隧道施工監(jiān)控量測(cè)預(yù)警及信息

董毅 孫瑞杰

摘要：在現(xiàn)代公路隧道建設(shè)中，隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)已成為隧道建設(shè)的重要組成部分。監(jiān)測(cè)和測(cè)量施工現(xiàn)場(chǎng)是利用一些簡(jiǎn)單的儀器和方法，及時(shí)獲得圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形情況，并對(duì)周圍巖石的變化進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性和支護(hù)系統(tǒng)的可靠性。以實(shí)現(xiàn)及時(shí)調(diào)整、確定支護(hù)參數(shù)和施工決策。

關(guān)鍵詞：隧道施工；監(jiān)控量測(cè)；預(yù)警；信息

近年來(lái)，中國(guó)城鄉(xiāng)現(xiàn)代化步伐加快。隨著公路帶和公路戰(zhàn)略的發(fā)展，中國(guó)在公路建設(shè)中投入了大量的人力物力，以更好地實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的光榮使命。公路隧道工程已成為公路建設(shè)領(lǐng)域不可忽視的重要工程類型之一。在隧道施工過程中，隧道圍巖的穩(wěn)定性非常重要。它決定了整個(gè)項(xiàng)目的安全發(fā)展和正常進(jìn)展。如果周圍巖石的穩(wěn)定性不能令人滿意，則隨著工程的進(jìn)展，會(huì)發(fā)生周圍巖石的變形。嚴(yán)重威脅建筑人員和工程機(jī)械安全，甚至倒塌，造成重大生命財(cái)產(chǎn)損失和經(jīng)濟(jì)損失。因此，要充分重視隧道圍巖的穩(wěn)定性，正確認(rèn)識(shí)其重要性。為更好地保證公路隧道施工的安全性和可靠性，確保工程順利完成，提高公共交通服務(wù)質(zhì)量。

1監(jiān)控量測(cè)的作用

近年來(lái)，隧道的建設(shè)通常采用新的奧地利方法。這是一種巖石力學(xué)理論，基于維持周圍巖石的自養(yǎng)能力，以及有效利用周圍巖石使其成為支撐系統(tǒng)的一部分。施工方法利用新的奧地利方法，可以有效提高隧道的支護(hù)能力，減少對(duì)圍巖的感染，充分利用圍巖的自支護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)支護(hù)能力的顯著提高。在新奧地利的建設(shè)中，由于需要充分利用圍巖的自力，相應(yīng)地需要對(duì)圍巖進(jìn)行認(rèn)真、嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)和測(cè)量，為了更好地掌握圍巖的穩(wěn)定性和性質(zhì)，可以作為支撐構(gòu)件。通過監(jiān)控量測(cè)技術(shù)，可以了解圍巖動(dòng)態(tài)穩(wěn)定情況以及支護(hù)系統(tǒng)可靠程度，以便于開展支護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，對(duì)開挖方式和二次支護(hù)時(shí)間進(jìn)行確定，有效保障施工過程的安全，利用施工監(jiān)控量測(cè)，可以有效地對(duì)施工進(jìn)行指導(dǎo)，修正設(shè)計(jì) 。

2 量測(cè)方法與內(nèi)容

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

隧道開挖爆破之后，圍巖應(yīng)力重分布。量測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)當(dāng)在使測(cè)點(diǎn)不被爆破破壞的前提下，盡可能離掌子面近點(diǎn)埋設(shè)，通常取為 1. 5 m ～ 2 m，其初始讀數(shù)的取值應(yīng)在下次爆破前取得第一手?jǐn)?shù)據(jù) 5 。初始讀數(shù)讀取在開挖后 12 h 內(nèi)，最遲不宜超過 24 h，并且在下一循環(huán)掘進(jìn)開挖前，完成圍巖初期變形值的讀數(shù)。觀測(cè)點(diǎn)的布局應(yīng)當(dāng)根據(jù)施工步驟、地質(zhì)水文條件、測(cè)量段位置和隧道洞埋深確定。在實(shí)際施工過程中，我們采用步法進(jìn)行開挖，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，可以在拱腰和側(cè)墻各設(shè)一條水平線，同時(shí)還需要對(duì)較大變形區(qū)的觀測(cè)點(diǎn)和巖級(jí)的差異進(jìn)行加密。應(yīng)盡快在隧道兩側(cè)的側(cè)壁、拱腰的水平方向和拱頂上設(shè)置帶帶條鉤的膨脹螺栓，深度約30毫米至50毫米，并噴上紅色油漆作為醒目標(biāo)志，以防止施工時(shí)對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)的破壞。

