淺談隧道監(jiān)控量測(cè)

張文紅

摘要：在忻保高速公路TS2(L14)合同段蘆芽山隧道施工過程中，該項(xiàng)目部認(rèn)真進(jìn)行隧道量控監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行了大量的總結(jié)工作。文章主要從量測(cè)方法、目的、管理基準(zhǔn)、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和組織機(jī)構(gòu)等幾方面闡述了隧道在施工中怎樣做好量測(cè)監(jiān)控工作。

關(guān)鍵詞：隧道；監(jiān)控；量測(cè)

中圖分類號(hào)：U452.1⁺3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-8136(2009)35-0068-03

蘆芽山特長(zhǎng)隧道(忻保高速公路TS2(L14)合同段)，左線起訖樁號(hào)LZK85+805～LZK87+000，全長(zhǎng)1 195 m；右線起訖樁號(hào)K85+757～K87+000。全長(zhǎng)1243 m；單洞總長(zhǎng)2 438 m。隧道凈高7.03m，凈寬10.86m，進(jìn)口為削竹式。襯砌類型有MD(明洞)35m；QM5(V級(jí)淺埋)128 m；SM5(V級(jí)深埋)485 m；SM4(Ⅳ級(jí)深埋)1 020m；SM3(Ⅲ級(jí)深埋)690m；JJ4(緊急停車帶Ⅳ級(jí))80m。

1工程地質(zhì)

(1)隧道地層主要有第四系上更新統(tǒng)和寒武系上統(tǒng)、中統(tǒng)張夏組、徐莊組。表層巖性主要為碎石土、塊石土等，下層巖性主要以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖為主。

(2)斷層：在分水嶺一帶形成了區(qū)域性斷裂構(gòu)造，斷層性質(zhì)為逆斷層，與路線大角度交于路線ZK86+740和YK86+660兩處。

(3)地震：基本烈度Ⅶ-Ⅷ度區(qū)。

2水文情況

隧道區(qū)址地表水主要為大氣降水，地下水為碳酸鹽類裂隙巖溶水，含水介質(zhì)為巖溶、構(gòu)造、節(jié)理裂隙，直接接受大氣降水的滲透補(bǔ)給，徑流受構(gòu)造、節(jié)理裂隙的發(fā)育方向控制，在隧道中線沿線有泉水涌出，流量不大。

根據(jù)蘆芽山隧道勘探結(jié)果，蘆芽山隧道富水性較弱，地下水?dāng)?shù)量較弱，透水性強(qiáng)。

3圍巖監(jiān)控量測(cè)的目的

隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，包括隧道施工階段與營(yíng)運(yùn)階段的監(jiān)控量測(cè)?？刂屏繙y(cè)的主要目的是：檢查隧道施工階段或竣工驗(yàn)收后的隧道中線和凈空斷面的位置與尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求；監(jiān)控量測(cè)解決的問題是在隧道施工階段，使用全站儀、水平儀、收斂?jī)x等對(duì)圍巖變化情況(如地表下沉、拱頂下沉、周邊位移等)及支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)進(jìn)行量測(cè)，及時(shí)提供圍巖穩(wěn)定程度和支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性的安全信息，預(yù)見事故和險(xiǎn)情，作為調(diào)整和修改支護(hù)設(shè)計(jì)的依據(jù)，并在復(fù)合式襯砌中，依據(jù)測(cè)量結(jié)果確定二襯施工的時(shí)間，以達(dá)到監(jiān)控隧道圍巖的支護(hù)結(jié)構(gòu)的變位預(yù)應(yīng)力不超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量獲得圍巖力學(xué)動(dòng)態(tài)和支護(hù)狀態(tài)的有關(guān)數(shù)據(jù)，再通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的數(shù)理和力學(xué)分析來判斷圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性及工作狀態(tài)，從而選擇和修正支護(hù)參數(shù)以及指導(dǎo)施工。

4成立圍巖監(jiān)控量測(cè)小組

該標(biāo)段承建TS2(L14)合同段的蘆芽山隧道，在接到施工圖紙后，認(rèn)真會(huì)審圖紙，了解圍巖類別，圍巖走向、水文、地質(zhì)情況，并對(duì)主要技術(shù)人員進(jìn)行了技術(shù)交底，同時(shí)項(xiàng)目部組織成立了圍巖量測(cè)小組。

5隧道圍巖監(jiān)控量測(cè)的方法和選項(xiàng)

該項(xiàng)目部根據(jù)施工圍巖類別分類和現(xiàn)場(chǎng)圍巖監(jiān)控量測(cè)圍巖條件、隧道工程規(guī)模、支護(hù)類型和施工方法等來選擇了測(cè)試項(xiàng)目。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目分為必測(cè)項(xiàng)目(A類量測(cè))和選擇項(xiàng)目(B類量測(cè))兩大類。

6隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目及量測(cè)方法

隧道以地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀察、周邊位移、拱頂下沉和仰拱隆起為應(yīng)測(cè)項(xiàng)目，根據(jù)地質(zhì)情況的不同，在隧道淺埋V級(jí)及淺埋Ⅳ級(jí)圍巖段地表下沉應(yīng)作必測(cè)項(xiàng)目。施工初期階段位移及下沉量大或地質(zhì)變化顯著時(shí)，量測(cè)斷面間距可取較小值。應(yīng)適當(dāng)增加量測(cè)頻率。

6.1地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀察

隧道洞內(nèi)、洞外觀察：隧道洞內(nèi)觀察分開挖工作面觀察和已施工區(qū)段觀察兩部分，開挖工作面觀察在每次開挖后進(jìn)行，內(nèi)容包括節(jié)理裂隙發(fā)育情況、工作面穩(wěn)定狀態(tài)、涌水情況及底板是否隆起等。

洞外觀察包括洞口地表情況、地表沉陷、邊坡及仰拱的穩(wěn)定、地表水滲透的觀察。

6.2凈空水平收斂量測(cè)及拱項(xiàng)下沉量測(cè)

測(cè)點(diǎn)布設(shè)：凈空水平收斂量測(cè)及拱項(xiàng)下沉量測(cè)在同一斷面進(jìn)行，拱頂下沉及周邊收斂量測(cè)。

6.3地表下沉量測(cè)

地表下沉量測(cè)僅在隧道淺埋V級(jí)及淺埋Ⅳ級(jí)地段進(jìn)行，其測(cè)點(diǎn)的布置與拱頂下沉及周邊收斂測(cè)量的測(cè)點(diǎn)在同一斷面內(nèi)，地表下沉量測(cè)在開挖面前方(h+8)m處開始(h為隧道埋深)，直到開挖面后方40—65 m下沉基本停止時(shí)為止。其量測(cè)頻率原則上采用1次/日一2次/日的頻率。

6.4監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目的管理基準(zhǔn)

采用《公路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則》的三級(jí)監(jiān)測(cè)管理并配合位移速率作為監(jiān)測(cè)管理基準(zhǔn)。即將允許值的2／3作為警告值，允許值的1/3作為基準(zhǔn)值，將警告值和允許值之間稱為警告范圍，實(shí)測(cè)值落在此范圍，應(yīng)提出警告，說明需商討和采取施工對(duì)策，預(yù)防最終位移值超限，警告值和基準(zhǔn)值之間稱為注意范圍，實(shí)測(cè)值落在基準(zhǔn)值以下，說明圍巖是穩(wěn)定的。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)?？筛鶕?jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果所處的管理階段來選擇監(jiān)測(cè)頻率：一般Ⅲ級(jí)管理階段監(jiān)測(cè)頻率可放寬些；Ⅱ級(jí)管理階段則注意加密監(jiān)測(cè)次數(shù)；I級(jí)管理階段則應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，通常監(jiān)測(cè)頻率為1次，天一2次，天或更多。

6.5量測(cè)數(shù)據(jù)的處理及應(yīng)用

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)利用計(jì)算機(jī)Exel統(tǒng)計(jì)繪圖功能，繪制位移一時(shí)間曲線或散點(diǎn)圖，在位移——時(shí)間曲線趨平緩時(shí)應(yīng)進(jìn)行回歸分析，以推算最終位移和掌握位移變化規(guī)律。當(dāng)最終收斂值大于允許收斂值的80％且無明顯減緩趨勢(shì)，或當(dāng)位移——時(shí)間曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)，即位移出現(xiàn)反常的急驟增加現(xiàn)象，表明圍巖和支護(hù)已呈不穩(wěn)定狀態(tài)。應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)應(yīng)停止掘進(jìn)，采取必要的安全措施。

根據(jù)位移變化速率判斷圍巖穩(wěn)定狀況，當(dāng)變化速率大于10mm/天～20 mm/天時(shí)，需加強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)；當(dāng)變化速率小于0.2mm／天時(shí)，認(rèn)為圍巖達(dá)到基本穩(wěn)定。

襯砌(混凝土)施作時(shí)間，選擇在各測(cè)試項(xiàng)目顯示位移速度明顯減緩并已基本穩(wěn)定。其判斷標(biāo)準(zhǔn)為：各項(xiàng)位移已達(dá)到預(yù)計(jì)位移量的80—90％(預(yù)計(jì)位移量可通過回歸分析得到)，位移速度小于0.15 mm／天；在膨脹性圍巖和地應(yīng)力大的圍巖中初期支護(hù)變億時(shí)間長(zhǎng)，必要時(shí)，可提前施作襯砌混凝土。

