隧道監控量測在高海拔隧道軟弱大變形圍巖施工中的應用

王清

（四川華騰公司試驗檢測有限責任公司，四川 成都 610000）

0 引言

在隧道施工過程中，隧道變形是衡量隧道結構體系穩定性的重要指標，監控量測是保證隧道現場施工安全和實現信息化施工的有效手段。隨著長、大公路隧道數量的不斷增加，施工過程中遇到的水文地質條件也越來越復雜，高海拔隧道的高度、距離和穿越各種地質單元通道等都給施工帶來了一系列特殊的挑戰。因此，高海拔隧道軟弱大變形圍巖施工成為地下工程研究的熱點[1]。本文結合實際案例，介紹隧道監控量測的監測目的、內容、頻率、方法，給出監測結果，指導隧道的安全施工。

1 工程概況

該項目路線起于甘孜州鄉城縣城香巴拉鎮色兒官村附近，接國道549線稻城縣城至鄉城段，設馬鞍山特長隧道（隧道長4595m），經熱打鄉設馬鞍山特長隧道（隧道長3853m）經正斗鄉，接國道215線竹巴籠至得榮二龍橋段。路線全長約97km，海拔高度均在2500m以上。

馬鞍山隧道所屬公路設計等級為三級，設計時速40km/h。隧道路面單向坡±2%（直線段）；超高段不大于±4%；隧道內最大縱坡±3%；最小縱坡±0.3%；洞內路面設計荷載：公路-II級；隧道防水等級：二級，二級襯砌混凝土抗滲等級不小于P8。

2 監測目的

（1）通過隧道監控量測，掌握圍巖和支護狀態，進行動態管理，根據量測信息，預測事故和險情，以便及時采取措施；

（2）預測圍巖最終穩定時間，指導施工順序；

（3）根據隧道開挖后所獲得的量測信息，進行綜合分析，修正支護參數并檢驗施工與設計[2]。

3 監測內容及頻率

3.1 監測內容

隧道監控量測主要包括：地質和支護狀況觀察、地表沉降、拱頂下沉、周邊位移，監測內容見表1所示。

表1 監控量測內容

（1)地質觀察。觀察記錄隧道掌子面圍巖產狀類型、巖石成分構造、節理裂隙狀況、圍巖滲水特點。

（2）地表沉降。隧道地表沉降采用水準儀進行量測，往返閉合差或環線閉合差≤（n代表測站數）。地表沉降測點橫向布置于隧道洞口上方，布設間距為2～5m，在隧道中線附近測點適當加密布置，測線范圍不得小于H0+B。基準點布置遠離隧道施工擾動區，基準點布置數量不得少于2個，必須滿足相互校核要求：1）測點布置于隧道洞口上方、布置間距2～5m；2）測點采用25螺紋鋼、埋入土體長度不得小于20cm，并澆筑混凝土固定。

（3）拱頂沉降。隧道拱頂沉降采用水準儀進行量測，測點布置于隧道拱頂處，要求滿足倒尺法測量。水準測量時先在后方基準點立塔尺讀取后視值，再將塔尺吊倒掛在拱頂測點（掛鉤）處，在塔尺基本穩定后讀取測點前視值。

拱頂沉降計算公式：

拱頂高程h1=h0+A1+B1

拱頂位移值△h=h1-h2

式中：基準點的高程為h0；后視點讀數為A1；前視點讀數為B1。

（4）周邊收斂。隧道周邊位移采用收斂計進行量測，周邊位移測線與隧道拱頂沉降測點同斷面。周邊位移測量值由收斂計鋼尺讀數加數顯讀數，隧道洞內測量時若溫度相對穩定可不進行鋼尺長度修正。

3.2 監測頻率

隧道監測頻率參照《鐵路隧道監控量測技術規程規范》（TB10121-2015）執行，通過數據分析嚴格參照速率變化及累計變化調整監測頻率，確保隧道監控量測的合理性。表2為監控量測速率頻率標準表。

表2 監控量測速率頻率標準表

4 監測結果

4.1 地質觀察

本期馬鞍山隧道洞內地質觀察共完成5個斷面：隧道掌子面圍巖以薄層板巖夾砂巖為主，灰黑色，微風化，巖質軟，節理發育，巖體破碎，受地下水影響，圍巖泥化，掌子面穩定性一般，需要超前支護。觀察結果見表3所示。

表3 馬鞍山隧道主洞掌子面圍巖觀察結果統計表

4.2 地表下沉

截至2021年4月24日，本期監測馬鞍山隧道MC-D1測線MC-D1-05（洞口正上方）最大累計沉降值為93.16mm，本期累計下沉28.3mm，近期沉降速率為0.5mm/d；測線范圍內地表沉降速率均≤0.5mm/d，隧道洞口地表處于緩慢變形階段。

馬鞍山隧道地表沉降監測統計結果見圖1、表4所示。

圖1 馬鞍山隧道地表沉降MC-D1測線速率時間曲線圖

表4 馬鞍山隧道地表沉降MC-D1測線監測結果統計

4.3 拱頂下沉

截至2021年4月24日，馬鞍山隧道K15+550、K15+540、K15+530 斷面拱頂沉降累計值處于(U0/3)≤U≤（2U0/3）階段，須對該區域初期支護加強觀測，局部進行加強支護處理。分析可知，該區域圍巖近期變形速率明顯減緩且均小于1mm/d，圍巖處于緩慢變形階段，隧道按計劃可正常施工[3]。

馬鞍山隧道的拱頂下沉監測統計結果見表5所示。

表5 馬鞍山隧道主洞拱頂沉降監測結果

4.4 周邊位移

截至2021 年4 月24 日，K15+550、K15+540、K15+530、K15+520監測斷面周邊位移收斂累計值均處于(U0/3)≤U≤（2U0/3）階段，須對該區域初期支護加強觀測，局部進行加強支護處理。分析該區域圍巖近期變形速率，除K15+520斷面MC-S100-4測線（下臺階施工初期收斂變形速率較大，該測線近期收斂速率為2.65mm/d，需加強觀測）外，其余測線收斂速率均小于1mm/d，圍巖處于緩慢變形階段，待圍巖穩定后及時施工二襯襯砌[4]。馬鞍山隧道的拱頂下沉監測統計結果見表6所示。

表6 馬鞍山隧道主洞周邊位移監測結果

5 結束語

綜上所述，在軟弱圍巖地質條件下開展隧道施工的難度較大，軟弱圍巖自身的穩定性不足，加之施工的干擾，易出現大范圍變形的情況。因此，開挖前必須對不良地質結構進行有效監測。通過現場監控和量測可以掌握拱頂沉降和周圍位移情況，分析圍巖和初始支護在施工中的穩定情況和變形程度，為評估和修改初始支護參數提供信息。該方法減少了其他監測儀器的使用，提高了監測效率，降低了成本。目前的監測方法和監測數據分析方法對其他土木工程的變形監測有一定的參考價值。