淺析公路隧道工程中的監控量測

劉相呈

(山東恒建工程監理咨詢有限公司，山東濰坊 261000)

淺析公路隧道工程中的監控量測

劉相呈

(山東恒建工程監理咨詢有限公司，山東濰坊 261000)

本文以上虎峪隧道工程為例，闡述了監控量測在隧道施工中的重要作用，同時也對實際監控工作中的一些問題提出建議，僅供同行參考。

監控量測；信息反饋；新奧法；公路隧道

1 監控量測目的

地應力是圍巖變形、破壞的根本作用力，因此，在圍巖穩定性理論分析中，就不能隨便對地應力進行假設，應對工程所在地區應力場進行充分研究。不穩定圍巖結構在自重和背后圍巖推擠變形作用下，有沿軟弱結構而擠出、滑移、彎張、坍塌的趨勢。但依據巖體自身物理力學特性，以及巖體擠壓鑲嵌作用，不穩定結構不一定馬上坍塌。因此，監測與控制顯得極其重要，只有根據監測結果才能準確把握住最佳的支護時機。隨著開挖巖體向洞內變形，松弛區擴大，隧道周邊切向應力降低或因其他原因軟弱結構面的物理力學特性惡化，最終造成不穩定體擠出、滑移。如給予控制，即在此時給予及時一次支護，這時支護抗力僅僅是補充巖塊（滑移巖塊）摩擦力不足部分，很小的支護抗力就能平衡。這樣所要求提供的支護抗力顯然是很小的，為此一次支護尚有足夠的安全儲備，這就是隧道施工監控量測的主要目的。

2 監控量測的主要內容

2.1 開挖面地質和支護狀態的觀察

采用地質羅盤、地質放大鏡和地質錘等工具進行地質和支護觀察。隧道每開挖2～3m由監測人員進行一次洞內觀察，觀察掌子面的穩定性、圍巖變形、圍巖破碎情況、圍巖風化變質情況、節理裂隙發育情況、有無斷層及其分布、地下水情況以及噴射混凝土的效果，填寫工作面狀態記錄表及圍巖級別判定。對已施工區段的觀察每天至少進行一次，觀察內容包括噴射混凝土、錨桿、鋼架的狀況。洞外觀察包括對洞口地表情況、地表沉陷、邊坡及仰坡的穩定以及地表水滲透等現象(在隧道進行上下導坑施工時進行重點觀察)。

2.2 周邊位移及拱頂下沉量測

量測洞壁的絕對位移和相對位移，如量測拱頂下沉和水平收斂的變化，根據收斂量測，根據位移、位移速率及洞壁變形形態，評價圍巖的穩定性及初期設計、施工的合理性，確定二次支護時間。

（1）量測斷面布設原則

拱頂下沉和水平收斂量測斷面的間距為：Ⅲ級及以下圍巖不大于 40m；Ⅳ級圍巖不大于 25m；Ⅴ級圍巖應不大于 20m。圍巖變化處應適當加密，在各級圍巖的起始地段增設拱頂下沉測點l～2個，水平收斂l～2對。當發生較大涌水時，Ⅴ、Ⅳ級圍巖量測斷面的間距應縮小至5～l0m。

各測點應在避免爆破作業破壞測點的前提下，盡可能靠近工作面埋設。初讀數應在開挖后12h內讀取，最遲不得超過24h，而且在下一循環開挖前，必須完成初期變形值的讀數。

（2）量測方法

凈空水平收斂測線的布置應根據施工方法、地質條件、量測斷面所在位置、隧道埋置深度等條件確定。在地質條件良好，采用全斷面開挖方式時，可設一條水平測線。當采用臺階開挖方式時，可在拱腰和邊墻部位各設一條水平測線(圖1)。

圖1 拱頂下沉量測示意圖

拱頂下沉量測應與凈空水平收斂量測在同一量測斷面內進行，采用收斂計三角形量測，利用海倫公式計算下沉量。當地質條件復雜，下沉量大或偏壓明顯時，除量測拱頂下沉外，尚應量測拱腰下沉及基底隆起量。

