監控量測技術在上榕隧道淺埋偏壓段中的應用

盧超波，鐘乃龍，姜洪亮

(1.廣西交通科學研究院，廣西　南寧　530007；2.廣西道路結構與材料重點實驗室，廣西　南寧　530007)

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監控量測技術在上榕隧道淺埋偏壓段中的應用

盧超波1，2，鐘乃龍1，2，姜洪亮1，2

(1.廣西交通科學研究院，廣西南寧530007；2.廣西道路結構與材料重點實驗室，廣西南寧530007)

監控量測是隧道新奧法施工的重要組成部分，文章以上榕隧道淺埋偏壓段施工為例，介紹了隧道監控量測技術的應用方法。

隧道；監控量測；淺埋偏壓段；施工；應用

0　引言

近年來，隨著新奧法(NATM)在公路隧道施工中的廣泛運用，現場監控量測作為新奧法的靈魂也得到了廣泛的關注。新奧法作為一種全新的隧道施工理念，其基本原理是運用各種手段(開挖方法-弱爆破、支護形式-早封閉、監控量測-勤量測)抑制圍巖的變形，最大限度地發揮圍巖自穩能力。目前，我國的高速公路已然向山區發展，穿越淺埋偏壓不良地質條件已是屢見不鮮，因而現場監控量測技術顯得更加重要。通過現場監控量測動態地掌握圍巖、支護結構的應變和應力等信息并及時反饋，便于優化施工組織設計、指導現場施工、驗證支護結構形式及支護參數等，保證隧道施工中的安全性、經濟性[1]。

1　工程概況

廣西三江至柳州高速公路上榕隧道位于廣西壯族自治區柳州市境內，為雙向分離式隧道，是三柳高速公路全線控制性工程之一。左線起訖樁號PK147+520～PK147+990，設計長度為470 m；右線起訖樁號OK147+520～OK148+075，設計長度為555 m。隧區屬低山地貌，地形起伏較大，溝谷發育。沿隧道走向地表大部分基巖裸露，局部地段由殘坡積層覆蓋，植被較發育。隧區的巖土體主要由第四系殘坡積層粉質粘土(Qdl+el)、中～全風化砂巖，節理裂隙較大，巖質較軟，呈塊碎狀～松散狀結構。隧道施工過程中存在洞身埋深較淺、偏壓等施工風險。

2　上榕監控量測方案

2.1監控量測目的和任務

(1)通過監控量測掌握隧道各個施工階段中的圍巖、支護結構的變化情況，判斷支護結構的可靠性，當隧道塌方、變形過大時能夠及時采取措施，避免事故的發生。

(2)及時反饋現場監控量測數據，相應調整施工方法，為圍巖級別以及支護結構變更提供依據。

(3)通過現場監控量測，確定二次襯砌合理的施作時間。

2.2監控量測項目確定

根據設計文件顯示，上榕隧道隧區軟弱圍巖比例較高，其中Ⅳ、Ⅴ級軟弱圍巖比例達到78.2%，隧道在施工過程中圍巖變更較多，且均為Ⅲ級圍巖變更為Ⅳ級或Ⅳ級圍巖變更為Ⅴ級，隧道進、出口埋深較淺，左線出口段還存在偏壓現象。因此，在左線出口段確立的現場監控量測內容為：洞內外觀察、拱頂沉降量測和水平收斂量測、地表沉降量測。

2.3現場監控量測方案

2.3.1洞內外觀察

上榕隧道洞內外觀察主要是運用現場地質素描、地質羅盤和數碼攝像等方法對掌子面圍巖和已施工區段進行觀察。

(1)對未進行初期支護的開挖區，在噴射混凝土前觀察工作面的圍巖破碎情況和富水現象，對掌子面圍巖進行地質描述、繪制地質素描圖、填寫地質觀察記錄表，并收集相關攝像資料，及時將信息反饋。若觀察發現圍巖變化較大或出現富水等不良現象，應及時采取相應的處治措施，預防事故的發生。

(2)對初期支護完成區段的觀察分別在噴射混凝土前、后進行。噴射混凝土前觀察內容：錨桿數量、錨桿長度、錨桿安裝位置及方向、注漿效果；鋼拱架間距是否滿足設計要求，背后與圍巖緊貼程度；噴射混凝土厚度是否滿足設計要求，混凝土噴射是否密實。噴射混凝土完成后，觀察是否產生裂縫、裂縫位置、裂縫長度及寬度，并進行記錄，對圍巖較差區段進行重點觀察[2，3]。

2.3.2拱頂沉降量測和水平收斂量測、地表沉降量測

(1)拱頂沉降與水平收斂量測在同一樁號進行，根據設計圖紙及規范要求，結合隧道淺埋偏壓段的特點，對PK147+950斷面拱頂沉降(A、B、C三個沉降測點，分別位于隧道的左拱腰、拱頂、右拱腰)與水平收斂量測(DE測線、FG測線)的布設見圖1；地表沉降測試點布設(a、b、c、d、e、f、g、h、i九個地表沉降觀測點，相鄰兩個觀測點之間的間距為3 m)見圖2。

