山嶺地區(qū)連拱隧道監(jiān)控技術(shù)

楊 斐，丁亞輝

（中交二公局第二工程有限公司，陜西 西安 710119）

1 工程概況

云南麗江石格拉2號(hào)隧道起點(diǎn)里程為K109+260，終點(diǎn)里程為K113+880。隧道采用連拱-小徑距-分離式的形式，右幅起點(diǎn)里程K109+260，止點(diǎn)里程K113+880，隧道全長4901.375m，最大埋深約661.2m；左幅起點(diǎn)里程D15ZK109+330，止點(diǎn)里程D15ZK113+880，隧道全長4837.607m，最大埋深約651.34m。隧道地處云南高海拔地區(qū)，高度為1750～3110m，屬高中山構(gòu)造剝蝕地貌區(qū)。

2 連拱隧道施工中監(jiān)控量測工作目的

（1）為保證隧道施工過程中及時(shí)掌握隧道掌子面圍巖的狀態(tài)，對(duì)隧道初級(jí)支護(hù)變形趨勢進(jìn)行預(yù)測，確定隧道二次襯砌的施工時(shí)間。

（2）根據(jù)圍巖情況，對(duì)比檢查設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理；基于監(jiān)控量測觀測數(shù)據(jù)結(jié)果，為調(diào)整設(shè)計(jì)支護(hù)變更提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料。

（3）監(jiān)測連拱隧道施工過程對(duì)隧道施工區(qū)域周邊環(huán)境的作用，提前采取加固措施進(jìn)行處理，防止發(fā)生安全和質(zhì)量事故。

（4）收集連拱隧道先行洞監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，為后行洞施工提供準(zhǔn)確的參考，為隧道安全化管理、信息化管理提供科學(xué)基準(zhǔn)。

3 監(jiān)控量測管控要求

（1）現(xiàn)場每天監(jiān)控量測數(shù)據(jù)采集前，通知監(jiān)控單位現(xiàn)場管理人員共同采集數(shù)據(jù)，每次采集的量測數(shù)據(jù)記錄在原始測量記錄本上，數(shù)據(jù)記錄要求符合《工程測量規(guī)范》（GB 50026—2007）要求[1]。

（2）根據(jù)項(xiàng)目的技術(shù)合同要求，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)采集工作由項(xiàng)目測量隊(duì)負(fù)責(zé)。測量隊(duì)隧道測量組按照隧道施工的實(shí)際情況，每天及時(shí)進(jìn)行量測數(shù)據(jù)的測量和整理，并上報(bào)測量隊(duì)隊(duì)長進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，基于監(jiān)控量測分級(jí)管理要求，判斷當(dāng)天的數(shù)據(jù)分析成果處于何種級(jí)別，并按照規(guī)定采取對(duì)應(yīng)的施工對(duì)策和處理意見。

（3）測量隊(duì)隊(duì)長應(yīng)將隧道監(jiān)控的成果分析資料按照時(shí)間進(jìn)行整理，按照竣工資料要求建立臺(tái)賬，錄入隧道安全施工監(jiān)控平臺(tái)。

（4）測量隊(duì)建立監(jiān)控量測周報(bào)和月報(bào)管理制度，對(duì)連拱隧道監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變化規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，評(píng)價(jià)連拱隧道施工安全狀況，按照監(jiān)控量測位移管理要求進(jìn)行上報(bào)。監(jiān)控量測周報(bào)由測量隊(duì)按監(jiān)控要求編制，并報(bào)工程技術(shù)部存檔。監(jiān)控量測周報(bào)主要內(nèi)容：本周量測工作開展情況、監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析成果和位移管理匯總、工作中存在的問題和解決情況、對(duì)隧道施工管理提出改進(jìn)的意見和建議、下周監(jiān)控量測工作計(jì)劃。

（5）隧道開挖后，應(yīng)及時(shí)設(shè)置拱頂下沉、凈空收斂監(jiān)測點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)布置在距掌子面2m的范圍內(nèi)，在監(jiān)測后3h內(nèi)完成初次數(shù)據(jù)的采集。監(jiān)測點(diǎn)由長度15cmφ12的螺紋鋼筋和邊長4cm厚6mm的鋼板組成。監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)前，采用全站儀進(jìn)行測量放樣，保證監(jiān)測點(diǎn)處于同一斷面上。采用φ12鉆頭進(jìn)行鉆孔，孔內(nèi)填充錨固劑，將鋼筋埋設(shè)到孔內(nèi)，外側(cè)鋼板上粘貼反光貼，等監(jiān)測點(diǎn)穩(wěn)固后，開始觀測初次數(shù)據(jù)。

