黃土隧道施工過程監控量測分析

張 曄

(陜西建工集團機械施工有限公司，陜西 西安 710032)

1 概述

21世紀是我國高速鐵路、高速公路大發展、大繁榮的世紀，在“一帶一路”的時代背景下，我國西部地區交通基礎設施建設量逐年增加。西部地區特殊的地質條件決定了西部地區隧道數量會逐年增加，在進行隧道施工時，監測量測技術在隧道施工過程中尤為重要。此技術既能夠保證隧道施工的整體質量，同時還能夠保證隧道施工進度，為交通基礎設施建設發展提供技術保障[5]。

2 監測量測過程及數據分析

2.1 工程概況

大吉溝隧道起訖里程為K67+442～K70+140，長2 698 m，Ⅴ級圍巖區段長度為108 m，Ⅳ級圍巖區段長度為2 590 m。隧道監測測點的布置工作于3月27日全面展開，進行了收斂位移測點、拱頂下沉測點，及洞口淺埋段地表下沉監測測點布設工作和相應的量測分析工作；并依據現場施工情況，對進出口端進行了地質雷達質量檢測工作。

監測組根據當地公路工程指揮部的要求開展工作，截至7月25日已完成監測斷面工作，其中：監測完成周邊收斂斷面135個，拱頂下沉斷面135個，具體的斷面監測數據分析結果如下。

2.2 地表沉降分析

監測小組在大吉溝隧道開挖現場布設地表位移測點8組，共40個測點，于3月20日開始采集初始讀數，截至4月22日地表下沉觀測結果繪制出此隧道進出口地表沉降位移—時間曲線圖如圖1所示。

從圖2中可以分析得出：由于隧道洞口處的圍巖軟弱、破碎、自穩的時間較短，不當的施工方法會使地表發生有害沉降。該斷面地表沉降和沉降速率與時間的函數圖像如圖1，圖2所示。大約18 d后各測點都趨于穩定。接近隧道的軸線的測量點1,2,3，沉降變化基本相同，測量點的測量值也很接近，下沉速率波動不大，最終沉降穩定在0 mm/d～0.5 mm/d。距離隧道的中軸較遠的測量點4,5，下沉變化的波動較大，但最終趨于穩定。基于上述兩個地表沉降曲線的綜合分析，可以看出其他測點的位移小于隧道軸線附近兩點的位移。可以說，地表沉降主要集中在隧道軸線附近的位置。因此，為減少地面沉降應該采取超前支護和及時加強初期支護等措施，使入口處地表沉降處于安全合理的范圍內。

2.3 周邊收斂分析

根據大吉溝隧道施工進展情況，監測組采用收斂計量測其中兩點之間的相對位移值，來反映圍巖位移動態變化。截至7月25日已布設監控測點135斷面，由監測的數據結果繪制出時間—位移曲線圖如圖3～圖5所示。

分析上面的隧道周邊收斂位移—時間曲線圖，可知：

監測日期1日～6日內水平收斂位移較大，最大日收斂值為4.86 mm，累計收斂值為21.39 mm。此時，隧道圍巖處于加速變形期：第7天～第19天，水平收斂位移變化最小，而累積收斂值僅為4.36 mm，表明隧道圍巖的變形仍在持續，但趨勢已開始減弱，開始進入緩慢變形期，19 d內水平收斂位移共計25.75 mm；19 d后隧道圍巖的變形已逐漸穩定。

2.4 拱頂下沉分析

拱頂下沉量測與周邊收斂共用測點，這樣不僅節省了安裝工作量，更重要的是使測量點統一，并可以相互驗證測試結果。使用收斂計測量，具體計算方法如下：通過周邊收斂觀測值利用計算拱頂下沉量的大小，根據測線A，B，C的實測值并利用三角形面積換算求得。拱頂下沉量如圖6所示。

其中：

其中，a,b,c分別為前次量測BC線、AB線、AC線所得的實測值；a′，b′,c′分別為后次量測BC線、AB線、AC線所得的實測值。

根據隧道現場施工進展情況，監測項目組已在隧道開挖區域布設拱頂監測斷面135個，其具體的監測數據詳附表，由監測的數據結果繪制出時間—位移曲線圖如圖7～圖9所示。

分析上面的隧道拱頂下沉位移—時間曲線圖，可知：1日～6日內拱頂沉降數值變化較大，最大每日沉降9 mm，累積沉降29.88 mm，表明隧道圍巖加速變形期。第7天～第19天的拱頂沉降時間曲線基本平緩，日最大沉降1.1 mm，累計沉降僅為3.06 mm，表明隧道圍巖的變形仍在繼續，但趨勢已開始弱化，開始進入緩慢變形期，19 d內拱頂下沉共計32.94 mm；拱頂沉降時間曲線19 d后基本趨于水平，隧道圍巖變形逐漸穩定。

3 結語

本文根據大吉溝隧道現場監控量測的數據，具體分析了大吉溝隧道的地表沉降、周邊收斂和拱頂下沉，分析表明大吉溝隧道開挖圍巖穩定良好，并未發生失穩破壞，監控量測資料也從側面反映了施工的實際情況，是竣工文件中不可或缺的部分。監控量測工作是隧道安全施工的必要條件，對于隧道的開挖施工、初期支護、二襯的合理步距具有指導性意義。監控量測工作貫穿于整個隧道施工的全過程，直至隧道運營。因此，監控量測工作對于隧道的合理施工起到關鍵性作用，也是保證隧道施工安全、合理、經濟的前提。