公路隧道施工變形監(jiān)測精度要求探討

王富國

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

公路隧道的施工過程中，開挖的巖土體本身就具備物理力學(xué)性質(zhì)，并且這種力學(xué)性質(zhì)具有多樣性的特點，同時，地下結(jié)構(gòu)與巖土介質(zhì)之間存在復(fù)雜性，因此極易出現(xiàn)突發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害和其他類型的安全事故。此外，在公路隧道施工過程以及竣工后正式運營期間，必須保證隧道整體的安全與穩(wěn)定，這些都需要監(jiān)測工作予以必要的保障。利用相應(yīng)的監(jiān)測技術(shù)可以獲得隧道的相關(guān)數(shù)據(jù)，借此可獲得隧道周圍圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)目前的狀態(tài)，為信息化設(shè)計隧道工程的施工奠定堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)［1-2］。

1 以某隧道為例對隧道的變形監(jiān)測

1.1 隧道工程概況及工程的地質(zhì)條件

1.1.1 工程概況

該隧道嚴(yán)格遵照了公路隧道設(shè)計的相關(guān)規(guī)范，在設(shè)計層面上，采用的方案為雙洞分離，隧道本身較長，共有兩部分組成，其中一部分是東隧道，另一部分是西隧道。并且這兩個隧道都是由兩個單向的隧道組合而成，一條為上行、另一條為下行，該隧道的60%都會經(jīng)過Ⅰ、Ⅱ兩種類型的圍巖，這兩種圍巖的主要特征是易于破碎，穩(wěn)定性較差。

該隧道東西兩個隧道的洞口都是雙洞，每個洞的車道數(shù)都是三條，并且每條都是單向；該隧道東側(cè)的一部分，上行隧道長度為267 m、下行隧道長度為279 m，該隧道西側(cè)一部分隧道的上行長度為442 m、下行隧道長度為576 m；在設(shè)計隧道洞外的亮度時具體為4 000 cd/m2；隧道中的行車速度為100 km/h。該隧道在上行和下行之間存在最小靜距離為45.35 m；隧道的最大開挖深度為13.76 m，隧道形狀以扁平化為主，并且該隧道中80%的部分隧道的埋深小于50 m，由此數(shù)據(jù)可知，該隧道為典型的淺埋隧道。

該隧道的襯砌結(jié)構(gòu)沒有完全與地形有效結(jié)合，只有洞口和淺埋段的洞身與地形的契合程度較高。該隧道淺埋段開挖過程中使用明挖法，其他部分在開挖過程中需要先完成設(shè)計工作，設(shè)計的主要依據(jù)是新奧法，并且在襯砌結(jié)構(gòu)上采用復(fù)合式。

1.1.2 地質(zhì)條件

該隧道的主要工程區(qū)在隧道所處山體的主干斷裂帶上，具體位置為斷裂的西側(cè)。在隧道開挖之前的實地勘察工作中，并沒有發(fā)現(xiàn)在全新時出現(xiàn)過斷裂的情況，也沒有發(fā)現(xiàn)任何大規(guī)模的斷裂破碎帶。同時，該隧道選址所在的山體從外觀上可以判斷出形態(tài)沒有缺損，山體整體的坡度較為平緩，地表也沒有出現(xiàn)崩落和塌陷的情況，因此，該隧道工程的地質(zhì)較為穩(wěn)定。

該隧道洞室內(nèi)的圍巖在巖性上有著復(fù)雜的表現(xiàn)，并且圍巖巖體的質(zhì)量程度不一，在指標(biāo)上有明顯差異，該隧道圍巖的主要巖石類型包括礫巖和安山巖等多種巖體，并且這兩種巖石的類型均屬于硬質(zhì)巖石，這種巖石從外觀上來看，會呈現(xiàn)出塊狀結(jié)構(gòu)，巖體本身具有較好的完整性。隧道中還有必不可少的巖土物質(zhì)，用于空隙的填充，這類物質(zhì)多為含有礫石的黏土，這種填充物無法在強(qiáng)度上與上述兩種巖石相提并論，并且多為破碎狀，幾乎沒有穩(wěn)定的性質(zhì)。此外，該隧道地下水的總量較小，因此，無需考慮復(fù)雜的水文條件。

1.2 隧道變形監(jiān)測的實施

1.2.1 監(jiān)測目的及意義

隧道是一種典型的位于地下的工程，這種工程的突出特性就在于復(fù)雜且隱蔽，并且與其他工程相比，隧道工程難以預(yù)測。在隧道施工的全過程中都存在信息化的監(jiān)測工作，這項必要的監(jiān)測工作可以將設(shè)計與信息化的施工，動態(tài)、實時地反饋至隧道工程的管理部門［3］。以下是利用信息化技術(shù)監(jiān)測隧道變形的主要優(yōu)勢：（1）可以幫助相關(guān)部門了解隧道開挖的每一個階段中圍巖的變化情況；（2）了解當(dāng)前支護(hù)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性；（3）當(dāng)前這種施工的速度對隧道圍巖產(chǎn)生多大影響；（4）可以幫助上級部門對可能發(fā)生的任何災(zāi)害進(jìn)行提前預(yù)測，盡可能避免出現(xiàn)傷亡；（5）可以保證隧道整體在安全的環(huán)境下施工，也可以保證隧道結(jié)構(gòu)始終處于穩(wěn)定的狀態(tài)之下。

