東馬場1#隧道監控量測總結

潘寶志

上海同納建設工程質量檢測有限公司（200331）

1 概況

東馬場1#隧道為左右線分離式隧道，左線樁號ZK70+180～ZK75+278，全長共5098m。右線樁號K70+130～K75+335，全長5205m。左右幅共計為10303m。隧道最大埋深613m，穿越程海全新世活動發震斷裂，受其影響較大，隧道區域內構造應力大，圍巖破碎軟弱，自穩性差。

東馬場1#隧道變形段地質:進口為侏羅系泥質粉砂巖，裂隙發育，呈碎塊狀，片理化明顯，層間有明顯擦痕，自穩性差，鑒定結果為絹云母泥巖。出口為泥盆系白云質灰巖、灰巖，出現結晶體、顆粒化、石墨化情況，裂隙發育，呈碎塊狀，軟弱夾層，自穩性差，鑒定結果為泥質板巖。受程海斷裂帶構造應力強烈作用，進出口段均有不同程度的變質作用影響。

馬場1#隧道為左右線分離式隧道，左線樁號ZK70+180～ZK75+278，全長共5098m。右線樁號K70+130～K75+335，全長5205m。左右幅共計為10303m。其中設計Ⅲ級圍巖3204m（占比31.1%），Ⅳ級圍巖3359m（占比32.6%），Ⅴ級圍巖3740m（占比36.3%）。隧道最大埋深613m，隧址區巖性復雜，主要地質問題有全新世活動的程海-賓川斷裂帶、軟巖大變形、極高地應力、突泥涌水等，為華麗高速公路項目的控制性工程之一。

2 拱頂下沉測點布設及監測方法

2.1 監測目的

檢測目的是根據變形速度、變形連續性、變形總量及變形收斂情況:判斷圍巖的穩定性；確定初期支護的安全性；確定施工方法的合理性。

對于拱頂沉降位移進行測量，獲得數據能夠直觀了解斷面變形狀態等實際情況，以此來確定隧道拱頂是否穩定。根據變形速率來判斷隧道圍巖的穩定，能夠幫助施工人員尋求到更好的支護時機，從多個角度強化工程穩定性，為施工人員創建和諧、安全的施工環境，從而更好地開展施工活動，提高施工有效性。

2.2 監測方法

對于工程中遇到的不良地質、突水等，要立足于實際情況，充分考慮到停車、通道交叉地段等設置監控測量斷面，在隧道拱頂部位設置3～5個監測點，并計算好各個監測點之間的距離。通常來說，測點要在距離開挖面2m的位置設置，確保爆破后12 h以內或者下次爆破前，測量出讀數。

目前，常用的測量方法為水準抄平法。由于基準點分別設置在洞內外，視線長度在30m以內，誤差控制在1mm以內。如有必要，可以借助冗余觀測法來提高監測精度，確保數據真實、可靠，能夠更好地開展工作。

在使用臺階法時，水準抄平測量拱頂極有可能出現下沉現象，而上臺階無法設置測量站，導致臺階法無法有效發揮作用。對于此類情況，可以采用非接觸法開展工作，把鋼尺掛在預埋測點上，并掛好1kg的錘球，以此來讀取數據，實現對工程實際情況的了解和掌握[1]。工程施工現場復雜，對于人員無法到達的位置，可以采用高精度全站儀等設備輔助測量，提高測量精準度。

2.3 測點布設

對于測點的布設（如圖1所示），要立足于實際情況，堅持針對性原則。具體來說，在測點處要借助小型鉆機打孔，將膨脹螺絲打入孔內，并借助扳手進行擰緊處理，為后續測量提供幫助。對上下臺階開挖時，一般要設置三個測點，每個分別相距2m。針對三臺階法來說，下臺階開挖等要根據實際情況，適當增加監測頻率，確保獲取的數據真實可靠。

圖1 拱頂下沉測點布置圖

2.4 斷面布設

根據開挖方式及圍巖級別的不同，Ⅴ級圍巖應在5～10m布置一個測量斷面，Ⅳ級圍應不大于25 m布置一個測量斷面，III級圍巖應不大于40m布置一個測量斷面，破碎帶段等不良地質段及加寬帶段按5～10m布置一個測量斷面。具體布設斷面的間距參照設計文件關于監控量測項目布置斷面里程和相關規范執行。

