高速公路隧道施工监控量测技术应用研究

陈旭 尹志勇

摘要：随着我国高速公路建设的快速发展，修建的隧道越来越多，对隧道施工安全的要求也越来越高，为围岩测量的推广应用提供了非常有利的条件。围岩测量作为施工过程中要求严格、专业，且在隧道开挖中，必须从施工的实际操作中发现并解决这些问题，从而将影响降到最低。

关键词：高速公路;隧道施工;监控量测;技术

一、工程概况

某高速公路隧道为双线分离式，左右线间距为28m，隧道区海拔高程为1198.58～1939.63m，相对高差741.05m，进口段平面为直线，纵坡+1.3%。右线进口里程K88+245，出口里程K93+860，右线全长5615m。

地下水类型主要包括第四系松散堆积层孔隙潜水、基岩裂隙水等。洞身区主要为泥质砂岩、砂质泥岩夹砂岩、砂岩夹泥岩，风化程度以中微风化为主，除断裂段外，泥钙质胶结，节理裂隙较发育，岩质较软，岩体完整性较好，围岩自稳能力一般。断裂带处围岩很破碎，完整性较差，自稳能力较弱。进口段洞身穿越1条断层，为F5大文庄断裂（断层里程为K89+070-K89+240），为非全新活动断裂，围岩等级为V级。

二、围岩监控量测信息化系统特点

1.有效避免人为对监测数据采集和处理过程的干扰，确保数据真实反映和反馈处理及时性，实现超限自动预警。2.突破传统管理模式，实现监测数据采集、数据传输、服务器后台综合分析、自动反馈。系统操作简单、功能齐全、窗口界面操作便捷、实用性强，降低内业处理时间，提高管理效率。3.实现观测数据及处理结果远程实时查询、溯源管理。4.有效降低成本，具备可推广性。

三、围岩监控量测信息化系统在隧道施工中的应用

（一）超前地质预报分析

由第三方检测单位于2017年8月28日至9月29日先后采用地质雷达和TSP进行了超前地質预报，根据报告中地质雷达测线数据和TSP测试等结果，综合分析出进口右洞K89+146—K89+220地质情况，认为该段岩体比前段变差，岩体破碎，呈角砾、碎石状结构，节理裂隙极发育，结构面间胶结差，软弱夹层发育，地下水较发育，尤其是K89+182—K89+204段，掌子面极易掉块、坍塌，需严格控制开挖进尺，及时施作初期支护，必要时加强防排水措施，防止边墙及拱顶掉块坍塌。

（二）监测数据的分析应用

1.测量数据的观测、整理

掌子面地质状况表、周边收敛拱顶下沉测量数据，每次观测后立即对数据进行校核，有异常及时补测;每次观测后及时对数据进行整理，包括观测数据计算、填表制图、误差分析等。

2.测量数据分析

1）及时根据现场测量数据绘制时态曲线和空间关系曲线。当位移一时间曲线出现反弯点时，表明围岩和支护已发生了变形，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。

2）结合实测值并根据变形等级的规定，确定变形红线。当实测值接近或达到警戒值，位移速率无明显下降，且初喷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。（1）硬岩取下限，软岩取上限;（2）拱脚水平相对净空变化值，指两测点间净空水平变化值与其距离之比;拱顶相对下沉，指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比;（3）Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ类围岩可按工程类比初步选定允许值范围;（4）墙腰水平相对净空变化极限值，可按拱脚水平相对净空变化值乘以1.1～1.2后采用。项目部根据超前地质预报结果，加强了监测频率及密度，2017年10月6日，大中山隧道F5大文庄断裂带出现突发性变形，监控量测小组采用全站仪进行现场监测时，数据分析发现K89+182-K89+204段水平收敛和拱顶下沉变形异常，在重新复测确认后，2017年10月6日12：00利用便携式采集端现场上传监测数据至服务器，服务器随即进行综合计算分析，并根据设定的监测方案预警标准进行判定，得出K89+182断面监测数据，均触发速率红色预警。

监控量测信息化系统立即推送手机短信预警信息、网页版挂饰预警信息以及PC机预警提醒，通过3种途径同时推送，预警信息根据权限设置分别送至不同层级的管理人员，做到不同问题在第一时间通知相关人员进行核实、处理与反馈。现场按照2h/次加大监测频率，至2017年10月6日18：00，现场监测数据显示异常变形扩大到K89+167断面（即变形范围扩大到距离掌子面37m）;19：00，上传监测数据至服务器，项目部收到工程预警信息后，调查分析预警原因，率先采取暂停洞内施工，撤离人员及机械至安全地带，洞内设置警戒线，安排专人进行安全巡视，并对发生问题的区域连续进行监测。

建设单位收到工程预警信息后，立即组织监理、设计、施工等相关技术人员赶赴现场进行踏勘。预警断面位于F5大文庄断层破碎带中间部位（F5断层里程为K89+070—K89+240），揭示围岩为强风化，节理裂隙发育，受构造运动影响，岩体破碎，胶结性差，节理短小杂乱，地下水不发育，围岩级别为Ⅴ级。现场采用三台阶法施工，按照超前小导管+Vb支护参数进行超前和初期支护。观察发现，K89+170-K89+178段（8m）拱顶有纵向裂纹、初支剥落现象;K89+155—K89+160段（5m）右侧上中台阶结合部位初支开裂、剥落;K89+158里程左侧、K89+163里程右侧存在由拱腰处向拱顶延伸的环向贯通裂纹。组织召开现场专题会，按照“宁强勿弱”的原则，研究确定工程措施，即先封闭掌子面、初支开裂段落，进行反压回填;同时施作加固圈，增设边墙砂浆锚杆及注浆锁脚锚管;并对左右线掌子面前方30m支护参数由Vb调整为Vc，以巩固加强;预留变形量为15cm，加大收敛、沉降异常段落的监控量测频率，按照2h/次监测，持续到变形在允许范围内，并做好变形动态分析。在此次预警响应过程中，建设各方迅速采取应急处理措施，及时地解除了险情，避免了围岩异常变形加速、初支失稳带来的隐患。

四、结论

监控量测工作在整个隧道的施工中至关重要，为工程安全而快速地施工提供依据。监控量测资料从一个侧面反映了施工实际情况，是竣工文件中不可缺少的部分，可为其他类似隧道工程设计和施工提供依据，并为建成后运营管理服务。

参考文献：

[1]朱纪明.青山隧道监控量测技术及其在施工中的应用研究[D].青岛：山东科技大学，2018.