专项处治时应考虑地表水对隧道下沉的影响。
c）某隧道左右洞衬砌、路面开裂段基本处于同一里程位置，开裂长度基本一致，故在隧道病害勘察设计时，应重点查清开裂段的周边及隧道底板下部的地质情况。
d）隧道病害处治完成后，应继续对该隧道进行长期监测，监测时间不少于2年。