3 周邊收斂測點布設及監測方法

3.1 監測目的

根據變形速度、變形連續性、變形總量及變形收斂情況，判斷圍巖的穩定性；確定初期支護的安全性；確定施工方法的合理性。另外，隧道周邊位移是隧道圍巖應力狀態變化的最直接反映，測量周邊位移可為判斷隧道空間的穩定性提供可靠的信息；根據變形速率判斷隧道圍巖的穩定程度，為二次襯砌提供合理的支護時機；同時判斷初期支護設計與施工方法選取的合理性，用以指導設計與施工。

3.2 監測方法

由于斷面分布范圍較大，多集中在側墻和拱頂位置，因此應在這些位置多設置測量點，利用收斂計、全站儀對周圍實際情況進行監督和控制，及時發現這些位置的變化情況。測點間距最好控制在2 m左右，并確保爆破后12h以內讀數，以此來確保數據的穩定性。

除此之外，還可以采用無尺量測技術。監測人員可以利用高精度全站儀自由設站等方式，在隧道中靈活調整測量方式，對隧道變形情況進行監督和控制。與其他方式和方法不同，這種方法具有較強的靈活性，能夠有效抵御其他影響因素對施工的干擾，測量速度較快，效率高。在實踐中，可以將儀器設備架設在安全區進行測量，減少并避免對量測監測人員的傷害，監測人員無須到達危險區，便可以完成測量，實現安全作業。

3.3 測點布設

在確定監測的隧道斷面開挖后盡早進行，對于兩車道隧道全斷面開挖時，每測量斷面設置1對測線。當采用臺階開挖方式時，在拱腰和邊墻各布置一條水平測線。測樁埋深約15cm，鉆孔直徑約20 mm，用早強錨固劑錨固，測樁位置設置保護罩。臺階開挖中，應隨開挖分次布置監測測點，其測點布置原則同全斷面開挖。在隧道周邊位移測量中采用傳統測量（收斂計）或無尺測量技術（高精度全站儀）。

3.4 監測儀器

使用高精度LEICATS09plus全站儀進行量測（角度精度指標0.5″、分辨率0.1″，1mm+1ppm的測距精度，分辨率0.1mm）。

3.5 斷面布設原則

根據開挖方式及圍巖級別的不同，Ⅴ級圍巖應于5～10m布置一個量測斷面，Ⅳ級圍應不大于25 m布置一個量測斷面，III級圍巖應不大于40m布置一個量測斷面，破碎帶段等不良地質段及加寬帶段按5～10m布置一個量測斷面[2]。

4 隧道監控量測總結

1）整體變形情況:上臺階施工階段以沉降為主，線路右側G3點（靠山側）日均沉降60～80mm。左側G2點日均沉降50～80mm,局部滲水段日均沉降最大達200cm。上臺階BC日均收斂10～20mm，持續時長5d。中臺階施工至下臺階施工以收斂為主，中臺階DE（邊墻）日均收斂30～50mm，拱頂日均沉降20～40mm，持續時長7d。仰拱澆筑前，拱頂日均沉降10～20mm，周邊位移日均收斂20～40mm，持續時長8d。仰拱澆筑完成后，拱頂日均沉降5～10 mm，周邊位移日均收斂10～20mm，持續時長10d。同時開始出現初支噴射混凝土掉塊，拱頂鋼架局部斷裂，邊墻鋼架內擠或折疊斷裂。二襯澆筑前初支變形仍有5～15mm變形。

2）變形速率高:東馬場1#隧道目前施工過程中最大變形速率達到249mm/d，最大收斂變形達到92.5mm/d。

3）持續時間長:隧道開挖后，圍巖應力重分布需要一定時間，所以變形具有持續時間長、后期衰減慢的特點。東馬場1#隧道變形持續時間279d后仍在持續變形。

4）支護破壞形式多樣:圍巖具有各向異性，原始地應力方向復雜，使得初期支護受力不均勻，破壞形式多樣。在高地應力作用下，初期支護往往會發生混凝土噴混凝土開裂、剝落，型鋼拱架發生扭曲、變形等破壞現象。在二次襯砌施作以后，大變形也會使襯砌開裂，造成仰拱底鼓等現象。

根據監控測量數據分析，隧道的累計位移值大于預留變形量，隧道的日均位移值大于2mm/d。東馬場1#隧道目前沉降值不可控，隧道存在較大的安全風險隱患。

5 結語

隨著城市化進程的不斷推進，高速公路工程建設日新月異，工程規模大，覆蓋范圍廣，導致軟巖大變形隧道也隨之增加，對施工量測提出了更高的要求。因此要加強對監控測量管理，及時引進高新技術，收集各方面數據信息，真實反映出圍巖動態，營造和諧、安全的施工環境，提高施工有效性，從而推動本省經濟發展。