香炉山隧洞软岩段监测方案分析与改进

张 亮，张学良，赵建平，王丽娟

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650041)

0 引言

长距离隧洞工程施工难度大，主要原因是线路长，水文、地质条件复杂，尤其是在地质构造活动较为强烈的区域[1]。在长期的地质构造活动影响下，隧洞围岩变化较大，围岩强度差异大，导致施工难度较高[2-3]。同时，在构造活动强烈区域常发育断裂活动带，导致隧洞施工易涌水。因此，针对这种情况，加强施工中的监测工作非常必要，也是保障工程安全的重要工作内容[4-10]。下文以香炉山隧洞软岩段为例，对监测结果进行分析，提出相关监测建议。

1 工程概况

大理I段主体施工3标所辖桩号范围DLI36+800～DLI63+342，长约26.542km，施工部位包括香炉山隧洞主洞(DLI36+800～DLI62+596)、香炉山隧洞7#和8#施工支洞、香炉山退水洞、积福村渡槽、积福村隧洞，其中，香炉山隧洞主洞桩号范围DLI36+800～DLI62+596，香炉山隧洞是工期控制性施工项目。

香炉山隧洞7#施工支洞上游侧主洞DLI 56+345～DLI 53+749为软岩变形段，在TBM施工中出现变形大，钢支撑出现明显扭曲变形，多次更换后仍不稳定，存在较大安全隐患。

根据要求，于2022年6月20日起，对施工方布设的收敛测点进行监控量测成果复核工作，截至目前，已对DLI54+075～DLI53+367软岩变形洞段共计复核施工收敛38个断面，独立复核收敛2个断面(DLI53+749、DLI54+075)。

2 软岩变形洞段的设计与监测

2.1 监测目的

根据香炉山隧洞的总体布置、结构形式、工作特点、围岩条件等，主要监测项目为4个。

(1)隧洞进、出口及沿程水位监测。

(2)变形监测：包括收敛变形复核监测、围岩内部变形监测、浅埋洞段的地表沉降监测、隧洞活断层错动监测、衬砌和围岩的结合面开合度监测等。

(3)渗流监测：隧洞外水压力监测等。

(4)应力应变监测：包括衬砌混凝土应力应变监测、钢筋应力监测、围岩压力监测、支护措施受力监测等。

2.2 断面及测点布置原则

(1)每条隧洞均应设置综合监测断面，长隧洞2～5km宜设1个断面，短隧洞宜在围岩较差处设代表性断面。

(2)隧洞断面位置根据围岩地质条件选取，一般在活动断层带、软岩带、高地下水及不利结构面等处均应设置代表性监测断面。

(3)为了便于电缆牵引和供电，监测断面位置宜尽量靠近隧洞进、出口或施工支洞附近布设。

(4)监测断面应综合布置变形、渗流、混凝土应力应变、接缝开度、支护措施受力等各类监测仪器。

(5)施工期应采用收敛法进行表面收敛监测。收敛断面，一般间距100～300m，在不良地质洞段，间距约3倍洞径至50m；每个收敛断面布设5～7个收敛测点；初测收敛断面尽量靠近开挖掌子面。

2.3 监测方案

大理I段主体施工3标所辖桩号范围DLI 36+800～DLI 62+596，长约25.796km。依据监测设计，共计布设114个复核性收敛断面，11个综合监测断面：DLI 60+530、DLI 58+820、DLI 57+900、DLI 55+865、DLI 53+810、DLI 51+560、DLI 50+500、DLI 48+370、DLI 45+320、DLI 42+455、DLI 40+615，布设间距介于0.98km：(DLI 58+820～DLI 57+900)～3.05km：(DLI 48+370～DLI 45+320)。

DLI 54+200～DLI 53+357软岩变形段设计布置3个收敛监测断面：DLI 53+990、DLI 53+870、DLI 53+540。1个综合监测断面：DLI 53+810。经现场围岩实际情况进行动态设计调整：DLI 53+990收敛监测断面调整至DLI 54+075，DLI 53+870收敛监测断面调整至DLI 53+749，DLI 53+540收敛监测断面调整至DLI 53+491。DLI 53+810综合监测断面原设计布设在鹤庆-洱源断裂带(F12断裂带)，按设计要求，该断面需等开挖至F12断裂带后再进行安装埋设。

2022年6月初，香炉山隧洞7#施工支洞上游侧主洞开挖至DLI 54+200，设计明确主洞开挖已进入F12断裂(DLI 53+747～DLI 53+912)带影响带。围岩主要为松桂组碳质泥岩夹页岩，岩体破碎，节理发育，围岩整体性、稳定性差。按要求，需对施工方变形较大的收敛测点进行复核监控量测。

3 监测工作及其成果

3.1 现场情况

依据监测布置，DLI 54+200～DLI 53+357软岩变形段设计布置3个收敛监测断面：DLI 53+990、DLI 53+870、DLI 53+540，1个综合监测断面：DLI 53+810。

