山嶺地區連拱隧道監控技術

楊 斐，丁亞輝

（中交二公局第二工程有限公司，陜西 西安 710119）

1 工程概況

云南麗江石格拉2號隧道起點里程為K109+260，終點里程為K113+880。隧道采用連拱-小徑距-分離式的形式，右幅起點里程K109+260，止點里程K113+880，隧道全長4901.375m，最大埋深約661.2m；左幅起點里程D15ZK109+330，止點里程D15ZK113+880，隧道全長4837.607m，最大埋深約651.34m。隧道地處云南高海拔地區，高度為1750～3110m，屬高中山構造剝蝕地貌區。

2 連拱隧道施工中監控量測工作目的

（1）為保證隧道施工過程中及時掌握隧道掌子面圍巖的狀態，對隧道初級支護變形趨勢進行預測，確定隧道二次襯砌的施工時間。

（2）根據圍巖情況，對比檢查設計支護參數設計是否合理；基于監控量測觀測數據結果，為調整設計支護變更提供準確的數據資料。

（3）監測連拱隧道施工過程對隧道施工區域周邊環境的作用，提前采取加固措施進行處理，防止發生安全和質量事故。

（4）收集連拱隧道先行洞監控量測數據，為后行洞施工提供準確的參考，為隧道安全化管理、信息化管理提供科學基準。

3 監控量測管控要求

（1）現場每天監控量測數據采集前，通知監控單位現場管理人員共同采集數據，每次采集的量測數據記錄在原始測量記錄本上，數據記錄要求符合《工程測量規范》（GB 50026—2007）要求[1]。

（2）根據項目的技術合同要求，監控量測數據采集工作由項目測量隊負責。測量隊隧道測量組按照隧道施工的實際情況，每天及時進行量測數據的測量和整理，并上報測量隊隊長進行數據分析，基于監控量測分級管理要求，判斷當天的數據分析成果處于何種級別，并按照規定采取對應的施工對策和處理意見。

（3）測量隊隊長應將隧道監控的成果分析資料按照時間進行整理，按照竣工資料要求建立臺賬，錄入隧道安全施工監控平臺。

（4）測量隊建立監控量測周報和月報管理制度，對連拱隧道監控數據的變化規律進行總結，評價連拱隧道施工安全狀況，按照監控量測位移管理要求進行上報。監控量測周報由測量隊按監控要求編制，并報工程技術部存檔。監控量測周報主要內容：本周量測工作開展情況、監控量測數據分析成果和位移管理匯總、工作中存在的問題和解決情況、對隧道施工管理提出改進的意見和建議、下周監控量測工作計劃。

（5）隧道開挖后，應及時設置拱頂下沉、凈空收斂監測點。監測點應布置在距掌子面2m的范圍內，在監測后3h內完成初次數據的采集。監測點由長度15cmφ12的螺紋鋼筋和邊長4cm厚6mm的鋼板組成。監測點埋設前，采用全站儀進行測量放樣，保證監測點處于同一斷面上。采用φ12鉆頭進行鉆孔，孔內填充錨固劑，將鋼筋埋設到孔內，外側鋼板上粘貼反光貼，等監測點穩固后，開始觀測初次數據。

4 量測項目和量測儀器設備的確定

（1）量測項目分為必測項目和選測項目，該項目必測項目如表1所示。隧道施工時必須進行必測項目的量測，選測項目應根據隧道斷面形狀、大小、埋深、設計要求、圍巖情況、周邊環境條件、施工方法等綜合因素進行選擇。

表1 連拱隧道必測項目

（2）按照監控量測項目選擇操作方便、精度可靠的儀器和設備。該項目使用的監控量測儀器和設備為徠卡TS09P全站儀、反光貼、徠卡DNA03精密水準儀、銦鋼尺、中科4850爆破振動儀。

5 隧道必測項目施測要求

5.1 量測斷面、監測點數設置要求和原則

（1）隧道進洞前，完成淺埋隧道或洞口位置的地表沉降監測點的埋設，隧道洞內監測點應和地表監測點設置在同一里程，以便更好地反映地表沉降和拱頂下沉。該項目每個斷面設置9個地表監測點，橫向間距按照3m進行布設；隧道埋深h小于隧道開挖寬度B時，監測斷面縱向間距按5m進行設置；隧道埋深h介于1倍開挖寬度和2倍開挖寬度時，監測斷面縱向間距按10m進行設置。

（2）該項目拱頂下沉監測點按每5m/道設置。

（3）該項目凈空收斂監測點按每5m/道設置，每道斷面設置2條凈空收斂測線，共4個監測點。

5.2 監控量測觀測頻率

監控量測觀測頻率按照監測點到掌子面距離進行設定，具體數值如表2所示。

表2 按開挖距離確定的監控量測頻率

5.3 監控量測極限值數值的確定

（1）從隧道開挖施工開始到隧道圍巖穩定，超過隧道凈空收斂變化的最大極限值，或隧道拱頂下沉的最大極限值，表示隧道圍巖處于不安全狀態，必須采取相應的技術措施進行處理。

