連拱隧道邊坡三維變形現場監測工作

余凡凡 郭夢澤

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摘要：現階段，連拱隧道引起的滑坡災害不僅嚴重威脅到工程施工現場相關人員的生命財產安全，也會造成隧道結構出現裂縫或者是破壞，嚴重的時候甚至會使整個工程報廢，從而造成難以挽回的經濟損失。因此，需要對連拱隧道的邊坡變形情況實施合理的三維監測。本文就連拱隧道邊坡的三維變形現場監測工作展開詳細論述。

關鍵詞：連拱隧道邊坡；三維變形；現場監測

目前，連拱隧道通常情況下應用在中隧道、短隧道以及線路接線位置，在進山與出山的過程中經常會出現諸多的隧道邊坡問題。比如：因連拱隧道的跨度相對較大以及靠坡近，在進山的過程中仰坡以及側向邊坡受到地形影響相對較大時遇到的邊坡問題。連拱隧道的實際開挖斷面相對較大以及工法相對復雜時或者采用鉆爆法進行施工中振動對于邊坡造成的擾動，從而大大削弱了巖體的抗剪性時都會產生一定的邊坡問題。因此，對連拱隧道的邊坡實施有效的三維監測是非常必要的。

一、連拱隧道邊坡的三維變形監測方法研究

為了更好的監測隧道邊坡的具體變形情況，需要在現場實施科學化的三維變形監測，總共布置了十二個測點，如圖1所示，設定不動的參考點，并利用全站儀有效讀取邊坡變形三維數據。具體的坐標系設置情況是：X方向以上的行線行車方向設定為正，而Y方向主要是以垂向上行線的行車方向以左設定為正，Z方向是以向上方為正[1]。

圖1 連拱隧道邊坡的三維變形監測點布置圖

上圖中的每一個監測點分別設置在連拱隧道進山的仰坡P1-P3、P5-P7以及P9-P11中，P8，P12以及上行線洞門位置的拱頂P4上。借助所有的位移監測點在X方向、Y方向以及Z方向的位移與趨勢來明確連拱隧道邊坡的實際位移方向。根據監測情況可以看出連拱隧道邊坡的監測點在X方向上的位移是向著隧道進山方向進行運動的，在連拱隧道擋土墻的頂部邊坡位置測點P8的變化情況相對較小，而在上行線的洞門頂部位置監測點P4在變化情況上次之，而其余幾個點上的X方向實際位移盡管絕對數值存在一定的差異，然而總體變化趨勢是一致的[2]。連拱隧道的三維監測點在Y方向上的位移是向山里運動的，其位于連拱隧道擋土墻的頂部邊坡位置測點P8的變化情況相對較小，而在上行線的洞門頂部位置監測點P4在變化情況上次之，在連拱隧道邊坡頂部的臺階以上三維監測點P3以及P7的位移是最大的。從Z方向的位移情況來看，主要是以下沉方向為主，其三維監測點P2、P3、P6以及P7的下沉趨勢相對來說是最明顯的，其他各點的升降位移是非常不明顯的。從連拱隧道的總體位移情況角度出發，變化最大的三維監測點是P2以及P6，而變化最小的三維監測點為P8。Y方向的實際位移量是最大的，其最大數值是X方向以及Z方向上位移的三倍左右，因此，連拱隧道邊坡的實際主滑方向是以Y方向的位移為主[3]。

二、連拱隧道的洞內變形監測情況

連拱隧道邊坡的三維監測在一定程度上明確的給出了連拱隧道邊坡的實際表面位移趨勢情況。但是因邊坡巖體在結構上的復雜性，在實際監測過程中的影響因素相對較多，因此，還需要運用連拱隧道的洞內變形監測來有效確定隧道邊坡的內部位移情況。隧道拱頂下沉所測量的主要是連拱隧道初次襯砌以及二次襯砌在垂直方向上的變形，難以反映出隧道邊坡的三維變化情況。然而將連拱隧道下沉的多個監測點組進行共同分析研究，也可以反映出隧道邊坡造成的洞內變形二維情況[4]。監測過程中，第一組主要設置在連拱隧道的首次襯砌階段，第二組主要設置在二次襯砌階段，根據最終的監測數據結果能夠得出，連拱隧道的邊坡變形情況與滑動情況產生了相對明顯的偏壓現象，且連拱隧道的下行線拱頂主要以下沉方向為主，上行線則是頂升。按照連拱隧道邊坡的三維滑動情況產生的偏壓荷載進行推斷可以得出隧道的變形方向主要以向外方向為主，也就是邊坡滑動沿著X軸進行旋轉之后而產生的偏壓力。拱頂的下沉能夠反映出拱頂位置的變形，洞身的變形則主要是由于二維收斂監測數據來提供的，最終監測數據所推斷出來的變形規律為連拱隧道的邊坡主要是沿著固定的滑面，且圍繞X軸與Y軸進行旋轉的，其產生的偏壓會造成連拱隧道洞身的相應變形。

