复杂地质环境下山岭隧道监控量测技术研究

姚士磊，何伟

（中铁隧道局集团有限公司勘察设计研究院，广州510000）

1 引言

公路作为我国交通运输体系的重要组成部分，在区域开发以及人员交流等方面发挥着关键性作用，随着我国公路体系的日益完善，建设开发规模的逐步扩大，建设区域逐步向偏远地区转移，公路施工难度增加。基于这种实际，施工企业在施工环节普遍采取监控量测的测量方式，及时掌握施工现场的基本信息，采取灵活的技术手段，对施工活动进行修正，在确保施工质效的同时，降低施工风险，尤其在复杂地质环境下，公路隧道施工难度较大，如果没有采取必要的监控量测技术，势必影响整体施工进度，造成工程延期。本文着眼于实际，在对监控量测进行全面梳理的基础上，充分借鉴过往有益经验，结合复杂地质环境下隧道施工的实际情况，全面探究监控量测技术的应用方式，构建起完备的技术应用机制，实现对施工活动的实时监控。

2 监控量测概述

作为新奥法的重要组成部分，作为一种监测机制，监控量测技术主要针对公路隧道施工过程中围岩-支护的安全性，通过一系列的检测手段，对各个监测点支护效果以及围岩状态进行评估，帮助施工人员及时掌握相关信息，调整施工参数，优化施工方案，在确保隧道施工质量的基础上，确保施工效率。具体来看，借助于必要的数据参数，技术人员能够对隧道的开挖方式、施工工艺进行针对性选择，同时，也为后续相关施工管理工作的开展奠定坚实基础，确保了公路隧道施工管理的有效性，理清了各个管理环节[1]。在监控量测机制下，施工人员从整体上把握隧道围岩以及相关支护结构变形的基本规律，与其他监测方式相对比，监控量测对隧道掌子面的稳定性、隧道初期支护、砌衬操作的可行性以及必要性进行了全面评估，大大提升了公路隧道施工的科学性，避免出现施工差错，影响整个施工质效，造成不必要的施工风险。从过往情况来看，需要做好洞内观测、隧道拱顶下沉测算、隧道水平收敛评估、地表沉降量计算等工作，通过系统化测量监控，实现了对隧道内围岩状态以及支护结构设置等基本数据的获取。考虑到部分地区，地质环境较为复杂，常规性的监控量测无法完全体现相关情况，因此，工作人员就应当结合实际情况，在常规性监测的基础上，适当增加监测项目，以确保监控量测工作落实到位[2]。

3 复杂地质环境下公路隧道监控量测仪器的选用

为做好地质复杂环境下公路隧道监控量测工作，工作人员应当吸取过往经验，在明确公路隧道施工区域基本情况的基础上，有针对性地做好监控量测仪器的选用，通过这种方式，确保监控量测数据的准确性以及有效性。

公路隧道内施工环境较为恶劣，由于各个工种同时进行施工作业，加之潮湿、阴暗的环境，增加了施工难度，同时，地质活动较为频繁，施工安全系数较低，在这种环境下，如何进行有效的监控量测就成为施工企业共同关心的问题。从欧美等国家的经验来看，为了应对复杂多变的隧道施工环境，可以通过合理选用监控量测仪器的方式进行应对，通过针对性的筛选以及使用，确保了扫监控量测的有效性。基于我国地质环境的特点，公路隧道监控量测仪器选择环节，技术人员应当在科学性原则以及实用性原则的引导下，借鉴外国有益经验，做好相关测量仪器的选用工作。公路隧道围岩与支护结构测量过程中，由于主要测量其应力与位移情况，因此，可以选择电测量的方式，其间所选用的各种仪器，仍旧需要根据实际情况，进行灵活变通。例如，对于变形量较小的隧道，使用精密度较大的传感器，便于捕捉微小的形变量，而对于变形量较大的隧道，则选用精密度相对较低的传感器，通过这种方式，既能够保证监控量测的测量结果的科学性，又能够避免额外的费用支出，节约施工成本[3]。针对常规性的公路隧道监控量测，则需要技术人员根据检测项目，选择相应的仪器设备，例如，洞内观测仪器的选择，主要包括地质罗盘、放大镜、地质锤等。放大镜主要用于隧道内岩石组成以及裂隙发育程度的观测；地质锤主要用于评估隧道基岩的硬度，通过系统化的操作，推动各项公路隧道监控量测工作的顺利进行，为隧道施工活动的开展提供必要的技术支持。

4 复杂地质环境下公路隧道监控量测技术应用方案

地质复杂环境下公路隧道监控量测技术的应用涵盖多个方面的内容，为确保相关监控量测工作的有序开展，工作人员需要在前期工作的基础上，合理使用监控量测的测量仪器，制订系统化的技术应用方案，做好数据分析工作，实现对隧道施工活动的引导规范，切实保证地质复杂环境下公路隧道施工活动的有序开展。

