隧道施工監(jiān)控量測(cè)的應(yīng)用分析與思考

楊志鵬 高海東

（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020）

1 隧道施工監(jiān)控量測(cè)的應(yīng)用

1.1 監(jiān)控量測(cè)

隧道施工過程中使用各種類型的儀表和工具，對(duì)圍巖和支護(hù)、襯砌的力學(xué)行為以及它們之間的力學(xué)關(guān)系進(jìn)行量測(cè)和觀察，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，統(tǒng)稱為監(jiān)控量測(cè)[1]。鐵路隧道在開挖、支護(hù)、運(yùn)營的過程中，始終都存在著受力狀態(tài)變化這一特性。

按照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，采用新奧法施工的隧道，把監(jiān)控量測(cè)是必要的工序之一。在隧道施工中，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目的重要性、可操作性等因素，將鐵路隧道的施工監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目分為必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目兩類。必測(cè)項(xiàng)目由于其操作簡單，費(fèi)用低，具有重要的安全性及可靠性，在所有的隧道必須采用。選測(cè)項(xiàng)目由于選用儀表及工具較為復(fù)雜，成本較高，操作性較為困難，一般在隧道特殊地段或者有其他要求的地段進(jìn)行量測(cè)，便于對(duì)隧道的圍巖受力及支護(hù)效果有更深入的認(rèn)識(shí)。

1.2 隧道施工監(jiān)控量測(cè)的主要內(nèi)容及頻率

1）洞內(nèi)外觀察

在隧道每次開挖完成之后，應(yīng)觀察圍巖巖性、巖層產(chǎn)狀、裂隙、地下水發(fā)育等情況，分析其完整性和穩(wěn)定性，并判斷是否與設(shè)計(jì)一致。在圍巖初噴混凝土之后，應(yīng)觀察其是否存在裂隙和剝落，地表是否存在鼓起現(xiàn)象。隧道洞外觀察的重點(diǎn)，要放在洞口段及淺埋段，應(yīng)觀察地表是否出現(xiàn)裂縫、沉陷、邊坡和仰坡穩(wěn)定狀態(tài)等，并進(jìn)而判斷隧道的開挖是否影響到洞外，從而分析隧道開挖及支護(hù)方法的可靠性[2]。

洞內(nèi)外觀察是最能直接反應(yīng)出隧道開挖對(duì)洞內(nèi)外影響的一個(gè)項(xiàng)目，隧道施工過程中必須經(jīng)常性的進(jìn)行洞內(nèi)外的觀察，如圍巖出現(xiàn)較大變形，應(yīng)及時(shí)停止施工，待查明原因，分析處理保證安全后進(jìn)行施工。

2）拱頂下沉

拱頂下沉即隧道開挖后，由于圍巖自重和應(yīng)力重分布造成隧道頂板向下移動(dòng)的現(xiàn)象。隧道拱頂下沉測(cè)量的目的是對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而判斷隧道初期支護(hù)的效果。通常采用的儀器是水準(zhǔn)儀、鋼掛尺或全站儀。測(cè)點(diǎn)可在隧道拱頂軸線處通過在鋼支架上焊接測(cè)件或在已做好的噴射混凝土層上鉆孔預(yù)埋測(cè)件。

在工程中，考慮量測(cè)的方便與簡捷，宜采用水準(zhǔn)儀與全站儀進(jìn)行量測(cè)，在量測(cè)前，應(yīng)清除量測(cè)點(diǎn)上的污染物，貼反光片，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3）周邊收斂

周邊收斂即隧道周邊上兩點(diǎn)相對(duì)位置的變化。周邊收斂量測(cè)的目的與拱頂下沉相同，在施工中，宜把周邊收斂量測(cè)點(diǎn)與拱頂下車量測(cè)點(diǎn)布置在同一斷面上，當(dāng)隧道的跨度較大，應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)點(diǎn)的數(shù)量。

在工程中，隧道周邊收斂應(yīng)采用收斂儀或全站儀，考慮到施工的可操性，工程中多以全站儀進(jìn)行測(cè)設(shè)。隧道周邊收斂量測(cè)測(cè)線數(shù)可參考表1。

拱頂下沉量測(cè)和周邊收斂量測(cè)采用相同的量測(cè)頻率。按照規(guī)范規(guī)定，量測(cè)頻率應(yīng)根據(jù)測(cè)點(diǎn)距開挖面的距離（表2）與位移速度（表3）確定，在兩個(gè)頻率中選擇較高的頻率值[3]。在隧道施工中圍巖地質(zhì)條件變差或出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)增大監(jiān)控量測(cè)頻率。

