浅埋隧道施工监控量测技术

宝 富

（中铁十九局第二工程有限公司，辽宁辽阳 111000）

1 工程概况

某隧道右线全长354 m，为短隧道。隧址区属构造侵蚀中低山沟谷切割地貌，进洞口一侧受冲沟切割，地形陡峭，坡向265°，坡角40～55°，坡度大，最浅埋深2.3 m。隧址区进口一带山顶大部分基岩裸露倒悬，陡倾裂隙发育，洞顶风化层及堆积体较厚，处于基本稳定～欠稳定状态。该隧道设计速度为100 km/h，双洞6 车道，单洞限高5.0 m。

2 施工监控量测方案

2.1 监控量测目的

掌握围岩和支护动态，进行日常施工管理；了解支护构件的作用及效果；了解洞内大埋深处地应力情况以确定岩爆、大变形发生的可能性和级别；确保隧道施工及运营安全与经济；将监控量测结果反馈设计及施工中。

2.2 必测项目

2.2.1 洞内、外观察

隧道洞内外观察是整个隧道监控量测过程中的必测项目之一，目的是为了预测即将开挖处的地质条件，除此之外，隧道洞内外观察可以通过喷层锚杆的状态，分析支架结构组织的安全可靠性，并且可以获取周边围岩的稳定性数据。隧道内、外观察通常会选在隧道工程开挖后的这一时间点进行，其中观察的重要内容有地下水发育、断层、岩层产状、洞内岩性等方面内容。实时记录开挖工作面的相关地质情况，同时还要判定围岩等级。除此之外，隧道洞内外观察还要注意的是，已经开始施工的区域要进行至少一天一次的检查与记录，其中主要记录地表、二次衬砌、锚杆、混凝土等方面内容。除此之外，隧道洞内外观察时，尤其要格外重视洞深浅埋段、洞口段。

2.2.2 周边位移量测

周边位移量测也是隧道施工监控量测中一项非常重要的项目，其能够直接反应隧道围岩力状态的变化。周边位移量测可以实现3 个目的：①能够对隧道空间内部的稳定性加以判断；②能够更好地对现场的施工加以指导；③能够根据周边位移量测结果，选择合理的二次衬砌施工时间，并对围岩的稳定性加以判断。

2.2.3 拱顶下沉量测

拱顶下沉量测的主要目的是为了防止拱顶崩塌现象出现，进行拱顶下沉量测能够保障工程的安全，确保施工的顺利开展。除此之外，拱顶下沉量测可以评定围岩稳定性，从而辅助施工指导，帮助判断支护。在拱顶下沉量测中，常使用的仪器有钢卷尺、精密水准仪[1]。在进行拱顶下沉量测时，首先要在拱顶测点和标准高程点之间安放好水准仪。在确保水准仪安放好以后，将水准尺的最低端与标准高程点对齐，然后将水准尺调为水平，利用水准仪后使水准尺记录读数H1，利用前视普通钢卷尺记录读数H2。将标准高程点的高程记作H0，则拱顶测点的总高程等于3个数值之和，而在两次不同测试间，间隔时间内的拱顶下沉变化量为拱顶高程差[2]。

2.2.4 地表下沉量测

往往浅埋隧道施工过程中可能会导致地表受到波及，这主要是地层沉陷所导致的。而地表下沉量测对于浅埋隧道施工有着非常重要的意义[3]。地表下沉量测通常有以下测量内容：地表下沉量大小、地表下沉范围、地表下沉稳定时间、地表下沉量与工作面施工进度的变化规律。而在进行地表下沉量测时，会选择与拱顶下沉量测相同的监测仪器。地表下沉量测时，会选择测点，通常在测点数量上，会在横断面上布置不少于11 个测点；而测点间隔距离通常根据施工隧道的环境与地质条件进行选择，通常测点距离最小不低于2 m，最大不超过5 m。在布置地表下沉量测测点时，也要与实际地形相结合进行布置，如果实际情况需要，还需要布置多排测点，须沿隧道轴线进行布置。除此之外还要重视预埋件的埋设，要确保预埋件能够稳固的埋设起来，对预埋件还要制定一定的保护措施，例如喷红漆、设立警示牌等。

在进行地表下沉量测时，首先要选择水准点，在选择水准点时，要选择不会受到隧道施工进度影响的地方设立水准点。然后利用水准仪对其他各测点的高程进行测量。之后还要再选取额外的水准点，来进行测点高程的校核工作[4]。在进行量测时，需要注意以下事项：如果发现地表下沉速度不够稳定，地表位移量较大等情况，要采取一定的措施。如加挂钢筋网（选择更加粗、更加凑密的钢筋网）、加长加密锚杆、对喷射混凝土的厚度进行加厚、对下部结构采取一定的补强措施。