4.1 监控量测技术方案的制订

目前，使用新奥法设计与施工的隧道，都需要进行监控量测技术来进行辅助，才能够确保施工的有效性。监控量测技术通过必要的仪器将隧道施工过程中围岩以及支护结构的受力状态进行了数学分析，并且结合相关模型，为施工人员相关施工活动的开展提供了必要的数据支持。基于监控量测技术的重要性，在实际施工环节，技术人员需要着眼于实际，结合监测内容，选择合适的监控量测仪器，以确保各项各项量测工作落实到位[4]。在方案制订的初期，施工企业应当组织技术人员提前进入现场，明确监控量测涉及的相关项目，以此来有针对性地完成对隧道内围岩属性、隧道施工深度、施工方式的确定，大大提升整个公路隧道施工的有效性。在明确监控量测基本内容的基础上，技术人员还应当做好监测方法的选择工作，以确保各项检测数据获取的科学性。以某公路隧道为例，该公路全长1638.69m，隧道施工区域地质环境极为复杂，为确保施工质效，施工单位选用新奥法进行项目设计与施工，基于这种实际，施工企业安排人员对隧道进行监控量测作业，考虑到项目的特殊性，技术人员将隧道横向作为主断面，将相关测量点沿着主断面进行排布，并将测量点之间的距离控制在2～5m，在同一断面内设置8～10 个测量点，以此来保证整个监控量测环节中隧道围岩以及支护结构数据获取的准确性、可靠性。基于防范隧道沉降的目的，技术人员还应当对地面沉降量进行计算，在计算过程中，可以距隧道衬砌结构的H+h处开始挖掘（H为公路隧道深度；h为公路隧道自身高度）。开挖工作完成后，在开挖区域设置3 个预埋点，使用水平仪进行测量，逐步形成一个完整的监控量测方案。如图1 所示。

图1 复杂地质环境下公路隧道监控量测布局方案

通过系统完备的布局，确保监控量测工作能够有序开展，满足现阶段复杂地质环境下隧道施工活动的相关要求，对施工活动的优化以及施工管理工作的开展大有裨益与促进。

4.2 量测数据的回归分析

在完成对复杂地质隧道施工活动之后，技术人员应当在现有工作的基础上，依据所获得各项数据，进行隧道围岩以及支护结构位移、收敛速度等信息的分析，形成曲线图，为施工人员提供直观的参考，便于现场管理人员灵活调整施工方案，有效开展管理工作。在这一过程中，应当做好曲线数据的分析工作，例如，可以使用matlab 数学分析软件，对监控量测曲线进行回归性分析，通过回归性分析，对公路隧道中可能出现的位移位置进行确定，在实际的位移位置测量的过程中，工作人员从拱顶沉降回归分析、周边位移回归分析2 个层面入手，做好相应的回归分析工作。具体来看，在拱顶沉降分析环节，将隧道监控量测中获得的数据分别代入沉降函数始终，从而获得拱顶沉降曲线，如图2 所示。

图2 拱顶车沉降回归曲线

通过对原始数据、对数回归、指数回归以及双曲回归等相关参数的梳理，较为准确地实现隧道拱顶位移情况的判定，为后续相关施工活动的开展奠定了坚实基础。同时，以回归分析为切入点，施工人员逐步掌握隧道开挖施工过程中隧道变形规律，增强施工活动的针对性，为后续相关施工活动的有序开展奠定了基础。

4.3 量测数据的应用

在公路隧道监控量测数据应用过程中，施工单位应当从整体层面出发，做好施工团队与监控量测团队之间的沟通交流工作，确保监控量测数据的实用性。在这一思路的指导下，施工单位有必要建立系统完整的信息交互平台，施工人员及量测人员能够针对隧道施工测点埋藏位置、数据记录方式、数据提供方式等进行交互，确保各类数据信息的实用性，满足现阶段复杂地质环境下，隧道施工的基本要求[5]。同时，做好设计方、施工方之间的沟通，确保监控量测数据的实用性，需要结合隧道施工的实际进度，调整监控量测方式，避免出现施工与量测相互干扰的情况，确保施工进度，保证施工周期。

5 结语

复杂地质环境下公路隧道监控量测技术的应用，在相关技术的支持下，实现了隧道施工信息的实时获取，大幅度增强地质复杂环境下公路隧道施工的有效性以及针对性。基于这种认知，本文在分析监控量测作用以及基本项目构成的基础上，结合复杂地质环境下公路隧道施工的实际，做好相关仪器设备的选型工作，在此基础上，吸收以往经验，制订系统的技术应用方案，扎实推进复杂地质环境下公路隧道监控量测技术的合理高效使用。