4 量測項(xiàng)目和量測儀器設(shè)備的確定

（1）量測項(xiàng)目分為必測項(xiàng)目和選測項(xiàng)目，該項(xiàng)目必測項(xiàng)目如表1所示。隧道施工時(shí)必須進(jìn)行必測項(xiàng)目的量測，選測項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)隧道斷面形狀、大小、埋深、設(shè)計(jì)要求、圍巖情況、周邊環(huán)境條件、施工方法等綜合因素進(jìn)行選擇。

表1 連拱隧道必測項(xiàng)目

（2）按照監(jiān)控量測項(xiàng)目選擇操作方便、精度可靠的儀器和設(shè)備。該項(xiàng)目使用的監(jiān)控量測儀器和設(shè)備為徠卡TS09P全站儀、反光貼、徠卡DNA03精密水準(zhǔn)儀、銦鋼尺、中科4850爆破振動(dòng)儀。

5 隧道必測項(xiàng)目施測要求

5.1 量測斷面、監(jiān)測點(diǎn)數(shù)設(shè)置要求和原則

（1）隧道進(jìn)洞前，完成淺埋隧道或洞口位置的地表沉降監(jiān)測點(diǎn)的埋設(shè)，隧道洞內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)和地表監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在同一里程，以便更好地反映地表沉降和拱頂下沉。該項(xiàng)目每個(gè)斷面設(shè)置9個(gè)地表監(jiān)測點(diǎn)，橫向間距按照3m進(jìn)行布設(shè)；隧道埋深h小于隧道開挖寬度B時(shí)，監(jiān)測斷面縱向間距按5m進(jìn)行設(shè)置；隧道埋深h介于1倍開挖寬度和2倍開挖寬度時(shí)，監(jiān)測斷面縱向間距按10m進(jìn)行設(shè)置。

（2）該項(xiàng)目拱頂下沉監(jiān)測點(diǎn)按每5m/道設(shè)置。

（3）該項(xiàng)目凈空收斂監(jiān)測點(diǎn)按每5m/道設(shè)置，每道斷面設(shè)置2條凈空收斂測線，共4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。

5.2 監(jiān)控量測觀測頻率

監(jiān)控量測觀測頻率按照監(jiān)測點(diǎn)到掌子面距離進(jìn)行設(shè)定，具體數(shù)值如表2所示。

表2 按開挖距離確定的監(jiān)控量測頻率

5.3 監(jiān)控量測極限值數(shù)值的確定

（1）從隧道開挖施工開始到隧道圍巖穩(wěn)定，超過隧道凈空收斂變化的最大極限值，或隧道拱頂下沉的最大極限值，表示隧道圍巖處于不安全狀態(tài)，必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行處理。

（2）允許位移變形量應(yīng)根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)與掌子面的距離確定。距開挖面1B（U2B）時(shí)，允許位移變形量為90%U0；距開挖面較遠(yuǎn)時(shí)，允許位移變形量為100%U0（U0為極限相對(duì)位移值）。

（3）根據(jù)位移-時(shí)間曲線判斷隧道圍巖是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。因?yàn)閹r體流變特性，巖體破壞前的變化位移-時(shí)間曲線可分成3個(gè)區(qū)段：①基本穩(wěn)定區(qū)。主要標(biāo)志是變形速率不斷下降，說明圍巖是穩(wěn)定的。②過渡區(qū)。變形加速度長時(shí)間保持不變，說明圍巖開始破壞，此時(shí)需及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。③破壞區(qū)。變形速率漸增，說明已經(jīng)進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)，必須立即停工，進(jìn)行加固。

（4）根據(jù)隧道位移控制標(biāo)準(zhǔn)，隧道變形值大小分為3個(gè)管理級(jí)別，如表3所示。

表3 位移管理等級(jí)及處理措施

6 必測項(xiàng)目監(jiān)控量測方法

6.1 隧道掌子面及支護(hù)觀察

隧道施工過程中應(yīng)進(jìn)行隧道掌子面觀察和已施工段初次襯砌、二次襯砌支護(hù)外表觀察。

（1）隧道掌子面觀察應(yīng)在開挖出渣后及時(shí)進(jìn)行，填寫掌子面地質(zhì)狀況記錄表和地質(zhì)素描，并保留掌子面影像資料。檢查掌子面地質(zhì)情況是否與設(shè)計(jì)圖紙、地質(zhì)勘察資料、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)相一致。若相差較大，上報(bào)工程技術(shù)部，聯(lián)系設(shè)計(jì)院進(jìn)行支護(hù)參數(shù)調(diào)整和協(xié)商設(shè)計(jì)變更事宜。地質(zhì)素描主要記錄隧道掌子面圍巖巖性、走向、結(jié)構(gòu)面、裂隙、地下水分布和發(fā)育情況。