2.2.5 水文观察

隧道洞身地表水体，需进行水文地质长期观测，观测隧道施工期间地表水体及地下水位变化情况。

2.3 选测项目

围岩体内位移量测（地表设点）；围岩内部变形量量测（洞内设点）；围岩和初期支护间接触压力量测；两层支护间压力量测；钢架内力及外力量测；锚杆轴力量测；支护、衬砌内应力量测；围岩弹性波速量测；中间岩柱弹性波测试[5]。上述选测项目应结合隧道围岩性质、开挖方式有选择的进行：围岩压力、支护及衬砌应变等项目的量测频率开始时应与同一断面的变形量测率相同，当量测值变化不大时可适当降低量测频率。

2.4 特殊项目

如果出现监测数据在可控范围之外、出现异常数据，就要对监测进行复测，核实是否出现问题。提升监测频率，对变形情况能够实时的了解。除此之外还要将异常情况上报给施工单位、建设单位、设计单位、监理单位等，及时做好预警报告工作，分析可能导致问题出现的原因，第一时间采取与之相应的解决措施，处理存在的安全与质量问题。在进行处理时，监测数据是一个重要的参考，其能够准确地反应当前阶段的变形状况，要充分利用监测数据，工作人员要结合检测经验，对现场施工进行指导。

3 隧道监测测点布置

监测点布置最好能反映监测对象的实际状态及变化趋势，应布置在结构内力或变形的关键特征点、周边环境的关键部位，满足监控要求。

3.1 围护墙（边坡）顶部水平和竖向位移监测点布置原则

对于布置位置，沿基坑周边布置，周边中部、阳角处应布置监测点。监测点宜设置在围护墙顶或墓坑坡顶，且应设置在变形最大位置，不得设置在支撑位置。对于监测点间距不宜大于20 m，且每边监测点数量不宜少于3 个。水平和竖向位移监测点应为共同点。

3.2 围护墙（或土体）深层水平位移监测点布置原则

该项监测项目也称测斜或侧向变形。对于布置位置，基坑周边中部、阳角处及有代表性的部位，且应设置在变形最大位置，不得设置在支撑位置；对于监测点间距：宜每3～4 幅地下连续墙中布设1 孔，特别重要的隧道基坑应每2 幅墙布设1 孔，且每边监测点数量不应少于1 孔；对于测斜管长度，当测斜管埋设在围护墙体内时，测斜管长度应与围护墙钢筋笼深度相同，并应采取有效措施保障测斜管的无效长度小于2 m；当测斜管埋设在土体中，测斜管长度不宜小于基坑开挖深度的1.5 倍，并应大于围护墙的深度。

3.3 立柱竖向位移监测点布置原则

对于布置位置，基坑中部、多根支撑交汇点、地质条件复杂处等；对于监测点数量不应少于立柱总根数的5%。

3.4 支撑轴力监测点布置原则

对于布置位置，宜布置在支撑内力较大或在整个支撑系统中起控制作用的支撑上。对于监测截面，钢筋混凝土支撑的监测截面宜选择在两支点间1/3 部位，并避开节点部位；钢支撑若采用表面应变计监测时，宜布置在两支点间的1/3 部位，若采用反力计监测时，应布置在支撑端头，并严禁布设在支撑活络头一侧。对于测点数量，每层（道）支撑的监测点不应少于3 个，各层（道）支撑的监测点位置在竖向上宜保持一致。另外，钢筋混凝土支撑每个截面内传感器不宜少于4 个，宜布设在钢筋混凝土支撑断面4 个角部的主筋，钢支撑每个截面内不宜少于2 个。

4 实际应用情况

在该隧道右线工程项目中，按6 车道高速公路标准设计，该隧道基岩出露，隧址区进口一带山顶大部分基岩裸露倒悬，陡倾裂隙发育，洞顶风化层及堆积体较厚，有局部岩性破碎层为主要不良地质。隧道内地下水有两种类型，分别为基岩裂隙水和构造裂隙水，地下水位低于设计高程，没有较大规模的涌水与渗水，且该区域地下水与地表水没有腐蚀性，钢筋混凝土不会受到地下水与地表水的腐蚀。在地表沉降方面，研究设置测点于隧道洞口浅埋区段，设置断面3 个，每个断面3 个测点，对边坡以及地表稳定性进行测试。该隧道内地表沉降值已经稳定。在隧道周边位移方面，该案例埋设测点于隧道围岩中，对开挖后围岩变形情况进行监测，一共7 个测试断面，每个断面6 个测点。该隧道内围岩已经基本稳定。在隧道拱顶下沉方面，该隧道内一共设置16 个测试断面，每个断面3 个测点。该隧道内的拱顶下沉值随着时间不断增大，在挖掘过一段距离后，拱顶下沉速度逐渐平稳。

5 结束语

随着新奥法在隧道施工中广泛应用，施工监控量测与数据分析的作用日益突出。科学合理的监控量测以及在此基础上的数据分析，可以比较直观地判断隧道围岩的稳定性，更好地服务隧道施工，可为进一步研究隧道围岩性质提供有力依据。结果表明，此浅埋隧道施工监控量测方案和隧道监测测点布置合理，有效确保该隧道工程的施工质量。