苞谷壟隧道施工監控量測技術探討

摘要：文章通過隧道施工監控量測實例，介紹了現場施工監控量測及數據回歸分析方法以及判斷圍巖及支護結構的變形、穩定性能及發展趨勢的措施，為確保施工安全、合理安排施工進程提供了依據，達到了指導現場施工的目的，實現了隧道施工的動態控制，可供同類工程借鑒。

關鍵詞：客運專線；隧道工程；監控量測；回歸分析；穩定性；動態控制 文獻標識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2016）12-0092-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.043

1 工程概況

滬昆客專苞谷壟隧道位于湘潭市九華區，全長420m，下穿湘望公路，屬Ⅴ級圍巖淺埋隧道。其圍巖主要表現為：（1）黏土：含少量高嶺土及少量細圓礫，表層含植物根，具膨脹性；（2）粉質黏土：軟～硬塑，含少量礫石，表層含植物根，具膨脹性；（3）細圓礫土：灰黃色，中密，飽和，圓礫成分主要由砂巖組成，充填細砂及黏性土；（4）泥質粉砂巖：風化層都從全風化～弱風化不等，節理裂隙發育。全隧道最大埋深為29.86m，最小埋深為2.38m，在隧道施工過程中圍巖極易失穩、坍塌。

2 隧道監控量測的目的及內容

2.1 監控量測的目的

苞谷壟隧道監控量測的目的主要為：（1）通過對量測數據的分析，對在施工中即將發生的危害進行預警提示，可確保施工安全；（2）根據數據分析結果，指導施工內容，如支護參數選擇、開挖預留變形量及二襯施工等；（3）根據監控量測數據分析結果，可以優化設計支護參數，同時也可驗證設計支護參數的可靠性；（4）隧道施工過程中對周邊環境會產生相關影響，而通過監控量測可對其影響程度做出相應判斷。

2.2 監控量測的主要內容

苞谷壟隧道監控量測項目如表1所示：

3 隧道監控量測方案設計

3.1 監測點布置

3.1.1 洞內監測點布設。苞谷壟隧道采用雙側壁導坑法進行開挖施工，其觀測點布置如圖1所示：

3.1.2 地表監測點的布設。苞谷壟隧道地表監測點設于隧道開挖影響范圍內，每個橫斷面設置17個觀測點，間距為2.0m，以隧道中線對稱布置，且與洞內拱頂下沉和凈空變化量測在同一斷面內。

3.1.3 監測點布設要點。

第一，測點一般在距開挖工作面2m范圍內設置，測點埋設應牢固可靠，埋設完畢盡快測量。

第二，位移監控測量采用收斂計量測時，每次測點位置應固定，掛鉤應采用三角形掛鉤。目前隧道施工中常用的收斂計為機械式的收斂計和數顯式收斂計。測試原理：測試中讀得初始數值X0；間隔時間t后，用同樣的方法可讀得t時刻的值Xt，則t時刻的周邊收斂值Ut為兩次讀數差。即：

3.2 隧道施工監測點觀察

3.2.1 洞內觀察。

第一，在每次開挖后進行開挖工作面觀察。觀察中若發現圍巖情況異常，應及時進行記錄，并確定后序施工方案，若圍巖惡化，則應及時進行處理；觀察中可繪制掌子面地質素描簡圖，觀察完畢后及時進行完善，并判定圍巖等級，填寫相關記錄表等。

第二，在節理、裂隙發育的鑲嵌狀、塊狀脆性硬巖地段應重視觀察圍巖的節理、裂隙走向及發育程度，對易引起坍塌的巖塊及時加強支護措施。

第三，每天至少應進行一次對已施工地段的觀察，重點觀察噴射混凝土是否存在裂紋或脫落，鋼架是否變形、傾斜，錨桿是否松動，二襯是否存在滲水等，以判斷其工作狀態是否良好。

3.2.2 洞外觀察。洞外觀察的重點部位為洞口段和洞身淺埋段。洞口段觀察主要為洞口處邊坡、仰坡位移情況，是否存在裂紋等。洞身淺埋段觀察主要為地表是否存在下陷、開裂及地表水滲透情況等。

3.3 觀測數據采集及注意事項

3.3.1 凈空變化、拱頂下沉和地表下沉（淺埋地段）等量測項目應設置在同一斷面，苞谷壟隧道量測斷面測點數量如表2所示：

3.3.2 因隧道開挖后最初時間的變形及應力變化較快，因此宜在開挖支護完成后2h內完成收斂量測及拱頂下沉起始讀數的量測工作，其他量測必須在開挖之后12h內取得起始讀數，在噴射砼后、下次爆破前測取初讀數。洞內、外水準基點應與拱頂下沉和地表下沉量測基點建立聯系，應加強測點保護，防止損壞。

