監控量測在洞沖里隧道施工中的應用

熊 君，孟陽君

(益陽市交通規劃勘測設計院，湖南益陽 413000)

新奧法(New Austrian Tunneling Method，簡稱NATM)是隧道建設中最普遍的方法，其核心是以維護和利用圍巖的自穩能力為基點，將錨桿和噴射混凝土聯合在一起作為主要的支護，用以控制圍巖的變形和松馳，形成以錨桿、噴射混凝土和隧道圍巖三位一體的承載結構，共同支承山體壓力。

隧道監控量測作為新奧法的三大核心之一，對評價隧道施工方法的可行性、設計參數的合理性，了解隧道施工實際圍巖級別及其變形特性等能夠提供準確、及時的依據，對隧道二次襯砌的施作時間具有決定性意義。

1 工程概況

洞沖里隧道(k0+615.77 ～k1+468.83)位于湖南省桃江縣水口山鄉洞沖里村至沾溪鄉稻田村，全長853.06 m，屬于中隧道。隧道位于直線上，單向縱坡-1.98%。隧道路面雙向橫坡2%。隧道輪廓線按60 km/h行車速度確定，采用雙心圓，凈寬9.0 m，凈高8.40 m。

洞沖里隧道圍巖設計主要Ⅲ、Ⅳ級，部分地段為Ⅴ級圍巖復合式襯砌支護結構。初期支護采用鋼筋網片、鋼架、錨噴射混凝土聯合支護，圍巖壓力主要靠二次襯砌提供抗力。根據地質情況及工程設計特點，洞沖里隧道采用臺階法施工。

2 監控量測目的及內容

監控量測是施工工藝流程中的一個重要工序，應貫穿施工的全過程。監控量測應達到下列目的:

1)掌握圍巖和支護的動態信息并及時反饋，指導施工作業。

2)通過對圍巖和支護的變形、應力量測，為修改設計提供依據。

開工前應根據設計要求，并結合隧道規模、地形地質條件、施工方法、支護類型和參數、工期安排，以及所確定的量測目的等編制量測方案。編制內容應包括:量測項目、量測儀器選擇、測點布置、量測頻率、數據處理、反饋方法，以及組織機構、管理體系等。量測計劃應與施工進度計劃相適應。

隧道監控量測分為必測項目和選測項目兩類。根據《公路隧道施工技術規范》(JTG F60-2009)，我國公路隧道施工的監控量測有15個項目。根據設計及實際地質情況，洞沖里隧道監控量測控制的項目見表1。各監控項目量測頻率按《公路隧道施工技術規范》要求進行。

3 監控量測數據與分析

通過對監控量測數據的整理和回歸分析，可以得到相應圍巖的收斂速度及變形加速度等。為進一步判斷量測部位的圍巖自穩定性質、初期支護的支護效果，對工作面前方未開挖部分的地質情況做出預報，便于施工中采取事先有效的預防措施，提高工程的進度和工效。

數據采集后，及時進行分析處理，在量測的當天根據現場量測數據和實際情況繪制以下曲線:①凈空水平收斂時態曲線;②拱頂下沉時態曲線;③凈空水平收斂與距開挖工作面距離的關系圖;④拱頂下沉與距開挖工作面距離的關系圖。將數據和各種圖表分析處理后，及時提供給隧道施工單位、業主和監理，便于指導施工和安全生產。

表1 監控量測項目

3.1 周邊位移數據及分析

隧道周邊位移聯測采用收斂劑進行測量，每一個斷面布置3調測線，具體布置見圖1，本文限于篇幅，僅列出k0+920斷面的數據，見圖2。

分析表1、圖2可知:隨著時間的增大，斷面水平收斂逐漸趨于穩定，實測水平收斂終值為5.81 mm;分析實測曲線線型，擬采用曲線:

圖1 洞沖里隧道初襯收斂測線布置圖

圖2 k0+920斷面水平收斂實測值與擬合值對比圖

圖3 地表沉降觀測點布點示意圖

擬合實測值，擬合水平收斂終值為5.04 mm。

根據表1數據，從6月20日開始，k0+920斷面處的平均沉降速率值均小于0.20 mm/d，且該測試項目位移明顯收斂，根據規范條文，可得出該斷面已處于穩定狀態。

3.2 地表沉降數據及分析

根據現場實際，結合施工條件，隧道監控人員于2009年5月5日埋設6個地表沉降觀測點，具體布置見圖3。鑒于篇幅本文僅列出1-1點的觀測數據，見圖4。

由圖4不難看出:隨著時間的增長，1-1點沉降逐漸趨于穩定，當采用擬合曲線時，估計最終沉降量為18.48 mm ＜Un/3。

圖4 1-1#測點

由圖4可得:因隧道明洞仰拱及邊墻開挖，地表沉降觀測點1-1觀測值初期變化劇烈，最大沉降速率達到了2.1 mm/d(埋設觀測點后的第一天)，埋設觀測點200 d之后，沉降速率小于0.20 mm/d，由公路隧道施工技術細則(JTJ/T F60-2009)判定地表沉降已經穩定。