2.2量測(cè)內(nèi)容

涼水井隧道在監(jiān)控量測(cè)時(shí)的主要的必測(cè)項(xiàng)目有洞內(nèi)洞外觀測(cè)、拱頂下沉和周邊位移、地表沉降。按照《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》 （JTG F60—2009） 的規(guī)定，量測(cè)內(nèi)容中的必測(cè)項(xiàng)目的量測(cè)間距一般為 20 m～50 m。洞內(nèi)觀測(cè)是最簡(jiǎn)單、最實(shí)用的方法。是指在坑道掌面開挖過程中，結(jié)合工程地質(zhì)資料、掌面巖性、巖體結(jié)構(gòu)、巖層、地質(zhì)結(jié)構(gòu)無(wú)缺陷，對(duì)棕櫚面前及周圍的地下水開發(fā)和隧道支護(hù)進(jìn)行了認(rèn)真的觀察和分析。其主要目的是了解地層結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，對(duì)手掌前周圍巖石的地質(zhì)狀況作出合理的科學(xué)預(yù)測(cè)，并為判斷周圍巖石的保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性提供地質(zhì)基礎(chǔ)。拱頂下沉是指隧道開挖后及時(shí)鋪設(shè)，使其測(cè)量點(diǎn)和周圍位移測(cè)量點(diǎn)位于同一斷面上。它的測(cè)量值可作為預(yù)測(cè)坍塌和其他危險(xiǎn)條件的重要參考。隧道拱頂下沉的測(cè)量方法有很多，其中比較常用的有： 收斂計(jì)三角法測(cè)量、水準(zhǔn)儀測(cè)量、全站儀測(cè)量等。地表沉降測(cè)量是指在隧道出入孔淺埋段一定距離上平行于掌面的海拔測(cè)量點(diǎn)。常使用精密儀表和塔尺。在隧道施工淺埋段開挖過程中，地表沉降量的測(cè)量結(jié)果能較好地反映地表圍巖的變化。由于開挖后圍巖的自穩(wěn)性較差，特別是淺埋面段，在短時(shí)間內(nèi)很容易變形。如果石公房不合適，容易發(fā)生滑坡和工程事故，嚴(yán)重威脅工人安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，隧道淺埋段的地表測(cè)量對(duì)工程的順利進(jìn)行具有重要意義。

3公路隧道施工監(jiān)控量測(cè)信息在隧道施工中的應(yīng)用

3.1 公路隧道施工監(jiān)控量信息在監(jiān)控方法上的應(yīng)用

在施工測(cè)量中采用傳統(tǒng)的隧道測(cè)量方法有許多缺點(diǎn)。主要表現(xiàn)為：一是目前隧道凈空段寬而高，難以定位某些高度角的位置。第二，如果測(cè)量時(shí)間太長(zhǎng)，可能會(huì)對(duì)其余的過程造成一些不便。第三，信息收集的誤差受人為因素的影響很大，難以保證信息的準(zhǔn)確性。但是，如果使用監(jiān)測(cè)測(cè)量可以很好地避免這種不便。通過對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果的分析，可以預(yù)測(cè)圍巖的變形頻率、二次施工的可能性和導(dǎo)向施工的合理性。在隧道的具體實(shí)踐中，我們選擇圍巖位移和拱頂下沉的數(shù)據(jù)作為兩個(gè)必要的測(cè)量項(xiàng)目。通過分析監(jiān)測(cè)和測(cè)量信息的結(jié)果，我們可以進(jìn)行更具體和更徹底的分析和綜合。根據(jù)隧道施工中積累的經(jīng)驗(yàn)，以隧道的客觀條件為輔助，合理利用監(jiān)測(cè)測(cè)量信息，可以確定各種類型的圍巖水平及其變形頻率?？傊?，公路隧道施工的監(jiān)測(cè)測(cè)量信息提供了大量的數(shù)據(jù)支持，這是工程順利進(jìn)行的前提。

3.2公路隧道施工監(jiān)控量測(cè)信息在長(zhǎng)大隧道中的應(yīng)用

隧道公路工程是一門經(jīng)驗(yàn)科學(xué)，理論分析必須依靠公路隧道監(jiān)測(cè)的信息進(jìn)行測(cè)試。但是，由于隧道周圍巖石的復(fù)雜性和多樣性，不可能在理論分析的基礎(chǔ)上完全計(jì)算出周圍巖石的特征，而監(jiān)測(cè)測(cè)量信息可以在理論分析的基礎(chǔ)上對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行改進(jìn)。

3.3隧道施工變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

對(duì)隧道變形的監(jiān)測(cè)是一個(gè)初步階段，有必要采用一定的方法對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為今后的施工設(shè)計(jì)提供依據(jù)。也可以對(duì)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和分析案例進(jìn)行總結(jié)，以提高隧道施工技術(shù)的整體水平。目前，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析的主要程序有：一是進(jìn)行回歸分析，將變形監(jiān)測(cè)的相關(guān)理論引入數(shù)據(jù)分析，并作為指導(dǎo)，計(jì)算了多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)得到的變量值，以確定最終的位移距離。

4結(jié)束語(yǔ)

由于隧道工程的不確定性和隱蔽性以及不斷變化的特點(diǎn)，在對(duì)公路隧道施工進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警管理時(shí)，對(duì)信息的獲取和信息的多重處理提出了更加嚴(yán)格的要求。準(zhǔn)確掌握亂信息中的規(guī)律，消除信息中摻雜的虛假信息和噪聲，對(duì)監(jiān)測(cè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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（作者單位：中交鐵道設(shè)計(jì)研究總院有限公司）