监控量测技术在高速公路隧道施工中的应用

王玉林

（云南交投集团云岭建设有限公司，云南昆明 650000）

一、监控量测技术

1、监控量测技术的介绍

随着对隧道施工的标准化及品质工程要求的不断提高，监控量测工作在隧道施工中的作用已得到重视和认可。新奥法施工主要包括三方面，分别是光面爆破、描喷初期支护、监控量测，其中监控量测主要是为隧道施工过程提供技术方面的参考，监控量测能直观地监测围岩的收敛变形，在施工中对地层（表）、建（构）筑物、地表隆降和支护结构动态进行的经常性观察和测量，并及时反馈信息以指导施工。通过拱顶沉降数据分析，合理确定预留变形量；通过周边收敛数据分析，及时调整支护参数。其原理是对监测数据进行回归分析，利用分析结果，与实际相结合对隧道施工进行指导。

2、监控量测技术的必要性

随着对交通基础设施建设的重视和县域高速公路“能通全通”的不断推进，以及对施工过程水环保工作的不断提高，特别是山岭地区高速公路桥隧比越来越高，隧道工程施工在高速公路建设中均作为控制性工程加以实施，结合监控量测工作对隧道工程施工的各个方面产生的重要作用，尤其是对工程质量、工程成本、进度等方面，监控量测应在实施性施工组织设计中加以重视。

众所周知，隧道工程是地下工程的一种，其本身具有复杂性、隐秘性、不可测量性等多种特征。隧道开发本身就存在着不可预见性等诸多问题，在施工过程中，不良的地质环境不但会给技术人员带来难题，还会造成隧道坍方、突水等情况，严重时甚至对施工人员造成生命危害，从而影响施工正常运行，造成工期延误等问题，给工程带来巨大的经济影响。随着监控量测的熟练应用，可以对隧道工程中存在的问题进行预测，从而解决问题，最终确定设计方案。监控量测在我国高速公路隧道中的应用是必不可少的，但同时也应该看到，目前在施工过程中并没有严格按照审批的监控量测方案实施，投入的人员数量、资质及仪器不符合方案要求。

二、监控量测的项目及内容

1、监控量测的内容

隧道的监控量测是对围岩内部进行位移测量以及对拱顶进行下沉测量，主要是通过对隧道围岩进行分析，对围岩的变形发展做一个准确的判断，并为之作出数据支持。对支护压力也要进行量测，并根据量测结果进行判断。按工作要求在隧道工程中对隧道的支护作业等各方面进行监测布置，并随着监控量测反映的结果，不断对数据进行调整，确保工作的顺利进行，如有特殊需要可根据具体情况，增加或调整监控内容。

2、监控量测的项目

监控量测主要是地质及支护状况的观察、周边收敛量测、地表下沉、拱顶下沉量测、围岩压力量测、弹性波测试等多项测试内容，可以根据其测试项目的必要性对其进行分类，可分为必测项目和选测项目。

⑴监控量测的必测项目。地质及支护状况的观察、周边收敛量测、地表下沉、拱顶下沉量测等都是隧道围岩量测的必测项目。①地质及支护状况：在巷道断面范围之内，进行一些正常的支护措施，保证围岩的稳定。②周边收敛量测：周边位移量测。③地表下沉：因开挖引起开挖面围岩的挤出，或因坍塌引起围岩松弛，开挖后围岩和支护、围岩和衬砌间的空隙因地下水位下降引起固结，使软弱围岩中支护下沉等原因，导致的地表下沉现象。④拱顶下沉量测：对地下工程拱顶围岩沉降绝对值的量测。

⑵监控量测的选测项目。包括围岩压力量测、弹性波测试等多项测试内容。①围岩压力量测：围岩压力是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。②弹性波测试：利用弹性波运动学和动力学特征对岩土体或混凝土进行波速测试或缺陷探测的方法。