（2）允許位移變形量應根據監測點與掌子面的距離確定。距開挖面1B（U2B）時，允許位移變形量為90%U0；距開挖面較遠時，允許位移變形量為100%U0（U0為極限相對位移值）。

（3）根據位移-時間曲線判斷隧道圍巖是否處于穩定狀態。因為巖體流變特性，巖體破壞前的變化位移-時間曲線可分成3個區段：①基本穩定區。主要標志是變形速率不斷下降，說明圍巖是穩定的。②過渡區。變形加速度長時間保持不變，說明圍巖開始破壞，此時需及時加強支護。③破壞區。變形速率漸增，說明已經進入危險狀態，必須立即停工，進行加固。

（4）根據隧道位移控制標準，隧道變形值大小分為3個管理級別，如表3所示。

表3 位移管理等級及處理措施

6 必測項目監控量測方法

6.1 隧道掌子面及支護觀察

隧道施工過程中應進行隧道掌子面觀察和已施工段初次襯砌、二次襯砌支護外表觀察。

（1）隧道掌子面觀察應在開挖出渣后及時進行，填寫掌子面地質狀況記錄表和地質素描，并保留掌子面影像資料。檢查掌子面地質情況是否與設計圖紙、地質勘察資料、超前地質預報相一致。若相差較大，上報工程技術部，聯系設計院進行支護參數調整和協商設計變更事宜。地質素描主要記錄隧道掌子面圍巖巖性、走向、結構面、裂隙、地下水分布和發育情況。

（2）初次襯砌觀察主要是檢查靠近掌子面位置的噴射混凝土表面是否出現裂縫以及裂縫變化趨勢、滲水、出水情況，檢查初次襯砌的支護效果。

（3）二次襯砌觀察主要檢查已施工二襯混凝土段是否出現裂縫，及時調整掌子面爆破參數。

6.2 地表沉降監測

地表沉降監測主要是在連拱隧道進口段和淺埋地段，采用徠卡DNA03精密水準儀、銦瓦鋼尺進行測量數據，沉降監測基準點布設在隧道施工影響范圍以外，牢固可靠，便于進行量測工作。通過地表沉降監測數據結果，可以分析隧道周圍地層的穩定狀況，判別隧道爆破施工對周邊環境的影響。

6.3 隧道拱頂下沉量測

隧道拱頂下沉監測是確定二次襯砌施工時間、確保隧道施工安全管理、判斷隧道圍巖是否穩定的基礎，檢查初次襯砌設計支護參數是否合理，為設計變更和優化支護參數提供數據支撐。采用全站儀+反光貼快速方式采集拱頂量測數據，減少監控量測工作對施工的干擾。

6.4 隧道周邊收斂量測

隧道周邊收斂監測也是確定二次襯砌施工時間、確保隧道施工安全管理的基礎，檢查初次襯砌設計支護參數是否合理，為設計變更和優化支護參數提供數據支撐。采用全站儀+反光貼快速方式采集周邊量測數據，減少監控量測工作對施工的干擾。

7 監控量測數據的分析與處理

隧道內施工環境復雜，現場采集的監控量測數據含有一定的誤差，不能真實反映隧道圍巖的真實變形情況，必須對原始數據進行處理，剔除粗差，才能進行數據處理。該項目擬采用對數函數、指數函數、雙曲線函數進行回歸分析，模擬圍巖變形曲線。

監控量測數據分析、處理的主要目的：（1）確定監控量測數據的可靠程度；（2）對隧道圍巖巖性定性分析，以便合理地確定支護參數；（3）對隧道后續施工提供科學的參考數據。

8 監控量測信息反饋

（1）根據監控量測的數據分析成果，對隧道施工安全進行綜合評價，并根據管理分級采取相應的工程措施。

（2）隧道施工中應及時對監控量測數據進行回歸分析。量測數據分析分每天分析和階段分析兩種方式。①每天分析：每天原始數據采集完后及時進行分析，發現數據曲線異常時應分析產生原因，提交異常報告和解決方案；②階段分析：按每周、每月進行階段性分析，匯總隧道圍巖監控量測數據的變化規律，對現階段的施工技術情況進行評估，為后續隧道施工提供可行性建議。

（3）隧道施工安全評價參照位移管理等級分三級管理，根據安全分級管理采取對應的工程措施，如表3所示。

9 確定二次襯砌施工時間

隧道二次襯砌施作應在滿足下列要求時進行：（1）隧道水平凈空收斂和拱頂垂直位移速度明顯下降，隧道圍巖和初次支護處于基本穩定狀態；（2）隧道位移相對值已達設計允許總位移量的90%以上。

10 結束語

通過石格拉2#連拱隧道開挖施工的工程實踐，文章所述監控量測方法有效地保證了連拱隧道施工的質量、進度、安全可控，為隧道生產提供可靠的技術支撐，為以后山嶺連拱隧道的施工提供了一定的參考價值。