4）地表下沉

地表下沉即隧道開挖之后，地層中的擾動(dòng)區(qū)延伸至地表而引起的地表沉降（或者隆起）。當(dāng)隧道為淺埋段時(shí)，開挖方法的不當(dāng)會(huì)引起洞內(nèi)的變形而波及地表。地表下沉在淺埋段是屬必測(cè)項(xiàng)目，其目的在于分析洞內(nèi)開挖對(duì)地表的影響程度，隨開挖工作面掘進(jìn)的變化規(guī)律以及下沉穩(wěn)定的時(shí)間。

地表下沉量測(cè)的儀器水準(zhǔn)儀或全站儀。量測(cè)點(diǎn)和隧道內(nèi)的拱頂下沉點(diǎn)及周邊收斂點(diǎn)應(yīng)布置在同一斷面上，在隧道中線處應(yīng)適當(dāng)加密。地表下沉點(diǎn)的縱向間距與距開挖面的距離有關(guān)，量測(cè)點(diǎn)的布置如圖1所示。

表1 周邊收斂量測(cè)測(cè)線數(shù)

表2 按距開挖面距離確定的監(jiān)控量測(cè)頻率

表3 按位移速度確定的監(jiān)控量測(cè)頻率

圖1 量側(cè)點(diǎn)布置示意圖

地表下沉點(diǎn)量測(cè)從隧道開挖工作面的前方開始，直到隧道二次襯砌閉合成環(huán)為止，量測(cè)頻率與周邊收斂量測(cè)和拱頂下沉量測(cè)頻率相同。

5）選測(cè)項(xiàng)目

鐵路隧道的選測(cè)項(xiàng)目有圍巖壓力、鋼架壓力、二次襯砌內(nèi)力等11項(xiàng)，施工單位可以根據(jù)施工特殊要求和實(shí)際需要將選測(cè)項(xiàng)目納入監(jiān)控量測(cè)范圍。

2 隧道監(jiān)控量測(cè)的反饋

2.1 指導(dǎo)施工

通過對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制時(shí)態(tài)曲線等多種方式，分析圍巖變化的規(guī)律。如果由于基底不良造成拱頂下沉，應(yīng)盡快封閉仰拱，在墻角處加設(shè)錨桿，復(fù)噴混凝土或者在鋼架底部加設(shè)墊塊、換填土體或注漿加固。如果隧道開挖過程中的預(yù)留變形性過大，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果得到一個(gè)合理值，可減少隧道開挖土方量和二次襯砌的混凝土數(shù)量，降低工程成本，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

如果變形速度突然增大或者出現(xiàn)不穩(wěn)定征兆，應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)觀察，派有經(jīng)驗(yàn)的人員對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行監(jiān)視；如伴有響聲及新生裂縫，應(yīng)及時(shí)暫停正常施工，人員機(jī)具撤離至安全場(chǎng)地，待查明原因后進(jìn)一步施工。

2.2 修正設(shè)計(jì)

通過數(shù)據(jù)分析，如果變形過大是由于圍巖壓力引起，可通過錨桿加固圍巖及多次復(fù)噴，以補(bǔ)強(qiáng)初期支護(hù)。下一循環(huán)施工前，及時(shí)告知建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位等相關(guān)部門，分析原因，通過修改初期支護(hù)和二次襯砌參數(shù)，增大安全儲(chǔ)備，同時(shí)增加觀測(cè)頻率，必要時(shí)經(jīng)過監(jiān)理同意及時(shí)施作二次襯砌閉合成環(huán)，消除安全隱患以保證安全。因圍巖條件、位移值和當(dāng)初預(yù)計(jì)差異的大小和前方預(yù)測(cè)的情況等有很大差異，變更的內(nèi)容和規(guī)模也不同，同時(shí)，為保證施工的安全和效率，也需要采用施工輔助方法[5]。

3 結(jié)語

我國規(guī)范明確規(guī)定，采用新奧法施工的隧道必須將監(jiān)控量測(cè)作為一個(gè)工序，但很多施工單位對(duì)監(jiān)控量測(cè)的重視度不夠，以施工經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)施工，這是一種非常錯(cuò)誤的觀念。在今后的隧道施工中，必須提高對(duì)監(jiān)控量測(cè)的認(rèn)識(shí)，讓它成為一雙時(shí)刻監(jiān)視隧道變化的“眼睛”[5]，工程技術(shù)人員應(yīng)該選用多種有效的監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目，及時(shí)采集及分析數(shù)據(jù)，互相分析驗(yàn)證，根據(jù)變化采取相應(yīng)措施，從而確保施工安全，保證工程的施工質(zhì)量。