3.3.3 地表下沉量測必須至二襯結構封閉、下沉基本停止時方可結束。量測位置于開挖工作面前方，隧道開挖與埋深高度之和處開始，其量測頻率與拱頂下沉和凈空變化頻率一致。

3.3.4 每15d應進行一次隧道二襯沉降縫兩側不均勻沉降量測以及洞口段與洞口過渡段不均勻沉降觀測。洞內沉降縫處每側宜布設四個以上觀測點；洞口觀測點布設根據過渡段的情況而定，通過沉降曲線明確道床板施作時間。

3.3.5 各量測項目量測頻率按兩種方法進行確定，如表3所示。施工過程中，取量測頻率較高的作為實施的量測頻率。

3.3.6 變形基本穩定后，各項量測作業仍應繼續觀測2～3周時間。對于部分特殊圍巖，若位移長期沒有減緩趨勢，則應適當延長量測時間。

3.3.7 量測數據整理、分析與反饋必須符合下列

要求：

第一，數據量測結束后，必須由專人負責及時進行整理歸檔，同時繪制量測數據的位移與時間的時態曲線。

第二，量測數據時態曲線一般采用Excel進行繪制，但因量測誤差所造成的離散性，所繪制出的散點圖很不規則，分析較為困難。因此，必須對其進行回歸分析，以預測可能出現的位移最大值和變化速度。回歸分析使用的函數有：

苞谷壟隧道回歸分析中基本采用的是指數函數，因指數函數為非線性函數，因此對其兩邊取自然對數的方法轉化為直線函數lnu=lnA+（-B）/t，然后使用Excel數據分析工具庫中的回歸分析，計算出A、B值，代入指數函數中當t→∞時，求出位移u的終值。

第三，數據異常時，應視具體情況進行支護加固或及時與設計聯系，確定加固方案，預防危險發生。

3.4 圍巖穩定性判別

圍巖穩定性的綜合判別，應根據量測結果按下列指標進行：

3.4.1 根據位移變化速度判定。（1）凈空變化速度持續大于5.0mm/d時，圍巖處于急劇變形狀態，應加強初期支護系統；（2）水平收斂（拱腳附近）速度小于0.2mm/d，拱部下沉速度小于0.15mm/d，圍巖基本達到穩定。

在苞谷壟隧道淺埋地段主要采用監控量測數據分析來判別圍巖穩定性。

3.4.2 根據位移時態曲線的形態來判別（如圖2所示）。（1）如曲線a中位移速率很快變小，時態曲線很快平緩，表明圍巖穩定性好，可適當減弱支護；（2）如曲線b中位移速率逐漸變小，即d2u/dt2<0，時態曲線趨于平緩，表明圍巖變形趨于穩定，可正常施工；（3）如曲線c中位移速率不變，即d2u/dt2=0，時態曲線直線上升，表明圍巖變形增長迅速，不能穩定，則必須加強支護措施或暫停掘進；（4）如曲線d位移速率逐步增大，即d2u/dt2>0，時態曲線出現反彎點，表明圍巖失穩，必須停止施工，分析原因，上報設計單位采取支護加強措施，以確保后續施工安全。

4 結語

結合滬昆客專苞谷壟隧道的設計資料、勘探資料和相關規范，較為科學合理地制定了適合現場施工的監控量測實施方案，保證了檢測數據的真實性和準確性。通過實時進行數據分析，判斷圍巖及支護結構的變形、穩定性能及發展趨勢，合理確定隧道二次襯砌施作時間，有效地指導了隧道施工，既保證了隧道安全、有序作業，又確保了上方公路的行車安全。

參考文獻

[1] 中華人民共和國行業標準：高速鐵路隧道工程施工技術指南（鐵建設[2010]241號）[S].北京：中國鐵道出版社，2011.

[2] 中華人民共和國行業標準：高速鐵路隧道工程施工質量驗收標準（TB10753-2010）[S].北京：中國鐵道出版社，2011.

[3] 中華人民共和國行業標準：高速鐵路工程測量規范（TB10601-2009）[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

作者簡介：李海（1982-），男，中鐵大橋局第四工程有限公司工程師，研究方向：土木工程。

（責任編輯：小 燕）