隧道工程中監(jiān)控量測技術(shù)及應(yīng)用分析

張 曉 強

(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司，山西 晉中 030600)

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隧道工程中監(jiān)控量測技術(shù)及應(yīng)用分析

張 曉 強

(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司，山西 晉中 030600)

闡述了利用監(jiān)控量測技術(shù)開展隧道施工的目的，結(jié)合具體案例，介紹了隧道工程中監(jiān)控量測的內(nèi)容，并從地表沉降觀測、噴射混凝土層及鋼拱架應(yīng)力量測等方面，說明了監(jiān)控量測技術(shù)在隧道工程項目中的具體應(yīng)用，為隧道工程的順利施工提供了保障。

監(jiān)控量測技術(shù)，隧道，混凝土層，鋼拱架

由于隧道工程項目一般會涉及到隧道開挖作業(yè)，這就使得隧道工程的危險程度較高、技術(shù)復(fù)雜性較強，容易受到諸多不良因素的影響，常常會導(dǎo)致安全事故發(fā)生。所以為了保證隧道工程項目的施工安全，有必要將監(jiān)控量測技術(shù)應(yīng)用到隧道施工建設(shè)中，另外通過科學(xué)應(yīng)用監(jiān)控量測技術(shù)，還能夠幫助施工方及時了解隧道環(huán)境情況以及周圍巖層變化情況，從而保證隧道工程能夠保質(zhì)保量的完成，并避免隧道周圍的建筑物受到損壞。下面就監(jiān)控量測技術(shù)在隧道施工中應(yīng)用目的進行檢驗分析，并結(jié)合具體案例說明監(jiān)控量測技術(shù)手段于隧道工程項目之中的具體應(yīng)用。

1 通過監(jiān)控量測技術(shù)實施隧道施工的目的

1)掌握隧道內(nèi)部情況，降低隧道施工難度。通過隧道監(jiān)控量測技術(shù)，能夠幫助施工方掌握隧道內(nèi)部情況。這是由于在隧道施工過程中，隧道內(nèi)部的支護結(jié)構(gòu)以及地層會出現(xiàn)變動，所以可通過監(jiān)控量測技術(shù)，使施工方了解隧道內(nèi)部所出現(xiàn)的情況，以及隧道的實時狀態(tài)，從而更深層次的判斷、了解圍巖是否穩(wěn)定，襯砌是否可靠以及支護是否穩(wěn)定等等，并基于此制定相應(yīng)的解決辦法，從而提升隧道施工的安全性以及隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外在進行隧道施工之前，施工方需要對隧道結(jié)構(gòu)進行理論分析，同時在施工階段通過合理使用隧道監(jiān)控測量手段得到大量的數(shù)據(jù)，并基于對數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，修改以及補充先前所得出的理論分析，并基于檢測結(jié)果進行反饋，從而使得隧道施工建設(shè)獲得更多的指導(dǎo)意見。除此之外，還可以利用通過隧道監(jiān)控測量手段得出的數(shù)據(jù)，科學(xué)調(diào)整施工策略，比如說通過對圍巖級別進行調(diào)整或者是對支護設(shè)計參數(shù)進行科學(xué)優(yōu)化，可以增強隧道施工建設(shè)的質(zhì)量以及工程進度。2)對隧道內(nèi)部環(huán)境進行嚴密監(jiān)測。通過對監(jiān)控量測技術(shù)的合理使用，除了能夠全面監(jiān)測隧道項目的具體環(huán)境之外，還能夠監(jiān)控隧道項目的周邊環(huán)境，這樣就可以及時發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定因素，從而降低周圍環(huán)境以及具體環(huán)境對隧道項目的不良影響，保證隧道工程項目的施工建設(shè)質(zhì)量。另外還可以利用監(jiān)控量測技術(shù)科學(xué)分析隧道內(nèi)部施工環(huán)境，從而得到具體的數(shù)據(jù)以及可靠的觀測結(jié)果，隧道施工方可利用這些數(shù)據(jù)以及結(jié)果及時地掌握隧道項目的施工特點以及規(guī)律，從而使得隧道施工建設(shè)獲取更多的良好意見，減少施工意外的發(fā)生。

