隧道不良地質段施工質量監測要點

史艷來

（張家口市公路施工管理處，河北 張家口 075000）

作為公路工程項目的重要節點，隧道施工質量直接關系到公路通行安全。而且隧道施工的不可預見性較大，隱蔽工程眾多，施工現場受限較多。

一、工程概況

該隧道設計里程為712.2米，從里程長度上劃分，屬于中長隧道，經工程地質勘察后發現，k0+600～k0+857和k1+214～k1+312.2標段，圍巖等級為Ⅴ級，穩定性尚可，洞頂分布大量雜填土方，壓實度較差。k0+857～k1+214標段屬于軟弱地層，圍巖以中風化砂巖為主，強度和穩定性稍差，圍巖等級為Ⅳ級。為保證隧洞開挖的安全性，擬采用交叉中隔墻法施工，并以臺階法掘進。

二、隧道施工特點

（一）工程項目地質的不可預見性較大

雖然工程地質勘察技術和地質超前預報技術已相對成熟，但仍無法實現對隧道過境巖層的精準全面預判，在隧道開挖過程中，透水、垮塌等事故時有發生。如果過境段本身地質條件復雜，圍巖等級較低，則開挖難度將更大。

（二）施工擾動影響

隧道施工期間，存在爆破及開挖等各種外力擾動影響。外力的荷載作用將打破巖層原有的自平衡體系，改變巖層的受力形式。如果圍巖支護不到位，嚴重情況下將誘發巖層垮塌，造成重大安全事故。

（三）隱蔽工程占比較高

隧道開挖及支護等施工均需在洞內完成，且不同工藝之間有嚴格的前后工序規定，后續施工將不斷覆蓋前段施工，隱蔽工程比重不斷擴大，且施工與質量檢測需同步完成。

三、隧道常見不良地質情況

該隧道過境段不良地質工況主要表現為淺埋深、洞頂坍塌冒頂、斷層及破損巖層帶、巖爆及巖溶帶；淺埋深主要集中在隧道的進口和出口區域，由于洞頂埋深較淺，加之圍巖強度較低，如果支護處置不到位，在施工荷載擾動下，極易誘發坍塌事故。隨著隧洞的不斷掘進，洞頂巖層覆蓋厚度不斷增加，該區域巖體在原本的自平衡體系下穩定性較好，初始應力水平較高，一旦受到過大的施工荷載擾動，極易誘發瞬間的巖爆事故。

四、不良地質段施工質量監測要點

（一）超前地質預報

1.超前地質預報基本要求

以前期地質勘察為基礎，借助物探技術和鉆探設備，遵循粗略勘查與精細勘查相結合的原則，提前預判隧道的地質條件，為后續的圍巖支護和處置提供參考。委派專業技術人員并配以物探和鉆探設備，保證順利完成地質超前預報。常用的物探設備包括電磁儀、TSP探測儀及地質雷達等，應結合隧道地質條件選取物探儀器，以保證超前預報的可靠性和準確性。

2.超前地質預報工作順序

隧道開挖掌子面爆破后應立即組織超前地質預報工作，首先實施隧道開挖面地質素描，地質預報頻率根據地質條件確定，一般以10米為一個記錄頻次，當地質條件出現顯著變化時，應增加素描頻次。其次，使用TSP探測儀測定開挖掌子面前段的不良地質分布情況，探測頻次為每次100米。接著，再使用電磁儀或地質雷達詳細探測，最終確定不良地質的分布位置和延續長度。如果地質超前預報結果判定前方分布有不良地質，在開挖掌子面接近不良地質巖層后，應通過物理鉆探采樣加以確認。最后，結合物探和鉆探確認結果，給出地質超前預報結果。

（二）監控量測

1.監控量測點位布置

施工監控量測點布置應根據地質條件確定，間隔一般為3米；隧道圍巖各位置變形量測點布設及隧洞內地表沉陷監測點布設如圖1所示。

圖1 隧道地表下沉量測點布置示意圖

2.量測項目

為保證隧道施工監控量測的可行性和準確性，在施工現場允許的前提下，必須量測隧洞外觀幾何參數、橫向凈空、拱頂變形及隧洞內地表沉陷。在必測項目的基礎上，提高施工監控量測的可參考性，在現場條件允許的情況下，應增加變形量測項目，具體包括隧洞隆起量測及支撐鋼拱架應力量測等。隧洞內各參數的量測采樣頻率依據累計變形量和距開挖掌子面距離兩大因素選定。

3.拱頂下沉量測

同時布設隧洞拱頂位移和橫向凈空變形監測點；隧洞拱頂位移量測借助水準儀、鋼尺等儀器；及時繪制相應斷面的隧洞拱頂位移量變化曲線，同時做好結果分析。

4.收斂變形量測

如采用臺階法開挖，收斂變形測點應布置在隧洞拱腰及邊墻處，測點應確保在開挖后的12小時內采集到初次變形數據。量測隧洞內的凈空變化時，為了獲取隧洞內的豎向凈空變化指標，洞頂位移和地面沉陷量測點應布置在同一斷面上，并保證二者的量測頻率一致。橫向凈空收斂量測可借助JSS30A型收斂計量測，通過分析橫向凈空變化，以間接判定隧洞內圍巖的變形規律。

（三）量測數據的處理與應用

1.量測數據整理、分析與反饋

做好施工監控量測數據的記錄和分析，將量測數據繪制成時態散點圖，并實施回歸分析，擬合相應的變形曲線；結合回歸分析擬合的曲線預判變形極值；通過變形極值和變形速率兩大指標判斷隧道圍巖的穩定性。

2.圍巖穩定性和安全性判定

通過回歸分析擬合變形時間曲線，隧洞內地面沉陷及洞內測點變形曲線如圖2所示。

圖2 位移u-時間t的關系曲線圖

通過分析圖2中的關系曲線發現，圖b中的變形出現突變，表明圍巖從穩定狀態進入欠穩定狀態，應加強圍巖支護處置，如果變形無法得到控制，則應立即停止開挖；待各量測參數的變化趨于平緩后，表明圍巖進入穩定狀態，可以開始圍巖二襯砌施工。