淺談濕陷性黃土隧道監控量測技術的應用

梁 虎

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都 610091)

淺談濕陷性黃土隧道監控量測技術的應用

梁 虎

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都 610091)

由于濕陷性黃土隧道工程的特殊性、復雜性和隧道圍巖的不穩定性，對隧道圍巖及支護結構等進行監控量測是保證隧道工程質量、安全必不可少的手段。

隧道；監控量測；地質；質量

1 工程概述

蘭州市北環路三臺灣隧道西口接跨柳忠高速公路高架橋，東口接石門溝大橋。右線起訖樁號為YK0+605～YK0+853，隧道位于直線上，長度為248 m，縱坡為1.8%；左線起訖樁號為ZK24+606～ZK24+851,隧道位于半徑R=1 300 m的圓曲線上，縱坡為1.4%；最大埋深90 m；隧道進口、出口采用端墻式洞門。

三臺灣隧道位于柳忠高速公路東側，蘭州市北環路(二環)東段，隧道左線長245 m，隧道右線長248 m。該 段 地 面 標 高 介 于 高程1 624.8～1 729.5 m，地形呈倒V字形，屬黃河北岸黃土梁地貌單元。隧道場區內底層結構較為簡單，在鉆探所達深度范圍內，其上部是黃土狀粉土及卵石，下部為第三系砂巖。

按照設計標高，隧道底部為黃土狀粉土(Q2al+pl)，其下部1～2 m深度內為卵石層，卵石層中存在人工掏砂形成的洞室，洞口直徑為1.5～3 m，隧道通過的山體為黃土山體，黃土狀粉土(Q3eol)具Ⅳ級(很嚴重)自重濕陷性，在山體兩側坡面上存在落水洞，直徑為3～5 m，深度大于5 m。

隧道進、出口段因人工掏砂洞的存在，上部土層坍塌較為嚴重。

2 監控量測

2.1 測量的目的

掌握圍巖動態，了解支護結構在不同工況時的受力狀態和應力分布，對圍巖穩定性作出評價；通過施工和環境監測進行信息反饋及預測預報，優化施組設計，指導現場施工，確保隧道施工的安全與質量；提供二次襯砌支護的合理時間，以便在安全的前提下充分發揮圍巖的自承能力；驗證支護結構型式、支護參數，評價支護結構、施工方法的合理性，并為優化設計參數、調整施工工藝提供依據。

2.2 隧道監控量測的內容

為及時提供施工所需的圍巖穩定程度和支護結構的狀態，以保證施工安全，提高施工效率，將施工監測分為必測項目、選測項目和檢測項目。

(1)必測項目：包括圍巖地質情況和支護描述、地表沉降觀測、拱頂下沉量測、周邊收斂量測。這類量測是為了確保在施工過程中的圍巖穩定和施工安全而進行的經常性量測工作。量測密度大，工作量大，量測信息直觀可靠，貫穿于整個施工過程中，對監視圍巖穩定、指導設計和施工具有巨大的作用。土建施工完成、量測工作亦告結束。其布置原則為根據每座隧道不同的地質條件、施工方法設置，但不能少于《公路隧道施工規范》中的規定。

(2)檢測項目：包括錨桿拉拔試驗、錨桿長度檢測等，根據業主要求由監測組會同監理抽檢。

因施工監控量測具有很強的實踐性,而且水文地質條件變化多端,量測的具體布置情況須根據現場施工情況做適當調整。

2.3 量測手段和方法

2.3.1 地質情況及支護狀況觀察

包括對隧道掌子面地質狀況的素描和對噴層表面狀態及錨桿工作狀態的觀察。隧道掌子面每次爆破和初噴后通過肉眼觀察、地質羅盤和錘擊檢查，描述和記錄圍巖地質情況：巖層產狀、裂隙、地下水情況，判斷圍巖類別是否與設計報告相符，必要時還應拍照并作好觀察記錄，同時對噴層支護狀態和錨桿工作狀態進行觀察。

