監控量測技術在高速公路隧道施工中的應用探討

【摘 要】目前，高速公路隧道的建設已廣泛采用現場監控量測技術來設計與施工。通過對隧道進行監控量測，可以預測預報圍巖的變化情況，并優化設計和指導施工，以確保隧道施工安全，使工程投資更加經濟合理。該文主要就高速公路隧道在建設中監控量測的項目及方法加以介紹，闡述在高速公路隧道建設中的施工監控量測工作。

【關鍵詞】高速公路隧道；監控量測；應用；方法

0.引言

隧道的監控量測能及時改變支護類型及時問，對工程的質量、工程的進度、工程的成本起到了至關重要的作用。隧道圍巖變形量測是新奧法現場量測的首要內容，是確認或修改支護設計參數和判別圍巖穩定的依據，是保證隧道施工安全的一項重要措施。為了保證隧道的設計凈空斷面，監理人員應嚴格要求施工單位按規定進行拱頂下沉和凈空量測，量測數據及分析結果應及時與設計進行比較，掌握地表沉陷、圍巖和支護的工作狀態，對圍巖穩定性作出評價，確定或調整支護結構、支護參數和支護時間：評價支護結構的合理性及其安全性，并對設計和施工的合理性進行評估和信息反饋，以確保施工安全和隧道的穩定。

1.監控量測的必要性

20世紀70年代以來，隨著新奧法技術的問世以及在中國的成功應用，通過廣大公路建設者的不斷實踐和總結，逐步將新奧法中的“利用量測信息確保施工安全”的技術途徑發展到采用監控量測對掌子面前方工程地質、水文地質條件進行動態監測和對圍巖、支護的時空變形、應力、壓力進行量測，通過反饋信息及時修正支護參數的動態反饋設計與信息化施工方法，真正起到“指導施工、修正設計”的目的。

隧道是地下工程，具有隱蔽性、復雜性和不可預見性等特征。一方面隧道周圍及掌子面前方的工程地質、水文地質條件與隧道施工安全密切相關。不良的地質條件極易引起隧道坍方、突水突泥，不僅在技術上給隧道施工帶來極大的困難，也常常因突發事故導致人身傷亡、設備損失、工期延誤，從而造成巨大的經濟損失；另一方面，各階段工程地質勘察手段的局限性，難以準確地查明洞身圍巖狀況，導致圍巖劃分的不準確或偏保守，施工中如果完全照搬就有可能導致巨大浪費或安全事故。通過對圍巖、支護的時空變形和應力、壓力的量測數據分析，對隧道支護狀態進行評價，可及時預報險情，亦可結合隧道超前地質預報評定設計的合理性，從而反饋到設計，對原設計方案適時予以變更。

2.隧道量測的內容及目的

2.1隧道監控量測的必測項目

為了保護隧道的順利開挖及二次襯砌的時間，隧道圍巖的量測必測項目一般包括地質及支護狀況觀察、周邊收斂量測、拱頂下沉量測、地表下沉。地質及支護狀況觀察包括巖性、巖層產狀、結構面、溶洞、斷面描述、支護結構裂縫等：周邊收斂量測是量測隧道周邊位移，了解收斂狀況、斷面變形狀態，判斷穩定性：拱頂下沉量測是監視拱頂下沉，了解斷面的變形狀態，判斷隧道拱頂的穩定性：地表下沉是根據地表下沉位移量判定隧道開挖對地表下沉的影響，以確定隧道支護結構。

2.2道監控量測的選測項目

隧道圍巖量測的選測項目： 圍巖內部位移量測、錨桿軸力量測、襯砌應力量測、圍巖壓力量測及支護壓力、型鋼支撐應力量測及彈性波測試。圍巖內部位移量測是了解隧道圍巖的松弛區、位移量及圍巖應力分布，為準確判斷圍巖的變形發展提供數據：錨桿軸力量測是根據錨桿所承受的拉力，判斷錨桿布置是否合理：襯砌應力量測是根據量N-次襯砌內應力、噴射混凝土層內軸向應力，了解支護襯砌內的受力情況：根據圍巖壓力及層間支護壓力，判斷復合襯砌中圍巖荷載大小，判斷初期支護與二次襯砌各自分擔圍巖壓力情況：量測型鋼支撐內應力，推斷作用在型鋼支撐上的壓力大小，判斷型鋼支撐尺寸、間距及設置型鋼支撐的必要性：通過聲波測試，判斷圍巖松動區大小、裂隙發育情況。