圖1　上榕隧道左線PK147+950斷面洞內測試點布置示意圖

圖2　上榕隧道左線PK147+950斷面地表沉降測試點布置示意圖

(2)測量方法

根據(JTG F60-2009)《公路隧道施工技術規范》[3]規定，確定上榕隧道監控量測方法(見表1)。

表1　上榕隧道測量方法表

注：b——隧道開挖寬度

(3)測量頻率

根據(JTG F60-2009)《公路隧道施工技術規范》[3]規定，確定上榕隧道監控量測頻率(見表2)，當施工過程中發生位移變化較大時，增加監測頻率。

表2　上榕隧道測量頻率表

注：b——隧道開挖寬度

3　現場監控量測數據分析

上榕隧道左線全長470 m，右線長555 m。圍巖分為Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級淺埋以及Ⅴ級深埋4種形式，均采用臺階法開挖。由于左線出口段有偏壓不良地質特征，故取左線出口淺埋偏壓段作為分析對象，本文以左線PK147+950斷面數據為例進行分析，該斷面洞內監測與地表沉降監測分別從2015-03-10、2015-03-03開始，均于2015-05-08結束該斷面的監測工作。

3.1洞內外觀察

在上榕隧道淺埋段的施工過程中，2015年3月在洞內曾出現3處不同程度的環向裂縫，其中PK147+951斷面拱腰處出現一條長度約1.5 m，寬度最大處達到14 mm；PK147+951.8和PK147+950.2也出現不同長度連續的環向小裂縫。

經分析，主要原因是隧道處于淺埋偏壓段且連續降雨造成圍巖變形過大，土體的含水量增大，支護結構下部的土體的承載力降低，不同位置出現不同程度的沉降，以至于拱腰附近出現環向裂縫。

為了掌握該淺埋段偏壓段的圍巖位移變化狀態，該段在變形初期就加強了現場監控量測，在該測段上布設拱頂沉降觀測點、水平收斂觀測點、地表沉降觀測點，并嚴格按照(JTG F60-2009)《公路隧道施工技術規范》[3]測量方法、測量頻率執行。

3.2位移量測量結果分析

在樁號為PK147+950上布設監控量測拱頂沉降觀測點、水平收斂觀測點、地表沉降觀測點，并對位移量變化情況進行長期觀測。

(1)拱頂沉降

該斷面從2015-03-10開始監測，上臺階開挖后拱部A、B、C三個沉降觀測點沉降速率逐漸減小，2015-03-13又開始逐漸增大，分別于2015-03-15達到最大值，其中測點A速率為7.34 mm/d，測點B速率為8.13 mm/d，測點C速率為9.45 mm/d，2015-03-13沉降速率增大的原因主要是隧道洞身埋深較淺、大氣降雨，支承初期支護結構的下部土體含水量增加，土體的承載力降低，造成初期支護結構發生不同程度的沉降，不同部位出現錯臺現象，加之隧道右側受到偏壓作用，使得測點C發生的沉降速率最大。通過監測發現危險性的存在，施工隊于2015-03-15采取洞內注漿處理，使得沉降速度得到了有效控制，遏制沉降速率進一步增大。2015-03-16后速率逐漸減小，于2015-04-23趨于收斂(各個測點沉降速率均<0.2 mm/d)，至2015-05-08基本處于收斂狀態(見圖3)。測點A、測點B、測點C的最終沉降值分別為52.27 mm、65.96 mm、74.22 mm，各個沉降觀測點累計沉降量曲線(見下頁圖4)。

圖3　PK147+950斷面各個沉降觀測點沉降速率曲線圖

圖4　PK147+950斷面各個沉降觀測點累計沉降量曲線圖

(2)水平收斂量

由于上榕隧道左線PK147+950處于淺埋偏壓作用，故在監測方案制定時對該斷面布設DE測線和FG測線兩條測線，分別在上臺階初期支護結束和下臺階初期支護結束時布設，測量水平收斂量變化規律。

DE測線從2015-03-10開始監測，終止于2015-05-08。隧道開挖后DE測線的水平收斂速率逐漸增大，2015-03-12水平收斂速率有所減小，但隨后又逐漸增大，在2015-03-15達到峰值，水平收斂速率值達到了6.21 mm/d；2015-03-16開始水平收斂速率整體開始逐漸減小，2015-04-18水平收斂速率趨向于收斂(DE測線水平收斂速率<0.2 mm/d)，2015-05-08基本處于收斂狀態(見圖5)，此時DE測線的累計水平收斂量為35.88 mm(見圖6)。

圖5　PK147+950斷面DE測線水平收斂速率曲線圖

圖6　PK147+950斷面DE測線累計水平收斂量曲線圖

FG測線從2015-04-06開始監測，終止于2015-05-08。下臺階開挖后FG測線的水平收斂速率逐漸增大，2015-04-07水平收斂速率達到最大值，水平收斂速率為3.13 mm/d。但隨后水平收斂速率呈逐漸減小趨勢，2015-04-23水平收斂值趨向于收斂(FG測線水平收斂速率<0.2 mm/d)，2015-05-08基本處于收斂狀態(見圖7)，此時FG測線的累計水平收斂量為14.17 mm(見圖8)。