三、监控量测的流程和方法

1、监控量测的流程

（1）对地质勘测资料进行充分分析，并在隧道施工前制定完善的监控量测方案。

（2）施工前进行监控量测方案验证，并对其进行观察。

（3）隧道施工后，对施工过程中产生的变化做出解决方案，使工程能够更好地进行下去。

（4）根据对隧道监控量测所得到的数据，对隧道安全做出判断，做好应急方案。

2、监控量测的方法

⑴对工作面及初期支护后的地段进行观察。对工程的地质条件进行观察记录，技术人员利用地质罗盘仪等工具对挖面附近初期支护状况进行观察，从而判断围岩、支护的稳定。

⑵沉降监测。针对隧道洞口段、浅埋和偏压段地表等方面。以隧道洞口为例，由于洞口段覆盖层比较薄，难以形成拱面状，对地表造成沉陷，为了使这段工程能顺利执行，确保隧道洞口的顺利建造，对地表进行沉降监测。

⑶收敛量测。①传统性接触量测：在鱼竿顶端固定一个粗细适当的挂钩，利用鱼竿对周边进行收敛式量测。②非接触性量测：采用对边量测方法或三维坐标法进行量测。

⑷下沉量测。可以使用非接触性量测的方法对拱顶进行下沉量测。

四、监控量测的数据处理分析及目的

1、量测的数据分析

主要是数学方面的分析，有两种分析方法：一元线性回归分析和一元非线性回归分析。因为测试的大多数数据是两个变量之间的关系，可以利用回归函数曲线图，对围岩的稳定性进行位移分析。

2、量测的目的

（1）确保施工人员施工的顺利进行及安全状况，对围岩变化有充分的了解。

（2）对围岩有了充分了解后，更好地对监控量测结果进行分析，并对此进行调整修改，使其经济愈加合理。

（3）为以后的隧道管理提供资料，通过不断的经验积累、资料总结，对以后的隧道开发工程提供更加完善的科技成果。

五、隧道施工中监控量测取得效果

在笔者参与建设施工的云南鹤关高速象眠山1号隧道施工过程中，通过监控量测技术取得以下三方面效果：

1、安全方面

象眠山1号隧道洞口段属于浅埋、偏压，围岩强度低，自稳能力差，如施工工艺不当易造成围岩失稳坍塌，施工过程中存在安全风险，可能给工程带来不可弥补的经济和时间损失，因此，在施工过程中加强地表下沉项目的监测，及时对量测所得数据整理分析，且施工中发现地表出现开裂，对洞内初期支护进行监测，发现喷射混凝土表面有裂缝并开始脱落。对隧道安全及时做出了判断，启动应急预案，及时撤出施工人员后隧道出现冒顶坍塌。通过监控量测，及时对隧道失稳提供了预报，避免了事故的发生，保证了隧道施工安全。

2、质量方面

象眠山1号隧道施工过程中，根据隧道所处地质、水文特征，确定以监控隧道围岩稳定性和隧道支护结构稳定性为目的的监测项目，通过对拱顶下沉、周边收敛项目长期监测数据的整理分析，发现周边收敛速率无明显下降且超过净空允许的相对收敛值，隧道内喷射混凝土出现大量的裂缝，为了保证隧道的施工安全及隧道施工质量，立即采取了补强初期支护措施，并改变支护设计参数，使隧道工程质量得到保障。

3、成本方面

由于象眠山1号隧道工程的特殊性、复杂性和隧道围岩的不确定性，通过监控量测数据分析及结合隧道超前地质预报结果，准确判断围岩级别，及时调整预留变形量和优化支护参数，使该隧道工程成本投资取得了最佳的经济效益。

六、结束语

在高速公路隧道施工中，严格按照监控量测方案对围岩进行周边位移量测和拱顶下沉量测及其他监测项目量测是一种很重要的手段，这样能够在施工中合理地对突发事件有所应对，并采取相应措施，对施工人员进行保障，对围岩的变化规律有充分的了解，能够应对隧道中的安全隐患问题，并通过对量测数据的分析，结合地质超前预报结果，及时调整预留变形量和支护参数及施工方案，使隧道施工更具有安全性和合理性。目前，高速公路已经广泛应用监控量测技术，对施工过程进行优化和指导，给隧道施工人员的安全带来了一定保障，经济方面也更加合理。