（2）初次襯砌觀察主要是檢查靠近掌子面位置的噴射混凝土表面是否出現(xiàn)裂縫以及裂縫變化趨勢、滲水、出水情況，檢查初次襯砌的支護(hù)效果。

（3）二次襯砌觀察主要檢查已施工二襯混凝土段是否出現(xiàn)裂縫，及時(shí)調(diào)整掌子面爆破參數(shù)。

6.2 地表沉降監(jiān)測

地表沉降監(jiān)測主要是在連拱隧道進(jìn)口段和淺埋地段，采用徠卡DNA03精密水準(zhǔn)儀、銦瓦鋼尺進(jìn)行測量數(shù)據(jù)，沉降監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在隧道施工影響范圍以外，牢固可靠，便于進(jìn)行量測工作。通過地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果，可以分析隧道周圍地層的穩(wěn)定狀況，判別隧道爆破施工對(duì)周邊環(huán)境的影響。

6.3 隧道拱頂下沉量測

隧道拱頂下沉監(jiān)測是確定二次襯砌施工時(shí)間、確保隧道施工安全管理、判斷隧道圍巖是否穩(wěn)定的基礎(chǔ)，檢查初次襯砌設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)是否合理，為設(shè)計(jì)變更和優(yōu)化支護(hù)參數(shù)提供數(shù)據(jù)支撐。采用全站儀+反光貼快速方式采集拱頂量測數(shù)據(jù)，減少監(jiān)控量測工作對(duì)施工的干擾。

6.4 隧道周邊收斂量測

隧道周邊收斂監(jiān)測也是確定二次襯砌施工時(shí)間、確保隧道施工安全管理的基礎(chǔ)，檢查初次襯砌設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)是否合理，為設(shè)計(jì)變更和優(yōu)化支護(hù)參數(shù)提供數(shù)據(jù)支撐。采用全站儀+反光貼快速方式采集周邊量測數(shù)據(jù)，減少監(jiān)控量測工作對(duì)施工的干擾。

7 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的分析與處理

隧道內(nèi)施工環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)場采集的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)含有一定的誤差，不能真實(shí)反映隧道圍巖的真實(shí)變形情況，必須對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，剔除粗差，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。該項(xiàng)目擬采用對(duì)數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、雙曲線函數(shù)進(jìn)行回歸分析，模擬圍巖變形曲線。

監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析、處理的主要目的：（1）確定監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的可靠程度；（2）對(duì)隧道圍巖巖性定性分析，以便合理地確定支護(hù)參數(shù)；（3）對(duì)隧道后續(xù)施工提供科學(xué)的參考數(shù)據(jù)。

8 監(jiān)控量測信息反饋

（1）根據(jù)監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)分析成果，對(duì)隧道施工安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并根據(jù)管理分級(jí)采取相應(yīng)的工程措施。

（2）隧道施工中應(yīng)及時(shí)對(duì)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析。量測數(shù)據(jù)分析分每天分析和階段分析兩種方式。①每天分析：每天原始數(shù)據(jù)采集完后及時(shí)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)曲線異常時(shí)應(yīng)分析產(chǎn)生原因，提交異常報(bào)告和解決方案；②階段分析：按每周、每月進(jìn)行階段性分析，匯總隧道圍巖監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，對(duì)現(xiàn)階段的施工技術(shù)情況進(jìn)行評(píng)估，為后續(xù)隧道施工提供可行性建議。

（3）隧道施工安全評(píng)價(jià)參照位移管理等級(jí)分三級(jí)管理，根據(jù)安全分級(jí)管理采取對(duì)應(yīng)的工程措施，如表3所示。

9 確定二次襯砌施工時(shí)間

隧道二次襯砌施作應(yīng)在滿足下列要求時(shí)進(jìn)行：（1）隧道水平凈空收斂和拱頂垂直位移速度明顯下降，隧道圍巖和初次支護(hù)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；（2）隧道位移相對(duì)值已達(dá)設(shè)計(jì)允許總位移量的90%以上。

10 結(jié)束語

通過石格拉2#連拱隧道開挖施工的工程實(shí)踐，文章所述監(jiān)控量測方法有效地保證了連拱隧道施工的質(zhì)量、進(jìn)度、安全可控，為隧道生產(chǎn)提供可靠的技術(shù)支撐，為以后山嶺連拱隧道的施工提供了一定的參考價(jià)值。