2 工程實例

喬莊隧道屬于濟邵高速公路的一部分，喬莊隧道上部主要是由黃土狀亞粘土構(gòu)成，局部區(qū)域包括粉砂質(zhì)泥巖以及結(jié)礫巖。喬莊隧道屬于雙車道隧道，右線全長經(jīng)測量為1 920 m，同時Ⅳ級圍巖大約為1 540 m，左線全長長度總共為1 970 m，Ⅳ級圍巖大約為1 660 m，本隧道的凈高經(jīng)測量為5 m，凈寬經(jīng)測量為10.25 m。

2.1 監(jiān)控量測內(nèi)容與其斷面布置形式

相關(guān)規(guī)定中要求對地表下沉量，拱頂下沉量以及水平收斂量，支護狀況情況以及地質(zhì)情況進行測量、觀察，為了保證喬莊隧道的施工建設(shè)質(zhì)量，除了要對上述規(guī)定內(nèi)容進行測量之外，還選取劃定了兩個典型斷面，即為ZK42+665以及ZK42+798，并在初期支護對該兩處典型斷面實施了混凝土層應(yīng)力噴射作業(yè)以及鋼拱架應(yīng)力量測作業(yè)。另外還在隧道洞口淺埋區(qū)域?qū)嵤┝说乇沓两盗繙y作業(yè)。圖1為各個測量點布置情況，與各個量測元件的具體布置。

2.2 數(shù)據(jù)的采集以及分析

1)對地表沉降情況進行觀測。通過觀測之后發(fā)現(xiàn)，喬莊隧道入口區(qū)域?qū)儆赩級圍巖，同時圍巖的穩(wěn)定性相對較差，隧道埋設(shè)深度相對較淺，由此在隧道入口區(qū)域的地下需要埋設(shè)7個沉降點，同時對測點間距進行控制，確保其不超過5 m。之后通過塔尺以及水平儀設(shè)備觀測檢查地表下沉情況，本項目通過65 d的觀測獲取了大量樣測數(shù)據(jù)，通過對樣測數(shù)據(jù)進行分析后發(fā)現(xiàn)，其最大值為2 mm，再考慮到測量可能會存在誤差情況，可以斷定地面并沒有出現(xiàn)明顯的下沉情況，洞室附近建筑物不會受到地表沉降的不良影響。2)噴射混凝土層以及鋼拱架應(yīng)力量測作業(yè)。本工程主要是通過混凝土應(yīng)變計完成混凝土層的噴射作業(yè)，通過鋼板應(yīng)變計完成鋼拱架應(yīng)力測量作業(yè)。在開展初期支護作業(yè)時，需要首先于噴射混凝土層結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)安裝使用混凝土應(yīng)變計，之后需于測試鋼骨架結(jié)構(gòu)的上下翼緣區(qū)域通過焊接的方式焊接鋼板應(yīng)變計。在結(jié)束初期支護作業(yè)之后，需要通過振弦頻率檢測設(shè)備，實施量測作業(yè)。然后通過虎克定律以及所收集到的應(yīng)變數(shù)據(jù)，得出測量點區(qū)域的應(yīng)力情況，同時通過假設(shè)界面應(yīng)力情況根據(jù)線性分布，從而以截面應(yīng)力分布情況得到初期支護結(jié)構(gòu)所具有的實際內(nèi)力。如圖2所示為內(nèi)力換算圖。

為了得到鋼拱架應(yīng)力變化情況以及噴射混凝土層結(jié)構(gòu)的變化情況，本工程在斷面ZK42+665區(qū)域的初期支護作業(yè)結(jié)束之后，對其施以50 d的應(yīng)力側(cè)壓，從而獲取了鋼拱架應(yīng)力以及噴射混凝土層結(jié)構(gòu)的變動曲線，具體可見圖3，圖4。