測(cè)量過程中如發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象或與設(shè)計(jì)不符時(shí)，及時(shí)提出，以便修改支護(hù)參數(shù)。

測(cè)點(diǎn)埋設(shè)情況和量測(cè)資料納入竣工文件，以備運(yùn)營(yíng)中查考或繼續(xù)觀察。

6.6錨桿軸力量測(cè)

錨桿軸力量測(cè)每1％做一個(gè)斷面進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)斷面不少于3根。

7爭(zhēng)空位移、拱頂下沉的測(cè)點(diǎn)間距

拱頂下沉、周邊位移量測(cè)，測(cè)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在同一斷面，其測(cè)試斷面間距與隧道長(zhǎng)度、圍巖條件、施工方法等多種因素有關(guān)。

隧道開挖坑道周邊相對(duì)位移的量測(cè)(基)線的布設(shè)方法和要求，一般可與周邊位移測(cè)點(diǎn)共用，既節(jié)省安設(shè)測(cè)點(diǎn)工作量。又可

減少量測(cè)點(diǎn)，并使測(cè)點(diǎn)統(tǒng)一，測(cè)試結(jié)果能互相校驗(yàn)。

8量測(cè)頻率和量測(cè)時(shí)間

凈空變化量測(cè)和拱頂下沉量測(cè)得量測(cè)頻率，主要根據(jù)位移速率和測(cè)點(diǎn)距開挖面的距離而定。埋設(shè)初期測(cè)試頻率每天1～2次觀測(cè)，根據(jù)圍巖穩(wěn)定情況，量測(cè)可以減少，當(dāng)出現(xiàn)圍巖不穩(wěn)定征兆時(shí)，應(yīng)增加量測(cè)次數(shù)。

9量測(cè)數(shù)據(jù)和曲線

現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)處理，及時(shí)繪制位移——時(shí)間曲線圖。當(dāng)位移——時(shí)間關(guān)系區(qū)于平緩時(shí)，應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，以推算最終位移和掌握位移變化規(guī)律，指導(dǎo)施工。

10超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

為把握準(zhǔn)確完整的第一手資料，正確指導(dǎo)施工，遇重大工程地質(zhì)問題時(shí)開展綜合超前預(yù)報(bào)工作。

(1)綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工藝流程。綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)納人隧道施工工序，其工藝流程見圖1超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工藝流程圖。

(2)地質(zhì)素描，隨開挖及時(shí)進(jìn)行，地層巖性變化點(diǎn)、構(gòu)造發(fā)育部位、地下水發(fā)育帶附近每開挖循環(huán)進(jìn)行一次素描，其他地段每10m～20m進(jìn)行一次素描，以便隨時(shí)掌握開挖地質(zhì)情況。

(3)TSP202一次可以預(yù)報(bào)100 m～300 m，考慮溶巖地區(qū)易發(fā)生災(zāi)害性地質(zhì)，預(yù)報(bào)頻率一般地段120m/次～150m/次，復(fù)雜地段增加預(yù)報(bào)頻率，為100m／次～120m/次。

(4)紅外探測(cè)，原則上可以定性預(yù)報(bào)掌子面前方30 m范圍內(nèi)有無地下水，因其體積小、操作方便、數(shù)據(jù)直觀、不占用施工時(shí)間，可以20m～25m預(yù)報(bào)1次，以增加對(duì)比分析。

(5)超前地質(zhì)鉆探，根據(jù)地質(zhì)素描、紅外探測(cè)、TSP202超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料初步綜合分析，考慮到該隧道節(jié)理發(fā)育的特點(diǎn)和嚴(yán)重程度，每循環(huán)可鉆1-3孔。超前鉆孔原則上應(yīng)連續(xù)重疊式進(jìn)行。重疊長(zhǎng)度5 m～8 m，做安全儲(chǔ)備及止?jié){巖盤。每開挖循環(huán)在掌子面均勻布設(shè)5-8個(gè)5m一8m加長(zhǎng)鉆孔是可溶巖地區(qū)較好的預(yù)報(bào)手段。

(6)地質(zhì)綜合判析。地質(zhì)綜合判斷分析是綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的中樞，它對(duì)以上所采用的各種預(yù)報(bào)手段獲得的資料進(jìn)行歸納、分析、對(duì)比，提出最終預(yù)報(bào)結(jié)論和工程措施建議，指導(dǎo)施工，并確定下一步預(yù)報(bào)的方案和各預(yù)報(bào)手段工作計(jì)劃。