圖7　PK147+950斷面FG測線水平收斂速率曲線圖

圖8　PK147+950斷面FG測線累計水平收斂量曲線圖

(3)地表沉降量

2015-03-03開始布設地表沉降觀測點，分別為a、測點b、測點c、測點d、測點e、測點f、測點g、測點h、測點i、，并進行地表沉降測量，布設于樁號為PK147+950地表上，此時掌子面樁號為PK147+957，各個測點測量結束時間是2015-05-08(即：PK147+950后方85 m開挖結束，樁號：PK147+865)。經觀測發現測點a在PK147+950前方3～7 m范圍內沉降速率為負值、測點b在PK147+950前方4～7 m范圍內沉降速率為負值、測點c在PK147+950前方5～7 m范圍內沉降速率為負值、測點h在PK147+950前方5～7 m范圍內沉降速率為負值、測點i在PK147+950前方4～7 m范圍內沉降速率為負值，測點a、測點b、測點c、測點h、測點i出現小幅的隆起現象，主要原因是PK147+950斷面前方開挖，隧道軸線方向上的圍巖向開挖方向發生移動，觀測斷面上兩側的觀測點受到往兩側的側向應力作用。各個觀測點在PK147+950前方2 m至后方11 m范圍內沉降速率較大，在這段范圍內測點f的沉降速率最大，在PK147+950上時沉降速率達到10.79 mm/d，測點f的沉降速率最大，主要是隧道受到右側偏壓作用，導致沉降速度最大；其次是隧道中心線上的測點e；而測點a和測點i沉降速率值較小，主要是觀測點距離隧道開挖面較遠；開挖至PK147+950后方2 m時各個測點的沉降速率出現迅速增大的現象，主要原因是連續的大氣降雨且隧道處于施工狀態。各個觀測點在PK147+950后方21 m至后方47 m范圍內各測點沉降速率出現增大后又減小現象，主要原因是隧道下臺階開挖造成。各個觀測點在PK147+950后方55 m之后各個測點沉降速率趨向于收斂狀態(各個測點沉降速率均<0.2 mm/d)。各個觀測點在PK147+950后方85 m之后各個測點沉降速率處于收斂狀態，此時測點a的沉降量為3.67 mm、測點a的沉降量為3.67 mm、測點b的沉降量為6.28 mm、測點c的沉降量為24.42 mm、測點d的沉降量為49.62 mm、測點e的沉降量為84.86 mm、測點f的沉降量為100.25 mm、測點g的沉降量為70.17 mm、測點i的沉降量為5.30 mm(見圖9～10)。

圖9　PK147+950斷面地表各個沉降觀測點沉降速度曲線圖

圖10　PK147+950斷面地表各個沉降觀測點累計沉降量曲線圖

4　結語

通過對上榕隧道淺埋偏壓段(樁號：PK147+950)實施現場監控量測得到以下結論：

(1)在隧道左側受到偏向作用下左拱腰附近出現不同長度的裂隙，出現裂縫的部位位于拱頂沉降觀測點C和地表沉降觀測點f附近，測點C的沉降量達到74.22 mm，測點f沉降量達到100.25 mm。

(2)2015-05-08拱頂沉降、水平收斂和地表沉降量基本處于穩定狀態，可以進行二次襯砌澆筑。

(3)將拱頂沉降、水平收斂和地表沉降等現場監控量測內容作為施工管理的一個重要環節，通過科學、準確分析監控量測數據，有效地保證了施工安全和工程質量問題。

[1]李曉紅.隧道新奧法及其量測技術[M].北京：科學出版社，2002.

[2]JTGD70-2004，公路隧道設計規范[S].

[3]JTGF60-2009，公路隧道施工技術規范[S].

Application of Monitoring Measurement Technology in the Shallow-buried Bias Section of Shangrong Tunnel

LU Chao-bo1，2，ZHONG Nai-long1，2，JIANG Hong-liang1，2

(1.Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007；2.Guangxi Key Laboratory of Road Structure and Materials，Nanning，Guangxi，530007)

Monitoring measurement is an important part of NATM tunnel construction，then，with Shan-grong Tunnel shallow-buried bias section construction as the example，this article described the appli-cation methods of tunnel monitoring measurement technology.

Tunnel；Monitoring measurement；Shallow-buried bias section；Construction；Application

2016-03-30

U452.1A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.06.018

1673-4874(2016)06-0069-05

盧超波(1982—)，工學博士，主要從事巖土體檢測監測、加固技術、設備等方面的研究工作；

鐘乃龍(1986—)，助理工程師，碩士，研究方向：橋梁與隧道工程檢測及結構穩定性研究；

姜洪亮(1980—)，工程師，碩士，研究方向：橋梁與隧道工程檢測及結構穩定性研究。