由于噴射混凝土層結(jié)構(gòu)主要受到的應(yīng)力為壓應(yīng)力，再加上噴射混凝土層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力在前期階段增長速度相對較快，所以該結(jié)構(gòu)在7 d之內(nèi)即已經(jīng)達到7.36 MPa，在達到該應(yīng)力之后，噴射混凝土層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力增長速度逐漸放緩，大約15 d之后，其應(yīng)力大小達到了基本穩(wěn)定。在噴射混凝土層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力已經(jīng)達到基本穩(wěn)定之后，需要對該結(jié)構(gòu)的左側(cè)拱腰區(qū)域的應(yīng)力、右側(cè)拱腳區(qū)域的應(yīng)力以及拱頂區(qū)域的應(yīng)力進行測量，通過測量之后上述各區(qū)域的應(yīng)力值分別是7.77 MPa,7.39 MPa以及5.97 MPa。由此可以得知噴射混凝土技術(shù)能夠有效地加固圍巖，從而保證圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及安全性。

鋼拱架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力同樣在前期增長速度相對較快，并于7 d之內(nèi)即達到了112.86 MPa，所以可以得知鋼拱架結(jié)構(gòu)于初期支護時期所承受了大部分的圍巖區(qū)域所釋放初始壓力。因此鋼拱架結(jié)構(gòu)在整個初期支護時期具有非常重要的作用。本工程于30 d作業(yè)鋼骨架結(jié)構(gòu)式的應(yīng)力情況逐步穩(wěn)定下來之后，對其拱腰區(qū)域的受力情況、拱腳區(qū)域的受力情況以及頂部結(jié)構(gòu)的受力情況進行量測之后發(fā)現(xiàn)，前兩者的受力情況相對較大，后者的受力情況相對較小。所以為了使得鋼支護結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)得到優(yōu)化，需要在鋼支護結(jié)構(gòu)中加裝使用鎖腳錨桿。另外鋼拱架所承受到的壓力主要來自于軸向壓力，同時其所受到的彎矩量值相對較小，由此可以判定鋼拱架結(jié)構(gòu)為隧道的承壓構(gòu)件。

2.3 工程結(jié)論

在進行喬莊隧道作業(yè)過程時，由于隧道洞口區(qū)域布設(shè)有多個地表沉降點，通過觀測這些沉降點之后發(fā)現(xiàn)，沉降點基本沒有出現(xiàn)沉降情況，這說明通過管棚注漿手段對隧道洞口區(qū)域的淺埋段進行處理作業(yè)是較為合適的，這可以保證淺埋段區(qū)域的軟弱巖石結(jié)構(gòu)得到有效加固，確保隧道施工得以順利完成。通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)可以得知，在結(jié)束隧道開挖作業(yè)與初期支護作業(yè)之后的30 d內(nèi)，隧道的圍巖結(jié)構(gòu)已經(jīng)達到了基本穩(wěn)定狀態(tài)，可以開始二次襯砌作業(yè)。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，隧道工程數(shù)量正在不斷攀升。通過監(jiān)控量測手段能夠準(zhǔn)確量測地表沉降情況，圍巖以及支護結(jié)構(gòu)的應(yīng)力情況等等，為隧道施工提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

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On monitoring and measurement techniques and their application in tunnel projects

Zhang Xiaoqiang

(JinzhongRoadandBridgeConstructionGroupCo.,LtdinShanxi,Jinzhong030600,China)

The paper illustrates the aims for the monitoring and measuring techniques in tunnel projects, introduces the monitoring and measuring content in the project by combining with cases, and indicates the application of the monitoring and measuring techniques in the tunnel projects from the surface settlement observation, sprayed concrete layer, and stress measurement of steel arch, so as to provide some guarantee for the smooth construction of the tunnel projects.

monitoring and measuring technique, tunnel, concrete stratum, steel arch

1009-6825(2016)05-0186-02

2015-12-01

張曉強(1977- )，男，工程師

U456.3

A