东风隧道复杂地质围岩监控量测技术分析

李军伟

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津市 300350)

围岩量测是隧道施工的核心内容，是获知隧道围岩地质条件、结构稳定性的主要手段。在复杂地质隧道施工中，必须进行科学合理的量测，以获得真实有效的数据来改善和修正设计参数，提升设计的合理性，保证施工的安全性和效率。东风隧道地质条件复杂多变，且埋深比较大，存在很多软弱结构面，围岩稳定性比较差[1]。在施工中对围岩结构的应力、位移、变形等进行全面跟踪量测，得到了很多原始数据，及时反馈到施工中，为不同围岩条件下的隧道施工方法制定和调整，提供科学依据，也为保证施工的安全性提供基础保障。

1 工程概述

东风隧道属于滇东南高原石林期剥夷面岩溶地貌。隧道处于岩溶高原面向弥勒盆地过渡的岩溶斜坡地段，高程1 506～1 769 m，相对高差约260 m，自然坡度约15°～40°，局部较陡。地表植被发育以杂木灌木为主，缓坡地带少量辟为耕地，基岩零星出露。地表峰丘洼地、落水洞及孤峰平原等岩溶形态较丰富。隧道进、出口有便道通过，交通方便，洞身公路及便道稀少，交通条件较差。

2 开展隧道复杂地质围岩量测的目的

东风隧道地质条件复杂，且影响施工速度、施工安全、施工进度、施工质量的因素比较多，通过开展科学合理的隧道复杂地质围岩量测，能够保证施工安全，促使围岩结构始终处于稳定状态，能对支护结构的效果进行及时验证，以更合理地对围岩结构支护参数及隧道施工方法进行确定，确保施工效率和施工的安全性[2]，同时，能积累更多的量测数据和经验，为确定二次衬砌施工时间提供参考，并对周围环境情况进行监测，发现问题及时处理。

3 东风隧道复杂地质围岩量测

3.1 明确量测项目内容

为保证后期施工方案制定，为施工工艺调整提供真实有效的依据，按照隧道复杂地质围岩的特点，开展地质围岩测量工作。为减少量测项目的工作量，需要结合地质条件，合理区分必测项目和选测项目。就东风隧道地质围岩工程而言，为保证施工的安全性，需要对隧道内外部情况、拱顶下沉量是否在允许范围内、隧道净空变化情况、地表是否存在沉降，且沉降量是否在允许范围内等进行科学合理的必要量测。而选测项目则指的是按照施工中遇到的实际情况来判断是否需要进行量测[3]。本工程在必测项目中，不同项目，需要选择与之相适的量测方法和工具，比如：在对隧道内外部情况量测时，选择高清数码相机联合测量仪进行量测；而拱顶下沉量是否在允许范围内，则选择水准仪联合钢挂尺的量测方法；在净空变化量测中，则采用高精度自动化水准仪进行量测；地表沉降量测的主要地段为隧道浅埋段，采用水准仪和全站仪联合检测。这样，保证了各必测项目的量测质量和精度。

3.2 量测断面及布点

在隧道复杂地质围岩量测中，量测断面及布点影响因素比较多，是一项非常重要且难度较大的工作。量测面与测点的选取对保证量测数据的精度有很大影响。因此，在本工程量测中，量测断面具体布置原则为：当埋深在2～2.5倍开挖宽度之间时，纵向测点间距控制在20～50 m；当埋深在1～2倍开挖宽度之间时，纵向测点间距要控制在10～20 m；当埋深小于开挖宽度时，纵向测点间距要控制在5～10 m内。地表沉降量测点的横间距需控制在2～5 m，若对隧道中心线附近进行量测，需做测点加密处理，且隧道两边量测的范围不能小于隧道埋深与隧道开挖的宽度总和，若遇地表上有建筑物，要适当加宽量测范围[4]。净空变化和拱顶下沉量测点要布设在同一断面上，表1为拱顶下沉和净空变化量测断面间距。

表1 拱顶下沉和净空变化量测断面间距表

表1中，只规定了Ⅲ—VI级围岩的量测断面间距，如果是Ⅱ级围岩则要按照现场实际情况，合理确定量测断面间距[5]。为保证量测的准确性，隧道拱顶下沉量测点需要尽量布置在隧道拱部的中心轴线上。若隧道跨度比较大，则根据实际需要，在隧道拱部增加量测点。而在净空变化量测测线数量确定时，不同的隧道开挖方法，不同的地段，量测测线数也不相同[6]。本工程开挖方法选择了分部开挖法，即在一般地段，净空变化量测测线数为每分部一条水平测线。若遇到特殊地段，在中隔壁法或交叉中隔壁法的上部，双侧壁导坑法的左右两侧，每部位要布设两条斜测线及一条水平测线，其余部位只布设一条水平测线(见图1)。

图1 分布开挖法净空变化量测测线数量图

3.3 合理确定量测频率

在必测项目量测中，确定量测频率是整个量测工作的重中之重，需要按照测点距开挖面的距离和位移速度来确定量测频率[7]。要尽量选择较高的量测频率，如遇异常及不良地质，根据具体情况要增大量测频率。在本案例工程中，开挖面距离量测频率及位移速度量测频率(见表2—3)。

表2 按距开挖面距离确定的监控频率

表3 按位移速度确定的监控频率

3.4 量测控制基准

本工程地质条件复杂多变，施工难度比较大。为保证施工质量，结合工程实例，选择分部开挖方法，边开挖，边量测。每部分开挖时，需要建立起合理的量测基准作为隧道施工中各项标准量测的依据，以保证施工进度，避免相互影响和干扰。(1)隧道内部位移量测控制基准。需要按照观测点距离开挖面的距离，合理确定位移控制基准。(2)地表沉降量测控制基准。需要以东风隧道地层稳定性为依据，按照周围建筑物的安全要求不同进行合理确定，并选择最小值，作为地表沉降量测控制基准。(3)爆破振动量测控制基准。为提升施工效率，很多地段都采取了爆破施工技术。频率范围按照类似工程或者现场实测波形进行确定。如果是孔深爆破，则频率选取参数可控制在10～60 Hz之间；如果是浅孔爆破则频率选取参数要控制在40～100 Hz之间[8]。

在隧道开挖中各项目量测结果没有发生明显变化，同时，如果位移发生的变化量已经达到最大位移变化量的90%以上，则需要进行隧道二次衬砌施工。

4 围岩监控量测成效

东风隧道地质结构复杂，地质勘测难以获得准确、真实、有效的地质条件参数，因此，需要边施工，边量测的方法，以便及时掌控隧道围岩地质条件，开展有针对性的处理，来保证施工的安全性和有效性[9]。本工程在隧道复杂地质围岩量测中，从复杂地质围岩量测的目的、需要量测的项目、量测断面及布点原则、量测频率、量测控制基准等方面同时入手，取得如下成效：

(1)为制定和调整隧道施工参数与施工方法的选取提供参考依据。

(2)通过爆破振动量测控制基准，为确定爆破参数提供数据支持，实现了对振动的有效控制，保证了爆破施工安全。

(3)按照量测结果，及时调整施工方案，缩短了施工工期，保证了施工的经济效益[10]，加快了施工进度。