三、連拱隧道三維變形監測數據分析

根據連拱隧道的邊坡三維變形監測數據可以得出，連拱隧道的運動在X方向、Y方向以及Z方向上都有分量，且連拱隧道邊坡的主滑方向以及隧道洞身是斜交的。如果沒有邊坡的三維監測分析研究，僅僅是利用人為推斷確定主滑方向以及滑動模式進行邊坡穩定性判定的話，則很可能在抗滑工程以及消耗支擋結構的前提下仍然不能很好的消除邊坡的變形以及滑動趨勢。因此。在穩定連拱隧道邊坡的過程中，應充分考慮到隧道的主滑方向以及三維變形的特點。根據連拱隧道邊坡的三維變形情況有效利用抗滑樁的方法對隧道邊坡進行有效的穩定處理，并在下行線的隧道出口位置右側設置一排抗滑樁，來抵抗主滑方向的隧道邊坡推力。并在樁頂位置設置兩根預應力錨索，其錨索的間距是四米，長度是三十米，錨固段的長度是十米，其樁中心距是五米，總共設置五根抗滑樁。之后在上行線的連拱隧道出口位置的右側設置一排抗滑樁，總共設置四根抗滑樁，一號抗滑樁以及二號抗滑樁的長度是十五米，而其他的抗滑樁的長度是二十米，實際樁中心距是五米[5]。確保抗滑樁的實際埋入深度不能少于八米，并根據連拱隧道的實際地形情況，有效設置兩排鋼管樁，呈現出梅花形布置，通過以上措施的有效處理，最大限度減少邊坡支擋結構具體施工建設過程中出現的襯砌裂縫問題，使首次襯砌以及二次襯砌期間所受到的荷載力明顯減輕，從而達到預期的最佳效果?？傊B拱隧道邊坡所誘發的滑坡災害不僅會嚴重威脅到工程施工建設現場相關施工人員的生命財產與安全，還會對隧道的結構情況以及整個工程造成不同程度的影響，造成連拱隧道結構出現裂縫或者是破壞，從而帶來不可挽回的損失。借助連拱隧道邊坡的三維監測工作以及隧道洞內的變形監測工作，能夠為連拱隧道的邊坡穩定性分析研究與后期的治理工作提供可靠的依據，具有非常高的參考價值。

結語：

連拱隧道的跨度相對較大、其空間的利用率相對較高、引線占地面積相對較少以及線形順暢，在洞口位置選擇以及平面線路選擇方面與分離式隧道相比較，具有非常大的優越性，特別是能夠解決在復雜地段建設分離式隧道帶來的困難，從而使其逐漸成為在特定情況下，建設隧道過程中采用相對較多的大跨度式的結構形式。然而因連拱隧道的跨度相對較大、開挖和支護交錯實施以及結構復雜等問題，導致圍巖應力的變化與支護荷載的轉換非常復雜，因此，在連拱隧道工程修建期間，要加大連拱隧道邊坡的三維監測力度以及洞內的變形監測力度，促進 連拱隧道的順利運行。

參考文獻：

[1]覃慶通.大跨度連拱隧道支護體系的現場監測及數值模擬[J].現代交通技術，2014，01：54-57.

[2]丁智，何佳威，陳春來等.連拱隧道中隔墻應力實測分析[J].現代隧道技術，2014，05：129-133+138.

[3]馬建，孫守增，趙文義等.中國隧道工程學術研究綜述·2015[J].中國公路學報，2015，05：1-65.

[4]Li Dongsheng，Wei Longhai shallow covered arch tunnel optimization and supporting structure safety analysis [J] Sichuan Building Science，2013，05：338-342.

[5]曹偉飚，曾毅.雙連拱隧道施工工序的有限元分析及施工監測研究[J].地下工程與隧道，2012，04：7-12+57.