(7)紅外探測(cè)。紅外輻射場(chǎng)理論應(yīng)用于隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)中，當(dāng)隧道外圍空間和掘進(jìn)前方存在隱伏水體或含水構(gòu)造時(shí)。隱伏水體或含水構(gòu)造產(chǎn)生的異常場(chǎng)就要疊加到正常場(chǎng)上，使隧道內(nèi)的正常場(chǎng)產(chǎn)生畸變，根據(jù)拱頂、隧底、邊墻、掌子面探測(cè)曲線、測(cè)量數(shù)據(jù)的變化就能確定隱伏水體或含水構(gòu)造所在空間方位。

(8)臺(tái)車或風(fēng)鉆超前探測(cè)。該方法是利用臺(tái)車或風(fēng)鉆在隧道掌子面鉆水平小孔徑的淺孔獲取地質(zhì)信息的一種方法，它是巖溶發(fā)育區(qū)對(duì)超前地質(zhì)鉆孔的一種重要補(bǔ)充。因其數(shù)量較多，有時(shí)效果是非常明顯的。與超前地質(zhì)鉆孔相比，它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、費(fèi)用低、占用隧道施工時(shí)間短，可與爆破孔同時(shí)施作。只不過其深度較爆破孔深2 m一5m而已。這樣，風(fēng)鉆探測(cè)深度總是超前每循環(huán)爆破進(jìn)尺2 m～5 m。保證施工安全。

(9)地質(zhì)雷達(dá)。地質(zhì)雷達(dá)根據(jù)電磁波的雙程走時(shí)的長(zhǎng)短差別，確定探測(cè)目標(biāo)的形態(tài)及屬性，結(jié)合工程地質(zhì)理論分析達(dá)到對(duì)埋藏目標(biāo)(地質(zhì)體)的探測(cè)與判斷。

11組織機(jī)構(gòu)

該標(biāo)段成立專門的隧道施工監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)小組。由項(xiàng)目經(jīng)理部工程技術(shù)部負(fù)責(zé)實(shí)施。

量測(cè)組織：由工程隊(duì)組成監(jiān)測(cè)小組，技術(shù)主管負(fù)責(zé)，由熟悉量測(cè)工作的技術(shù)人員3—5人組成，小組負(fù)責(zé)編制監(jiān)測(cè)方案、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)施及監(jiān)測(cè)技術(shù)資料的整理上報(bào)工作，負(fù)責(zé)保護(hù)各階段使用的監(jiān)測(cè)標(biāo)志及儀器。根據(jù)工程進(jìn)度及時(shí)量測(cè)、計(jì)算、繪圖、分析并及時(shí)向主管領(lǐng)導(dǎo)和監(jiān)理報(bào)告量測(cè)結(jié)果。

監(jiān)測(cè)工作本著準(zhǔn)確、及時(shí)的原則實(shí)施。將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、時(shí)間變形曲線、對(duì)結(jié)果的評(píng)估，在24 h內(nèi)報(bào)送監(jiān)理工程師及現(xiàn)場(chǎng)配合設(shè)計(jì)人員。及時(shí)研究解決實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題，保證隧道施工安全。

監(jiān)理工程師在任何時(shí)候?qū)θ魏蝺x器單獨(dú)讀數(shù)時(shí)，施工單位、監(jiān)測(cè)小組隨時(shí)給予協(xié)助。量測(cè)記錄、計(jì)算結(jié)果、量測(cè)曲線圖、效果分析、反饋記錄、監(jiān)理批示等均列入竣工文件。

12質(zhì)量保證措施

(1)各級(jí)職責(zé)部門和人員各負(fù)其責(zé)，嚴(yán)格堅(jiān)持質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，互通信息、及時(shí)反饋。發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題及時(shí)向業(yè)務(wù)上級(jí)報(bào)告，共同把好質(zhì)量關(guān)。

(2)熟悉工藝規(guī)程，認(rèn)真執(zhí)行施工技術(shù)規(guī)范，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)操作規(guī)程。確定施工工藝和方法，開工前進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)交底，做到操作有工藝，施工有圖紙，并做好各項(xiàng)施工原始記錄。

(3)開展全面質(zhì)量整理工作。實(shí)行質(zhì)量“三檢制”(自檢、互檢、專檢)，在具體實(shí)施過程中做到認(rèn)真落實(shí)、相互監(jiān)督、善始善終。

(4)在施工全過程中嚴(yán)把“三關(guān)”。一是嚴(yán)把圖紙關(guān)；二是嚴(yán)把測(cè)量關(guān)；三是嚴(yán)把實(shí)驗(yàn)關(guān)。做到各種施工數(shù)據(jù)正確無誤。

(5)實(shí)行全過程的質(zhì)量監(jiān)控，分階段進(jìn)行檢查，對(duì)質(zhì)量不合格的工程堅(jiān)決返工處理，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量目標(biāo)。