1.2.2 現(xiàn)場監(jiān)測試驗內(nèi)容及方法

該隧道的特點以及在開發(fā)該隧道地下空間的過程中利用到的，用于監(jiān)測變形的新技術(shù)具體情況見表1所列。

表1 隧道動態(tài)施工監(jiān)測項目表

1.2.3 監(jiān)測斷面的布置

監(jiān)測斷面布置如圖1、圖2所示。

圖1 拱頂下沉、仰拱隆起及周邊收斂測點布置示意圖（圖中相應(yīng)的連線為測線）

圖2 淺埋地段地表下沉測點橫斷面布置圖及控制樁大樣圖

2 變形監(jiān)測對隧道安全施工的指導(dǎo)作用

2.1 地表沉降

該隧道西側(cè)位置的隧道，上行和下行的地質(zhì)條件基本類似，采取開挖隧道的方式也基本類似，因此上下兩行隧道具有較為一致的規(guī)律。開挖的過程中，推進(jìn)工作和支護(hù)工作需要同時進(jìn)行，當(dāng)工程與開挖面的距離較遠(yuǎn)時，地表的沉降曲線也變得愈發(fā)收斂。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計規(guī)律顯示：（1）開挖掌子面時，會引起大約11 mm的沉降；（2）在第二個掌子面開挖的過程中，掌子面左側(cè)上方的洞室出現(xiàn)了沉降情況，沉降值為7 mm，當(dāng)下方開挖時會使用仰拱施工方法，引起的沉降最大為12 mm。但是由于西側(cè)隧道的含水量較大，因此出現(xiàn)較大沉降量，沉降量的增大無疑會導(dǎo)致圍巖的惡化。為此，在施工過程中必須重視圍巖變形這一情況，并采取必要的控制措施，使隧道工程整體的施工質(zhì)量得以提升。尤其在出現(xiàn)降雨的情況下，雨水會沉積在地面上，然后逐漸滲透到地下，直接增加了地下的含水量。此外，隧道西側(cè)下行的洞口沉降量較小，并且，此處的洞口會因為隧道開挖的影響，出現(xiàn)不完全的收斂穩(wěn)定，但是這一問題并不需要給予過多關(guān)注，因為在隧道開挖并持續(xù)推進(jìn)的過程中，會逐漸趨于穩(wěn)定［4］。因此，施工單位只需要重點考慮隧道洞口大概10 m左右的區(qū)域即可。

2.2 拱頂下沉

該隧道西側(cè)多為淺埋段，因此由于拱頂下沉導(dǎo)致的沉降較大，雖然支護(hù)條件有限，但是在施工過程中沒有出現(xiàn)明顯異常的情況，但是不能忽視圍巖條件較差的影響。在開挖這部分隧道下部的過程中，出現(xiàn)了拱頂下沉現(xiàn)象，這表明在控制圍巖變形的過程中，及時對仰拱采取必要的施工可以起到一定的作用。

3 分析與討論

3.1 地表沉降

由于該隧道的主要特點是淺埋，因此該隧道周圍的圍巖不可避免地存在較弱的特點，在隧道開挖過程中，地表沉降受到了較大的影響，尤其在隧道的西側(cè)，以及東側(cè)隧道的洞口處，這兩處的圍巖遭到了嚴(yán)重的風(fēng)化侵蝕，出現(xiàn)了較大的沉降量。但是在開挖過程中，大部分沉降趨于穩(wěn)定，因此相關(guān)部門只需要考慮隧道洞口10 m左右范圍內(nèi)的圍巖即可。

3.2 拱頂下沉

該隧道洞口部分拱頂沉降的情況并不嚴(yán)重，但是在隧道工程持續(xù)推進(jìn)的過程中，下沉逐漸增加，因此可以證明該工程中的進(jìn)洞環(huán)節(jié)采用大管棚是最優(yōu)的處理方式。在隧道拱頂逐漸下沉到30 mm左右時，拱頂下沉的量不會出現(xiàn)太大的變化，并且趨于穩(wěn)定。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知，該隧道西側(cè)下行一段的進(jìn)口處，隨著隧道開挖尺度的增加，拱頂下沉也在逐漸增加，這是因為洞口位置以淺埋為主，在開挖過程中，埋深不斷增加，導(dǎo)致拱頂承受的荷載不斷增加，最終致使拱頂下沉嚴(yán)重［5］。

3.3 初支鋼拱架內(nèi)力

充分利用拱架內(nèi)力鋼筋計這種設(shè)備可以將隧道拱頂內(nèi)側(cè)的壓應(yīng)力顯示出來，如果在內(nèi)力鋼筋計上顯示出拱頂負(fù)彎矩，就可以知曉在隧道鋼拱架拱腰和拱肩這兩個位置上存在著較大的壓力。以隧道左側(cè)上方的洞室為起點，開挖之后會形成一個較為完整，且處于封閉狀態(tài)下的拱形，此后拱頂會出現(xiàn)進(jìn)一步的沉降情況，還會出現(xiàn)一種變化——拱頂?shù)呢?fù)彎矩逐漸趨向正彎矩，截至目前彎矩已經(jīng)變?yōu)檎颉Ｔ谶@種特殊的地質(zhì)條件下，為了保障支護(hù)工作，需要將圍巖從偏壓的狀態(tài)下“拯救”出來，具體的方法是在側(cè)向上加強(qiáng)支護(hù)工作，其余的開挖工作要按照設(shè)計階段規(guī)定的工序正常進(jìn)行，并且在這一過程中要做好必要的觀察、測量工作［6］。

4 結(jié)束語

通過本論述的分析和研究可知，為了保證隧道整體的施工與后續(xù)使用的安全與穩(wěn)定，必須做好隧道變形的監(jiān)測工作。在監(jiān)測過程中，要充分考慮地面沉降和拱頂下沉現(xiàn)象，還要考慮到隧道本身的鋼拱架內(nèi)力。