隧道施工監控量測的應用分析與思考

楊志鵬 高海東

（甘肅林業職業技術學院，甘肅 天水 741020）

1 隧道施工監控量測的應用

1.1 監控量測

隧道施工過程中使用各種類型的儀表和工具，對圍巖和支護、襯砌的力學行為以及它們之間的力學關系進行量測和觀察，并對其穩定性進行評價，統稱為監控量測[1]。鐵路隧道在開挖、支護、運營的過程中，始終都存在著受力狀態變化這一特性。

按照規范和標準的要求，采用新奧法施工的隧道，把監控量測是必要的工序之一。在隧道施工中，根據監控量測項目的重要性、可操作性等因素，將鐵路隧道的施工監控量測項目分為必測項目和選測項目兩類。必測項目由于其操作簡單，費用低，具有重要的安全性及可靠性，在所有的隧道必須采用。選測項目由于選用儀表及工具較為復雜，成本較高，操作性較為困難，一般在隧道特殊地段或者有其他要求的地段進行量測，便于對隧道的圍巖受力及支護效果有更深入的認識。

1.2 隧道施工監控量測的主要內容及頻率

1）洞內外觀察

在隧道每次開挖完成之后，應觀察圍巖巖性、巖層產狀、裂隙、地下水發育等情況，分析其完整性和穩定性，并判斷是否與設計一致。在圍巖初噴混凝土之后，應觀察其是否存在裂隙和剝落，地表是否存在鼓起現象。隧道洞外觀察的重點，要放在洞口段及淺埋段，應觀察地表是否出現裂縫、沉陷、邊坡和仰坡穩定狀態等，并進而判斷隧道的開挖是否影響到洞外，從而分析隧道開挖及支護方法的可靠性[2]。

洞內外觀察是最能直接反應出隧道開挖對洞內外影響的一個項目，隧道施工過程中必須經常性的進行洞內外的觀察，如圍巖出現較大變形，應及時停止施工，待查明原因，分析處理保證安全后進行施工。

2）拱頂下沉

拱頂下沉即隧道開挖后，由于圍巖自重和應力重分布造成隧道頂板向下移動的現象。隧道拱頂下沉測量的目的是對圍巖的穩定性進行評價，從而判斷隧道初期支護的效果。通常采用的儀器是水準儀、鋼掛尺或全站儀。測點可在隧道拱頂軸線處通過在鋼支架上焊接測件或在已做好的噴射混凝土層上鉆孔預埋測件。

在工程中，考慮量測的方便與簡捷，宜采用水準儀與全站儀進行量測，在量測前，應清除量測點上的污染物，貼反光片，保證數據的準確性。

3）周邊收斂

周邊收斂即隧道周邊上兩點相對位置的變化。周邊收斂量測的目的與拱頂下沉相同，在施工中，宜把周邊收斂量測點與拱頂下車量測點布置在同一斷面上，當隧道的跨度較大，應適當增加測點的數量。

在工程中，隧道周邊收斂應采用收斂儀或全站儀，考慮到施工的可操性，工程中多以全站儀進行測設。隧道周邊收斂量測測線數可參考表1。

拱頂下沉量測和周邊收斂量測采用相同的量測頻率。按照規范規定，量測頻率應根據測點距開挖面的距離（表2）與位移速度（表3）確定，在兩個頻率中選擇較高的頻率值[3]。在隧道施工中圍巖地質條件變差或出現異常時，應增大監控量測頻率。

4）地表下沉

地表下沉即隧道開挖之后，地層中的擾動區延伸至地表而引起的地表沉降（或者隆起）。當隧道為淺埋段時，開挖方法的不當會引起洞內的變形而波及地表。地表下沉在淺埋段是屬必測項目，其目的在于分析洞內開挖對地表的影響程度，隨開挖工作面掘進的變化規律以及下沉穩定的時間。

地表下沉量測的儀器水準儀或全站儀。量測點和隧道內的拱頂下沉點及周邊收斂點應布置在同一斷面上，在隧道中線處應適當加密。地表下沉點的縱向間距與距開挖面的距離有關，量測點的布置如圖1所示。

表1 周邊收斂量測測線數

表2 按距開挖面距離確定的監控量測頻率

表3 按位移速度確定的監控量測頻率

圖1 量側點布置示意圖

地表下沉點量測從隧道開挖工作面的前方開始，直到隧道二次襯砌閉合成環為止，量測頻率與周邊收斂量測和拱頂下沉量測頻率相同。

5）選測項目

鐵路隧道的選測項目有圍巖壓力、鋼架壓力、二次襯砌內力等11項，施工單位可以根據施工特殊要求和實際需要將選測項目納入監控量測范圍。

2 隧道監控量測的反饋

2.1 指導施工

通過對監控量測數據進行處理，繪制時態曲線等多種方式，分析圍巖變化的規律。如果由于基底不良造成拱頂下沉，應盡快封閉仰拱，在墻角處加設錨桿，復噴混凝土或者在鋼架底部加設墊塊、換填土體或注漿加固。如果隧道開挖過程中的預留變形性過大，根據監控量測結果得到一個合理值，可減少隧道開挖土方量和二次襯砌的混凝土數量，降低工程成本，取得較好的經濟效益。

如果變形速度突然增大或者出現不穩定征兆，應進行監測觀察，派有經驗的人員對初期支護進行監視；如伴有響聲及新生裂縫，應及時暫停正常施工，人員機具撤離至安全場地，待查明原因后進一步施工。

2.2 修正設計

通過數據分析，如果變形過大是由于圍巖壓力引起，可通過錨桿加固圍巖及多次復噴，以補強初期支護。下一循環施工前，及時告知建設單位、設計單位等相關部門，分析原因，通過修改初期支護和二次襯砌參數，增大安全儲備，同時增加觀測頻率，必要時經過監理同意及時施作二次襯砌閉合成環，消除安全隱患以保證安全。因圍巖條件、位移值和當初預計差異的大小和前方預測的情況等有很大差異，變更的內容和規模也不同，同時，為保證施工的安全和效率，也需要采用施工輔助方法[5]。

3 結語

我國規范明確規定，采用新奧法施工的隧道必須將監控量測作為一個工序，但很多施工單位對監控量測的重視度不夠，以施工經驗指導施工，這是一種非常錯誤的觀念。在今后的隧道施工中，必須提高對監控量測的認識，讓它成為一雙時刻監視隧道變化的“眼睛”[5]，工程技術人員應該選用多種有效的監控量測項目，及時采集及分析數據，互相分析驗證，根據變化采取相應措施，從而確保施工安全，保證工程的施工質量。