2.3.2 拱頂下沉量測

拱頂下沉量測是在隧道開挖毛洞的拱頂及軸線左右各2～3 m共設3個帶掛鉤的預埋件作為測樁：埋設前，先用小型鉆機在待測部位成孔，然后將測樁放入，用快凝水泥或早強錨固劑固定，測樁頭需設保護罩。對于較差的圍巖，錨樁可在錨噴支護后布置。采用精密水準儀(精度0.1 mm)、鋼圈尺及塔尺進行量測。

2.3.3 隧道圍巖的周邊位移量測

隧道開挖爆破以后,在預設點的斷面,沿隧道周邊的拱頂、拱腰和邊墻部位分別埋設測樁。中間的拱頂測樁可以利用拱頂下沉測樁；測樁的埋設方法和拱頂下沉測樁的埋設方法相同。采用周邊收斂儀量測周邊收斂變形。圍巖的周邊位移與拱頂下沉布置在同一個斷面上，以便進行數據分析。對于雙洞獨立隧道，由于其大多采用上下臺階法施工，拱頂下沉及周邊位移量測測點布置類似于中導洞開挖。

2.3.4 錨桿軸力量測

在正常使用的錨桿上焊接錨桿測力計。為充分了解錨桿的工作狀態，在每根量測錨桿上焊接3個錨桿測力計，然后安裝量測錨桿，待錨桿達到一定強度(通常為24 h)后，即可通過接收儀器量測錨桿的軸向力，繪制出錨桿的受力曲線及其隨時間的變化，進而可判斷錨桿的質量。

3 量測頻率

每個測點測取讀數的頻率不少于規范要求(表1)，同時要滿足工程需要。對于采用分部開挖的地段，如正臺階開挖，上半斷面開挖與下半斷面開挖不在同一時間，當量測斷面工作狀態發生改變的前后一個星期之內或距離測點一倍洞跨以內按 1次/d的頻率采集數據。另外，如埋設的測點在量測期間遭到破壞，在其恢復以后按新買測點要求采集讀數，從而增加了數據采集的次數和數量。

數據處理及應用必須遵循規范規定。監控量測工作在隧道貫通后6個月仍應進行有關量測，并按每座隧道整理出匯總資料，編寫報告。

監控量測具有很強的實踐性。由于隧道內地質環境復雜多變,量測的具體布置需根據現場施工情況進行局部調整。

4 量測隧道及量測斷面

必測項目。洞內觀察與地質素描：每3 m一個斷面；周邊位移：每30 m一個斷面；拱頂下沉：每30 m一個斷面(對于淺埋和圍巖條件差的單位隧道，采用每15 m一個斷面進行周邊位移和拱頂下沉的量測)。

5 量測數據的綜合分析與量測管理

為了真實、及時、準確地反映施工現場信息，監測數據歷經以下過程：測點埋設→數據采集→數據收集→數據輸入→繪制曲線→輸入計算機→生成圖表→信息反饋。

(1)應及時對現場量測數據繪制時態曲線(或散點圖)和空間關系曲線(圖1)。

圖1 位移時態曲線圖

(2)當位移-時間曲線趨于平緩時，應進行數據處理或回歸分析，以推算最終位移并掌握位移變化規律。根據現場量測的位移-時間曲線進行如下判斷：

(3)當位移-時間曲線出現反彎點時，則表明圍巖和支護已呈不穩定狀態。此時，應密切監視圍巖動態并加強支護，必要時暫停開挖。

(4) 隧道周壁任意點的實測相對位移值或用回歸分析推算的總相對位移值均應小于表2所列數值。當位移速率無明顯下降、而此時實測位移值已接近表列數值，或者噴層表面出現明顯裂縫時，應立即采取補強措施并調整原支護設計參數或開挖方法。