3.必測項目的監測方法

3.1地質和支護情況觀察

監測內容主要是觀察并描述訴調圍巖地質、地下水情況和襯砌支護情況。具體有圍巖巖性、地質構造、巖體結構特性、地下水。

3.2周邊收斂量測

一般采用收斂計進行傳統的接觸量測，也可采用高精度全站儀進行非接觸量測。使用收斂計量測時將收斂計掛鉤掛上的方法是摘下一長魚竿前端較細的數節，用適當粗細的鐵絲加工一個小掛鉤固定在魚竿頂端，再在收斂計掛鉤附近固定一類似掛鉤，使用時，將掛鉤相互掛住，然后伸長魚竿，即可方便地將收斂計掛鉤掛向高處。采用非接觸量測方法是使用全站儀配合反射貼片，采用對邊測量方法或三維坐標法進行量測。

3.3拱頂下沉量測

可采用水準儀配合鋼尺的接觸量測方法，也可采用高精度全站儀和反光貼片的非接觸量測方法。量測前預先在拱頂型鋼上焊接一彎鉤，使用帶有掛鉤的魚竿把同樣帶有掛鉤的卷尺送到拱頂，隨后通過水準儀前、后視量測。使用非接觸量測的方法同周邊收斂量測。

3.4地表下沉量測

3.4.1基點布設

基準點埋設在隧道開挖橫向各3~5倍洞徑外的區域，埋設兩個幾點，以便互相校核，方法參照標準水準點的埋設，基點應與附近水準點聯測取得原始高程。

3.4.2測點布設

在測點位置挖長、寬、深均為200mm的坑，然后放入地表量測預埋件，測點四周用混凝土填實，待混凝土固結后即可量測。

3.4.3量測

一般采用水準儀量測，也可用高精度全站儀進行觀測。

4.量測數據的處理和圍巖的穩定分析

在現場監控量測中，由于量測條件、外界環境影響，加之操作時的人為因素，給測試數據不可避免地帶來了偶然誤差，實測值需經過一段的數字處理才能加以應用，因此必須進行數學上的回歸分析。在一般的現場測試中，所測數據大多數是反映兩個變量間的關系，這類問題的分析包括一元線性回歸和一元非線性回歸兩種情況。

根據實測位移值，選擇曲線函數，用回歸分析來處理數據，作出實測值三點曲線及回歸函數曲線圖，然后進行位移分析，進而來判定圍巖的穩定性。周邊水平位移曲線，可以實測圍巖凈空變化值的大小，以判斷圍巖是否進入穩定狀態：拱頂下沉曲線，可以實測拱頂下沉量，以判斷現有的初期支護是否有效地約束圍巖變形的增長。

5.結語

根據監測數據和隧道自身的工程監測規定，對周邊允許相對位移值、周邊位移速率、拱頂沉降速率等指標進行判斷，若監測指標超過規定值，則應及時反饋報警。繪制的曲線若出現反彎曲、突變、斷點等現象，則應認真分析出現的原因并采取相應應對措施，確保工程的安全。在對數據采集、整理與分析上，通過隧道監控量測技術，可以達到以下目的：

（1）確保各隧道在施工過程中能安全順利貫通，預測掌子面前方圍巖變化。

（2）通過監控量測指導設計，調整施工方法，修改支護參數，使工程投資經濟合理。

（3）為隧道工程建設管理積累經驗、收集資料，總結出實用的技術成果。

因此，監控量測技術在高速公路隧道的建設中有重要意義。

【參考文獻】

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