阿爾金山隧道軟弱圍巖段的監控量測

（甘肅路橋建設集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

G3011柳格高速公路甘肅敦煌至當金山段阿爾金山特長隧道左線長7525m，主要為自西北向南東向斜穿當金山和阿爾金山山脈，屬于高寒干旱地區雙洞石質特長隧道，巖石主要是斜長花崗巖為主，巖質堅硬，巖體多片層狀、裂隙發育。主要圍巖類型為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖，隧道為雙洞單向分離式設計為普通雙車道高速公路隧道斷面。

隧道斷層破碎帶圍巖風化易破碎，整體性、穩定性較差，因此監測的主要目的有了解圍巖的穩定性，對初期支護變形做預判，以便采取措施，安全施工；通過積極的反饋信息來優化施工設計指導施工;掌握合適的時間開始二次襯砌施工；積累經驗，為以后施工提供參考。

一、監測內容和方法

監測項目主要有兩個必測項目拱頂下沉和周邊收斂。采用拱頂下沉和周邊收斂對圍巖變形做最直觀的分析，根據兩項變化速率確定二次襯砌支護時機，指導現場施工。軟巖段沉降布置在拱頂，收斂點布置在上臺階起拱線以上1m。此段內監測斷面間距為每5m一個。頻率暫定為每天一次，如有異常現象再加大監測頻率。

采用拓普康-DS101AC全站儀，應用免棱鏡功能對邊測量方式測量周邊收斂，拱頂沉降采用三角高程測量。測角精度為1″，有棱鏡測距精度為±（2mm+2ppm×D），無棱鏡測距精度為±5mm（0m～250m）。

二、精度分析

（一）周邊收斂精度分析

對邊測量中誤差計算公式：

用對邊測量法測定AB水平距離s的絕對中誤差ms與α、β、γ的關系。因軟巖變形段施工主要以二三臺階施工法收斂點布置在上臺階AB距離s一般在10m左右，在此取定10m。計算出ms，對點和其他影響對測距的影響在此不做討論。因較小，在此忽略。

圖1 對邊測量示意圖

將該段隧道監測中可能出現的不同α和β條件下，對邊測量的中誤差計算如表1所示。

分析表數據可知：

（1）存在最佳圖形α、β和γ約為90°、70°和20°最差圖形α、β和γ約為10°、10°和160°；

（2）當γ＞80°時ms較大在5mm之上；

（3）當α、β和γ約為60°、60°和60°ms在3mm左右非最佳處；

（4）監測時測站距收斂線中心在10m～35m；

表1 不同α和β條件下對邊測量的中誤差（mm）

（5）項目應用對邊測量系統誤差大致在±4mm左右。

（二）拱頂沉降精度分析

圖2 三角測量原理圖

工程沉降監測主要采用三角高程測量，原理如圖2所示。

根據誤差傳播定律和微分變換可得到高差中誤差mh

式中:mh為三角高程測量中誤差,mS、mα分別為斜距、堅直角測量中誤差分別取5mm、1″mK為大氣折光系數中誤差64ppm,mv為棱鏡高量取中誤差取±2mm。在此討論時不計mK，因D1和D2均小于100m在此計算中剩余兩項均可忽略，當α1、α2取幾種情況時，可得高差中誤差如表2所示。

分析數據可知：當α1、α2都較小時高差中誤差較小，中誤差隨著兩角度的增大而增大；高差中誤差隨D1、D2的增大也會增大，但在隧道監控量測中一般不超過100m可忽略此項影響；觀測過程中應盡量避免觀測點之間距離過近導致α2過大而影響測量精度，距離保持到15m。綜合以上精度分析可得，在該段采用上述方法需注意測站架設位置，盡量避免在靠近監測斷面過近，完全可以滿足監控量測需要。

三、數據分析

監測中，在左線夾泥軟弱段落沉降及周邊收斂變形迅速，改變施工工藝成為保證安全和施工質量的必要措施，并分析阿爾金山隧道夾泥軟弱巖段ZK287+250的拱頂下沉及周邊位移量的數據。ZK287+250拱頂沉降及收斂位移-時間曲線如圖3所示。

自開始監測到第二天，變形即有18mm，而第三天又出現下沉16mm的變化。開挖后監測三天累計沉降即出現49mm的變化，說明掌子面開挖對較近初襯影響較大，繼續推進掌子面的掘進對隧道圍巖的穩定性和施工安全造成不良影響。故將掌子面掘進停止，對該段落拱腳以上1m道拱腰部位進行加固，采取打5m至6m縱向間距1m環向間距1m呈梅花狀布設的無縫鋼管，并通過注漿泵注水泥凈漿的錨固桿加固處理。在停止掘進后單次變形量明顯減少，說明在該段掘進對周邊圍巖的影響較大。加固后單次變形速率明顯減小。上導開挖后20天累計變形123mm，下導開挖5天累計變形37mm，說明下導開挖對圍巖擾動較明顯。仰拱施做3天累計變化16mm，說明仰拱的施工對圍巖的影響也較明顯。自仰拱施工完成，隧道形成封閉圖形，整體性明顯加強7天內變化5mm。

表2 不同α1、α2下三角高程測量中誤差（mm）

圖3 ZK287+250沉降位移時間曲線

圖4 ZK287+250收斂位移時間曲線

ZK287+250斷面的周邊收斂位移—時間曲線如圖4所示。周邊收斂變形特征與拱頂沉降變形存在相似之處，表現為上導開挖急劇變化，在掌子面停止加工兩側后收斂也明顯變緩,下導開挖變化趨勢放緩，仰拱封閉后變化趨于平緩。累計收斂值達到275.8mm。但后期在仰拱施工完畢斷面形成封閉圖形后變形曲線明顯趨于平緩，巖體變形已穩定。分析得出，阿爾金山隧道軟巖段圍巖應力釋放時間大概要1個月以上，且掌子面爆破、邊墻施工、仰拱封閉成環施工過程擾動影響明顯。該類圍巖施工過程中應遵循“短進尺、弱爆破、早成型、強支護”的原則加密監控量測斷面的布置，及時分析監控量測數據，依據監控量測數據及時調整施工工藝和支護參數，保證施工過程安全。

四、數據回歸分析

對監測數據進行回歸分析、對ZK287+250的收斂沉降進行回歸分析，得到阿爾金山隧道ZK287+250斷面拱頂下沉周邊位移在加固后一個月以后趨于穩定。在回歸分析中，如果相關系數能在0.9以上，說明相關性較高，能夠通過回歸函數預測后期可能最大變形情況，根據預測情況判定圍巖的穩定狀態。