監控量測在某客專隧道中的應用

高海東

（甘肅林業職業技術學院　甘肅天水　741020）

1　工程概況及施工方法

寶蘭客專某隧道先后下穿藉河河谷區及兩岸黃土覆蓋的低山區，該隧道洞身及淺埋段地層主要為第四系全新沖洪積黏質黃土、粉質黏土等，所處區內構造運動較為活躍，表現為藉河兩岸山坡侵蝕強烈，高差達100～300m，第三系地層整體抬升并微向北傾。該隧道水文地質條件復雜，隧道通過區域地層巖性變化較大，涌水量較大，此外隧道大部分位于城區地下，具有下穿渭河、城市建筑物、通過液化氣站及液化氣管道等多種高風險點，所以該隧道被業內專家譽為“大斷面城市地鐵”。

隧道在施工過程中采用三臺階七步開挖法。這種方法在較軟地層開挖過程中施工空間相對較大，可以多作業面平行施工；部分軟巖或土質地段可以采用挖掘機直接開挖，工效較高；在臺階法開挖的基礎上，通過預留的核心土，左右錯開開挖，有利于開挖面的穩定；在地質條件發生變化時，便于靈活、及時地轉換施工工序，調整施工方法，適用范圍較廣。

2　監控量測內容和目的

監控量測是為了了解正在施工或已運營的隧道圍巖的力學性質和襯砌結構的受力狀態，保證施工安全，采用各種量測儀器對圍巖和支護結構所進行的量測工作[1]。監控量測項目的選擇要充分考慮各個量測項目的作用，按照《鐵路隧道監控量測技術規范》（Q/CR9218-2015）的有關要求將量測項目分為兩大類，即日常施工管理所必須進行的量測項目（必測項目）和考慮圍巖條件而需要增補的項目（選測項目），根據圍巖的種類和周邊地質條件，合理選擇量測項目[2]。在隧道施工中，必須通過可靠的監控量測數據，對圍巖的力學行為進行分析，得出圍巖的變化規律，指導施工，保證安全，進而得到合理的變形量，降低工程造價。

隧道監控量測的項目根據設計要求、工程特點和規模綜合選定[3]，本隧道必測項目包括：洞內外觀察、隧道內水平凈空量測和拱頂下沉量測，選測項目主要為地表下沉量測。

3　量測方法與頻率

3.1　洞內外觀察

隧道每次開挖后及初噴混凝土后通過肉眼觀察、地質羅盤測量和檢查，通過描述和記錄圍巖地質和支護結構狀況、巖性、巖層產狀、裂隙、地下水情況、圍巖完整性與穩定性。檢查初期支護表面是否存在剝落或裂隙，地表是否有底鼓現象，判斷圍巖類型是否與設計相否。

洞內觀察包括觀察開挖面和初期支護。開挖工作面觀察應在開挖作業后及時進行，目測圍巖破壞形態，分析地質變化情況，如無變化每天進行一次，若變化明顯，則每施工循環一次。洞外觀察包括邊仰坡穩定、地表水滲透、地表沉陷等現象。

3.2　拱頂下沉及水平收斂量測

拱頂下沉測點和水平變化測點應布置在同一斷面上。拱頂下沉測點應設置在拱頂軸線附近，當隧道跨度較大時，應結合相應的施工方法在拱部增設測點。

拱頂下沉量測和水平收斂量測采用相同的量測頻率。量測頻率應根據測點距開挖面的距離及位移速度確定。在測點距開挖面的距離決定的監控量測頻率和由位移速度決定的監控量測頻率之中，原則上采用較高的頻率值。出現異常情況或不良地質時，應增大量測頻率[3]。

實際量測頻率應由位移速度決定的監控量測頻率和由開挖面的距離決定的監控量測頻率之中選較高的一個量測頻率。

3.3　地表下沉量測

當渭河隧道在下穿建筑物及淺埋段時，在開挖前布設地表沉降觀測點。觀測點和隧道內其它測點應布置在同一斷面上，在隧道中線處應加密。

地表下沉量測應從開挖工作面前方處開始，直到襯砌結構封閉，下沉基本停止時為止。量測頻率與拱頂下沉和凈空收斂位移量測頻率相同。

4　監控量測數據的應用

4.1　監控量測數據的處理

主要包括數據校核和數據整理。將同一量測斷面的各種量測數據進行分析對比，相互印證，以確認量測結果的可靠性，如有異常應及時補測。每次觀測后及時對觀測數據進行整理，包括觀測數據計算、填表、誤差處理，將實測數據整理。

4.2　根據量測值繪制時態曲線

根據量測數據繪制時間-位移曲線散點圖，可以較直觀的看出圍巖位移變化的情況，并初步判定圍巖的穩定性（以某斷面為例），并推算出圍巖最終位移和掌握位移變化的規律[4]。

4.3　采用統計分析法對監測結果進行回歸分析

建立一種較好反映監控量測數據變化規律的函數關系式，對類似圍巖段的監測物理量進行預測，防患于未然。如預測最終位移[5]，據此確定隧道施工預留沉降量等。

4.4　數值模擬

結合實際地質情況建立數值分析模型，選取合理的計算參數，對施工過程進行控制，得出隧道初期支護結構內力和應力特征[6]。數值計算值與實際值進行對比分析，得到一個合理變形量，指導施工設計。

5　結束語

在隧道施工中，從隧道開挖到第一次支護的穩定，必然存在著變形，變形量的大小直接影響工程的設計，如隧道開挖斷面和鋼架預留變形量。預留變形量太小，隧道支護結構可能侵入隧道限界，影響隧道結構穩定，預留變形量太大，后期施作二次襯砌厚度增加，導致工程費用增加。所以，施工中要加強布點及數據采集的規范性。監控量測數據的收集、整理、分析應及時有效，監測值出現異常時，迅速報告相關工程師和現場施工負責人，并加密觀測次數，必要時進行24h不間斷監測，直至穩定為止。量測工作要注意儀器測量與圍巖、初期支護與洞內外觀察相結合，通過對量測數據不同形式的分析，結果相互驗證、補充，進而提高量測工作對施工、設計的指導、反饋作用。