斷層破碎帶隧道圍巖監測技術探析

辛純濤

【摘 要】隧道的穩定性是隧道設計與施工中重點考慮的部分，直接影響隧道在施工過程和后期使用的安全問題，而圍巖松動圈是評價圍巖穩定性的重要參數之一，針對公路隧道施工過程中出現的圍巖變形，采用多點位移計法對隧道圍巖松動圈進行了監測分析，獲得多個深度的圍巖相對松動位移量，及其隨深度的變化規律和隨時問的變化規律等重要信息。從而保證能有效的對隧道圍巖的預警工作能正常進行。本文通過查閱大量的資料，對結合工程實際，對多點位移計監測技術、松動圈的監測技術等相關斷層破碎帶隧道圍巖監測技術進行了詳細分析，以保證預警工作能起到良好的效益。

【關鍵詞】斷層破碎帶;隧道圍巖;監測技術

中圖分類號： U452.12 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）11-0193-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.091

【Abstract】The stability of tunnels is a key part of tunnel design and construction， which directly affects the safety of tunnels during construction and later use. The surrounding rock loose circle is one of the important parameters to evaluate the stability of surrounding rock. For the surrounding rock deformation during the construction of highway tunnel， the multi-point displacement meter method is used to monitor the surrounding rock loose circle. Obtain the relative loose displacement of surrounding rock with multiple depths. And important information such as the law of change with depth and the law of change at any time. Therefore， it can ensure that the early warning work of the surrounding rock of the tunnel can be carried out normally. Through consulting a large amount of data， this paper analyzes the surrounding tunnel rock monitoring technology of multi-point displacement meter monitoring technology and loose circle monitoring technology in combination with engineering practice to ensure that the early warning work can achieve good benefits.

【Key words】Tunnel surrounding rock; Monitoring technology

0 前言

從我國的整個國土面積上來看，山脈占據著很大的比例，尤其是在一些多山的地區，鐵路、公路的建設必須要進行隧道的開挖。而在隧道工程中，圍巖的具體變形情況對整個隧道工程的建設來說至關重要。在隧道工程施工過程中，圍巖的開挖需要考慮到很多因素。并且為了保證隧道圍巖的穩定性，需要從宏觀上分析可能影響隧道圍巖的物理量，采取有效的措施來避免圍巖出現形變，局部破壞等情況。對于隧道圍巖的開挖工作特別是一些特大斷面山嶺隧道圍巖等施工環境特殊的地區施工來說，需要用到一些先進的技術、設備來減少出現少挖、超挖等情況。比如，有新奧法進行開挖，不僅可以有效的解決這一問題，還能避免由于無法與圍巖良好耦合而失去作用等情況的出現。特別是斷層破碎帶的隧道圍巖的開挖，難度更大。基于此，下面結合工程實例，對斷層破碎帶隧道圍巖的監測技術進行了總結和分析。

1 工程概況

在某隧道工程中，由于左幅隧道、右幅隧道全長分別為1070m、1180m，入口段山體坡面比較陡，與水平地面成45角，按照相關施工要求，高速公路按雙向4車道設計，這樣可以有效保證車輛能順利通行。從整體上看，整個隧道的地貌大部分分布在山區，所以大多數隧道的開挖工作量較大，施工情況也較為復雜。通過實地勘察，了解到隧道的出口段的地層巖性為礫巖，從顏色上看主要成深紫色，查閱相關資料發現，這種巖性屬于侏羅紀中系統后城組礫巖，礫巖中成分種類較多，不同礫巖之間的直徑差異較大。此外，由于礫石與充填物為鐵質及碳酸鹽膠結物，所以其具有許多良好的特性。洞區出口段地層巖性分布第四系覆蓋層，槽探揭露厚度約0.6～5.6m，震探揭露最大深度為11m，表層為黃褐色，含植物腐殖質，下部為坡積土層。