3个收敛监测断面已按调整后的桩号安装埋设完毕，并对54+075、DLI 53+749断面收敛测点进行观测工作，但DLI 53+491断面收敛测点由于受遮挡无法开展观测。

DLI 53+810综合监测断面，设计意图是布置在断裂带处。目前，根据岩体情况，研究认为还未到断裂带，故该综合监测断面未实施。

3.2 主要监测成果

香炉山隧洞DLI 54+200～DLI 53+357软岩变形段布设3个收敛监测断面，布点位置：第一层5点(顶拱)，第二层3、4点(拱肩)，第三层1、2点(边墙)。收敛监测成果，见表1。

表1 香炉山隧洞7#支洞上游监测成果汇总表

(1)DLI 53+749断面收敛测点于2022年10月18日埋设，同日开始观测，围岩类别为Ⅴ类，截至2022年12月20日，断面各测线累计收敛值介于12.0～177.1mm之间。观测初期呈小幅增大变化，之后逐渐趋于平稳。2022年12月13日，该部位收敛速率持续增大，周收敛变形83.4mm，日收敛速率为11.91mm/d。巡视检查发现，周边已加固的钢拱架出现变形，引起参建各方高度关注。

(2)DLI 54+075断面收敛测点于2022年6月20日埋设，同日开始观测，围岩类别为Ⅳ类。截至2022年12月20日，断面各测线累计收敛值介于1.0～52.0mm之间。观测初期至2022年9月上旬，收敛变形呈增大变化趋势，后经施工方加固处理后。目前，该部位各测点变形基本趋于收敛。

4 监测布置建议及难点分析

4.1 监测布置

香炉山输水隧洞穿越龙蟠-乔后、丽江-剑川、鹤庆-洱源等多条活动断裂，年位移速率0.9～6mm，每年不等，难以通过工程选线、选址来回避断裂带。断层的活动性是影响和制约深埋长隧洞设计、施工及运营的主要因素之一。

为适应活动断裂带围岩的应力状态和持续变形，开展了活动断裂的地质学研究，重点研究活动断裂对地应力场的影响、活动断裂带的振动对隧洞位移场的影响(即隧洞抗震问题)、活动断裂的错动对隧洞位移场的影响(即隧洞抗断问题)。通过采取相应的设计和施工措施，避免了活动断裂带对输水建筑物的影响。同时，在施工和运行过程中需重点加强安全监测，以便及时采取应对措施，保证隧洞的安全运行。

依据软岩大变形洞段工程实际状况，拟在软岩大变形洞段增设部分监测断面，通过对围岩变形、锚杆支护应力监测，获取准确可靠的监测数据，为临时应急处置决策提供技术支持，确保施工过程中人员和设备安全。监测布置方案如下。

(1)建议增设4个综合监测断面，布设桩号为DLI 53+381、DLI 53+491、DLI 53+749、DLI 53+968，具体桩号可根据现场施工条件进行调整。

(2)新增监测断面仅作为临时监测用，不接入永久监测系统，故选用仪器为振弦式仪器。

(3)新增每个监测断面布置多点位移计、锚杆应力计各5套，分别布置于拱顶、两拱肩及拱腰；多点位移孔深应根据钻孔情况确定，初步估计为31m，采用三点式；锚杆根据施工锚杆确定，每根锚杆布置2个测点。

(4)原定的收敛监测断面不变。

(5)原DLI 53+810监测内容不变，仍按原计划，根据揭露的岩体情况布置在断裂带处。

4.2 监测施工难点及注意事项

(1)多点位移计钻孔时成孔难度大，钻孔可能会因岩体过于破碎而难以成孔。

(2)注浆难度大。因岩体已经出现了较大变形，很难确保注浆密实，造成锚固点不能有效固定，最终影响数据的真实性。

(3)多点位移计最大量程为300mm，该洞段变形较大，可能会在较短时间内因变形超量程而失效。

(4)锚杆不能与其周围岩体有效固定，或变形过大失效。

(5)由于钢支撑变形过大而时常更换，过程中极易损坏监测仪器。

(6)监测数据能否真实反映岩体变形，规律尚不确定。

5 结论

(1)根据原监测方案的变形观测数据，DLI 54+075断面围岩类别为Ⅳ类，断面各测线累计收敛值介于1.0～52.0mm之间；观测初期收敛变形呈增大趋势，经加固处理后，该部位变形基本趋于收敛。DLI 53+749断面累计收敛值介于12.0～177.1mm之间，周边已加固的钢拱架出现变形，变形尚未收敛。

(2)针对已经获取的变形观测数据，建议增设4个综合监测断面；同时需要注意监测点施工时的质量及交叉作业的影响，以保证监测数据的准确性。

(3)由于监测数据的局限性，监测数据能否真实反映岩体变形规律尚不确定。因此，施工中应加强监测频率，增加监测断面，确保施工安全。