表2 隧道周邊允許相對位移值表 /%

注: (1) 相對位移值系指實測位移與兩測點間距離之比，或拱頂位移實測值與隧道寬度之比。(2) 脆性圍巖取表中較小值，塑性圍巖取表中較大值。 (3)Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ類圍巖可按工程類比初步選定允許值范圍。(4) 表中所列數值可以在施工中通過實測和資料積累作適當修正。

(5)埋設量測元件的情況和量測資料均應整理清楚后報監理工程師核查，并作為竣工交驗資料的一部分。

(6)根據量測結果進行綜合判斷，確定變形管理等級，據以指導施工。變形管理等級見表3。

表3 變形管理等級表

注: U0為實測變形值;Un為允許變形值。

6 結 語

在該隧道施工過程中，監控措施布置得當，及時的指導了施工和修改設計，從而保證了隧道施工的安全、經濟，取得了良好的效果。但是，隧道監控量測工作是一項具體而又復雜的工作，在實際施工過程中尚需不斷積累經驗和完善相關理論，筆者結合多年工作經驗認為：對于隧道監控量測及數據的整理分析及應用應該做好以下幾點：

(1)監控量測內容的選擇，量測斷面位置的選擇和量測測點的布置；

(2)監控量測數據的采集與施工狀態變化情況緊密結合，分析數據變化和施工狀態的關系；

(3)量測數據的應用。量測數據變化的準確分析和判斷，量測的及時反饋，以指導設計、施工和修改支護參數。

通過監控量測，保證了隧道施工安全與質量，預防了各類安全事故的發生。

梁 虎(1983- )，男，陜西榆林人，工程師，從事市政公用道路與橋梁施工技術工作.

(責任編輯：李燕輝)

四川省水電學會水電七局分會在廣東恩平深茂鐵路現場召開“2017技術交流會”

2017年8月1日，四川省水電學會水電七局分會在廣東恩平深茂鐵路現場召開“2017技術交流會。這是中國水電七局為提升該局技術水平、加強局內技術交流采取的有效措施之一，已連續多年結合實際工程召開，使局內工程技術人員受益匪淺。來自局內各有關單位的技術負責人及工程技術人員60余人出席了會議，會議由七局一分局深茂鐵路項目部承辦。在8月2日召開的技術交流會上，局副總工程師兼科技部主任魏平主持會議。會議承辦單位——梁學成指揮長致歡迎辭并介紹了深茂鐵路參設情況。省水電學會七局分會主任、局總工程師向建在會議開幕式上講話，再次強調了局舉行技術交流會的重要性，并感謝局屬各單位派員參會，支持局分會開展的工作。在交流會上，10位作者圖文并茂地介紹了各自參建工程取得的經驗和教訓，旨在加強橫向交流，共同提高技術水平。學術報告極具針對性，特點突出，展現了七局近年來擁有的技術水平。與會代表聚精會神聽取交流，均感到受益匪淺。學術報告交流后，會議采取了歷年會議行之有效的座談方式，向建總工程師親自主持，點兵點將，鼓勵參會的技術人員提問、解答，使聽者、說者均有收獲，取得了實效。與會者均對這種會議形式報以贊賞。向建總工程師最后做會議的總結發言，感謝會議承辦方——七局一分局深茂指揮部為會議的成功召開付出的努力。表示要將技術交流會的形式延續下去，為七局再上新臺階做好準備。會議期間，與會代表實地考察了完建的、由七局一分局承建的深茂鐵路相關標段，對會上介紹的實例讓代表們親眼所見，對其效果加深了印象。水電七局一分局深茂項目部為籌備此次會議的召開，特地制作了論文集和畫冊，全面、系統地介紹了深茂鐵路的建設歷程及其所取得的經驗教訓，受到與會代表好評。在完成了預定的議程后，會議圓滿結束。

2017- 04- 10

TV554;TV522

B

1001- 2184(2017)04- 0033- 03