從整體上看，整個隧道工程中的圍巖的施工情況基本正常，但個別的位置存在斷層破碎帶。礫石與充填物間為鐵質及碳酸鹽膠結物膠結。其中微風化礫巖的物理力學參數為：比重為2820Kg/m3。飽和抗壓強度為75.5MPa。抗拉強度為3MPa，軟化系數0，75。內摩擦角為75。泊松比0.20。容許應力4.0MPa。

2 多點位移計監測技術

根據實際情況，在保證隧道為巖開挖的質量的情況下，使用多點位移計監測技術進行施工，可以大大提高施工的進度。根據相關資料顯示，圍巖彈塑性變形是隧道圍巖開挖的常見現象，而多點位移計監測技術的應用能夠有效的監測到斷層破碎帶隧道圍巖中的松動圈與掌子面尺寸的變化情況。比如，在開挖時采用預埋式多點位移計對斷層破碎帶隧道圍巖進行監測時，能夠有效的確定斷層破碎帶隧道圍巖的變形與一些因素之間的關系，確保斷層破碎帶隧道圍巖的施工質量。

在斷層破碎帶隧道開挖過程中，需要注意觀察多點位移計測量出的各個測點的監測位移，這樣能夠準確的把握好掌子面與多點位移計的變化情況，對不同深度的位移變形量進行記錄，隨著時間的變化，開挖深度的不同也會對變形情況產生影響，并且各個區域的斷層破碎帶圍巖的變形情況始終存在差異，通過各個區域的多點位移計各埋設點可以逐步推測出松動圈的位置。選取合適的斷面，對斷面進行打孔，再將多點位移探頭安裝在相應部位，在進行測點的布設，以便有效的對斷層破碎帶圍巖情況進行監測，并且布設的間距需要根據實際要求來進行。

預埋式多點位移計具有許多優點，被廣泛的應用在各項隧道工程中，采用預埋式多點位移計對斷層破碎帶圍巖的松動圈進行監測能夠取得良好的效益。如地表埋入法，這種監測方法的特點是測量的數據具有簡潔、直觀等特性，將各項數據用曲線圖表示出來，可以發現總體的位移隨時間的變化大體上趨于穩定，偶爾有些變化。此外，對于松動圈來說，需要確定圍巖內松動圈的范圍，了解其與掌子面移動的變化關系。

3 松動圈的監測技術

在對該隧道左洞多點位移計埋設斷面進行監測。根據監測數據，主要對圍巖內各點位移計讀數隨時間的變化關系進行了分析。由于各點隨時間變化幅度不同，且最終穩定后的變化值也不同，通過位移計讀數的變化規律，可以利用位移計各埋設點的徑向距離判定圍巖松動圈范圍。根據監測數據，可以看到圍巖內各點位移計讀數隨時間的變化關系，從而得出斷面位移的變化趨勢。從3個斷面中選取M1斷面數據作為代表進行分析。由上圖以及已監測數據分析可得：隨著時間的推移，各點位移都有不同程度的增加。其中3徉測點距離洞頂最近，累積位移量最大，分別達到了7mm、6，5mm和4mm，2撐測點累積位移量分別為3，5mm、4mm和4，5mm，1撐測點累積位移分別量為4mm、2，5mm、2，5mm。針對M2和M3斷面，1#測點距離洞頂最遠，該點位移量很小，可看作是基本不動。而對于M1斷面，2撐測點可看做基本不動。

當隧道開挖距測量斷面15～25d時，各點位移量有較大的增加，而且在此范圍內，圍巖發生較大的松動。根據圍巖內各點位移隨時間的變化曲線，可以看出圍巖內各點位移隨時間的變化均呈增長趨勢，但最終趨于穩定。且距離洞壁越遠，其累積位移量越小。從各點總的變形量來看，開挖的影響范圍達到了測點1所在的位置，在3m左右。

4 結論

斷層破碎帶隧道圍巖監測技術的方法有很多，上文對比較常見的監測方法進行了總結和分析，實際證明，上述監測技術的應用，有效確保了斷層破碎帶隧道圍巖的施工質量。

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