3.3 拱頂沉降數據及分析

根據《公路隧道施工技術規范》的要求，結合本項目的實際情況，從隧道進口50 m開始，每隔50 m設置一個觀測斷面。本文選擇k0+735斷面作為研究對象，分析拱頂下沉的相關規律。

分析圖5可知:k0+735斷面處的平均沉降速率值均小于0.20 mm/d，且該測試項目位移速率明顯收斂，可得出該各斷面拱頂已穩定。

3.4 圍巖內部位移數據及分析

洞沖里隧道于2008年利用光纖光柵位移傳感器進行了圍巖內部位移量測工作。選擇k0+850作為測試斷面，共布置了3個測點，每個測點有3個不同深度的鉆孔，分別為 1.2、2.2、3.2 m，斷面測點布置如圖6所示。

根據洞沖里隧道k0+850斷面的圍巖內部位移曲線。最大位移量位于洞頂的測點3，為1.627 mm。而3個測點量測期間的最大日位移速率發生在位于洞壁的測點2，為0.133 mm/d。監測曲線表明所有點圍巖位移變化已經基本穩定。

圖5 k0+735累計沉降-時間圖

圖6 圍巖內部位移測點

由圖7～圖8可以看出，各測點隨著深度的增加位移逐漸變小，測點2、測點3的1.2 m和3.2 m的測點位移與時間成比例關系，而2.2 m的測點位移與時間成非線性關系，隨著時間的變化，位移逐漸趨于穩定。

3.5 鋼架內力數據及分析

根據現場實際條件，選擇k0+920、k1+160作為鋼架內力觀測斷面，觀測斷面測點布置見圖9，觀測數據見圖10～圖11。

圖7 不同深度位移-時間圖

圖8 深度2.2 m處位移與時間的關系

圖9 鋼架內力測點布置

圖10 k0+920測點鋼架內力

圖11 k1+160測點鋼架內力

由圖10可以看出，k0+920斷面，拱頂斷面上緣鋼拱架在受拉，下緣受壓，施工前后(從架設鋼拱架到二襯施做)拱頂內力變化較小，變化幅度為-0.6～0.3 kN，相比之下靠近拱頂約八分點位置，鋼拱架內力變化較大，變化幅度為-4.2～-0.6 kN。如圖11所示，同樣的規律也適用于k1+160斷面。

3.6 錨桿內力監測數據分析

根據現場實際條件，并結合規范要求，洞沖里隧道錨桿內力監測斷面選擇在邊墻位置，間距為20～50 m(Ⅱ類圍巖取50 m，Ⅲ類圍巖取30 m，Ⅳ類圍巖取20 m)。限于篇幅，本文就k1+020，k1+240兩個斷面進行論述。

由圖12～圖13可得，施工前后，整體來看錨桿內力變化較小，當量測斷面距開挖工作面的距離在1B～5B時，錨桿內力變化較大;＞5B時，錨桿內力基本不再變化;所有監測錨桿隨著時間的變化，內力逐漸增大，并最終趨于穩定。

圖12 洞沖里隧道k1+020斷面錨桿內力

圖13 洞沖里隧道k1+240斷面錨桿內力

4 結束語

在參建各方的努力下，洞沖里隧道于2009年10月28日順利貫通。

1)洞沖里隧道監控量測過程中，將注漿納入工序化管理，開挖后及時對周邊圍巖徑向預注漿、二次注漿，在不影響施工進度的同時，對中下部的變形控制在可控范圍之內。

2)收集量測數據時，要盡可能采用精密儀器，并且詳細記錄每天圍巖、支護、天氣等情況。

3)量測數據分析要及時，準確，盡量保證排除偶然性。保證反饋結果準確性，指導設計、施工和修改支護參數，使監控量測數據能真正起到知道施工的目的。

4)量測人員固定，施工隊重視，要能保證監控量測指導施工。

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