（3）量測頻率

拱頂下沉量測與凈空水平收斂量測宜用相同的量測頻率，應按表l中根據變形速度和開挖工作面距離選擇較高的一個量測頻率。

表1 拱頂下沉量測與凈空水平收斂量測頻率

2.3 地表沉降量測

（1）斷面布設原則

位于Ⅳ～Ⅵ級圍巖中且覆蓋層厚度小于40m的隧道，應進行地表沉降量測，隧道淺埋段地表下沉量測宜與洞內凈空變化和拱頂下沉量測在同一橫斷面內。當地表有建筑物時，應在建筑物周圍增設地表下沉觀測點。橫向布設間距范圍為2～5m，布設5～11個測點，隧道中線附近密些，遠離隧道中線處疏些。地表下沉樁的布置寬度應根據圍巖級別、隧道埋置深度和隧道開挖寬度而定，地表下沉量測斷面的間距按表2采用。注：B表示隧道開挖寬度。（2）量測方法

表2 地表下沉量測斷面的間距

地表下沉觀測點按普通水準基點埋設。采用精密水準儀量測，量測精度± 1mm。并在預計破裂面以外3～4倍洞徑處設水準基點，作為各觀測點高程測量的基準，利用精密水準儀計算出各觀測點的下沉量。

（3）量測頻率

地表下沉量測頻率和拱頂下沉及凈空水平收斂的量測頻率相同，除此之外地表下沉量測應在開挖工作面前方 H+h(隧道埋置深度+隧道高度)處開始，直到襯砌結構封閉、下沉趨于穩定為止。

2.4 圍巖內部變形量測

在軟弱圍巖地段，應根據實際地質情況適當布置圍巖內部變形量測斷面，沿量測錨桿附上應變計，在圍巖不同深度處設置應變測點，量出錨桿各測點的應變，推算出錨桿的軸力，并可量測出不同深度的相應應變。若同時洞周埋設多點位移計可測得洞壁與位移測點之間和圍巖各測點之間的相對位移，從圍巖應變和位移量測，可估算出隧道周邊松弛圈范圍，并校核錨桿的計算參數。

2.5 支護及襯砌應力量測

通過埋設應變計或壓力傳感器，了解支護系統和襯砌結構的內部應力，以及圍巖與支護系統或界面之間的接觸應力大小和分布規律。

3 應用實例

上虎峪隧道是青島至萊蕪高速公路中在建的一座上下分離式隧道，位于山東省沂水縣境內，雙向六車道，隧道左線起訖樁號為K141+285～K142+610，長1325m，右線起訖樁號為 YK141+220～YK142+655，長 1435m。隧道區屬低山—丘陵地貌單元，地形起伏，山勢陡峭。最高地面高程為 472m，最低地面高程為 290m，相對高差182m。

在上臺階開挖過程中，監測人員發現在右洞YK142+580處附近地面出現多條沿隧道縱向的裂縫，裂縫位于隧道邊墻上部，同時地表沉降觀測發現沉降速率和累計沉降都較大。

通過地表沉降觀測斷面，根據理論和實踐經驗，對量測斷面而言，目前正處于前期沉降階段，沉降量和沉降速率并非最大。鑒于地表累積沉降以及下沉速率較大和地表出現多條裂縫，監控量測單位及時向施上單位和業主進行匯報，并建議施工單位利用打錨桿、掛鋼筋網和噴射混凝上來加固地表仰坡，在封閉地表裂縫的同時，采用地表注漿來加固破碎軟弱圍巖，防止圍巖狀況進一步惡化。量測單位對地表沉降的觀測點進行加密，對洞內圍巖變形斷面進行安裝量測，并根據需要適當的加密量測頻率。在施工單位采取了加固仰坡和地表注漿的措施后，從地表的觀測數據看， 地表沉降基本達到穩定。

由于監控量測工作的及時開展以及量測的信息及時準確的反饋，在與施工單位的緊密配合下，使上虎峪隧道右洞出口段的掘進上工作得以安全平穩地進行。

4 結論和建議

（1）根據實際開挖隧道的具體情況，合理確定隧道監控量測的重點，通過對監控量測信息的整理分析和及時反饋，能夠很好的為施工和設計服務；

（2）監控量測工作在施工中的實施，會遇到諸多問題，比如埋設測點在離掌子面較近的情況下，時常遭到破壞，另外在接近工作面進行量測時會與施工單位的施工產生沖突，由此可造成量測斷面理設點離開挖面較遠，或是量測時間滯后等等問題，這此都影響了量測結果。希望施工單位能夠對監控量測工作給予足夠的重視，在安排施工工序時能優先考慮量測工作的順利開展。

[1]交通部重慶公路科學研究所.公路隧道施工技術規范[M].北京：人民交通出版社.1995

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1007-6344（2015）08-0296-01