監(jiān)控量測技術(shù)在隧道施工安全中的應(yīng)用

肖健斌

摘 要：隧道施工安全離不開監(jiān)控測量技術(shù)的應(yīng)用。本文以廈蓉國家高速公路汝郴段23標(biāo)亭子壩隧道施工項(xiàng)目為例，深入分析監(jiān)控測量的數(shù)據(jù)總結(jié)，以期為同類項(xiàng)目的施工環(huán)境安全提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：隧道；監(jiān)控量測；施工安全

中圖分類號：U456.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）14-00148-02

Application of Monitoring and Measuring Technology in

Tunnel Construction Safety

XIAO Jianbin

（Henan Luqiao Construction Group Co.， Ltd.， Shangqiu Henan 476000）

Abstract： Tunnel construction safety is inseparable from the application of monitoring and measuring technology. In this paper， took the construction project of the 23 standard Pavilion Dam Tunnel of Ru Chen section of Xiamen national expressway as an example， and analyzed the data of monitoring and measurement in depth，in order to provide some reference for the construction environment safety of the same kind of project.

Keywords： tunnel；monitoring and measurement；construction safety

1 隧道監(jiān)控量測項(xiàng)目概況

廈蓉國家高速公路汝郴段23標(biāo)亭子壩隧道設(shè)計(jì)為雙向小凈距分離式隧道，左洞起訖里程樁號ZK106+940～ZK107+410，長470m；右洞起訖里程樁號YK106+885～YK107+395，長510m。隧道整體穿過第四系沖洪積堆積山體，地質(zhì)條件極為復(fù)雜，圍巖主要有松軟含礫、粉質(zhì)黏土和碎石土夾漂石、塊石，含水量大，地下水位高于隧道，圍巖穩(wěn)定性極差，容易發(fā)生掉塊、坍塌或冒頂?shù)炔豢深A(yù)見事故，進(jìn)口左洞偏壓，施工難度大。

2 隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析

2.1 必測項(xiàng)目位移量測

監(jiān)控量測必測項(xiàng)目數(shù)據(jù)拱頂沉降和周邊收斂顯示，圍巖整體變形量偏大，特別是隧道進(jìn)出口淺埋段（YK106+925～YK107+020，ZK106+925～ZK106+972s），多個斷面在拱頂累計(jì)沉降值在300mm以上，達(dá)到隧道開挖寬度的3%～5%，大大超出相應(yīng)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)；最大累計(jì)拱頂沉降達(dá)637.4mm，周邊收斂值達(dá)169.29mm（YK107+020斷面）。隨著隧道埋深的增大，各項(xiàng)數(shù)據(jù)趨于相對平緩，但到了YK107+030～YK107+250段，整體位移明顯變小，沉降速率最大日沉降值在1～2mm以內(nèi)。由于亭子壩隧道進(jìn)口開挖前期整體變形量偏大，工程設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行了相應(yīng)的方案調(diào)整：采用右洞超前，保留核心土環(huán)形開挖，仰拱及時跟進(jìn)，提前施作二襯，單層超前小導(dǎo)管改為6m長的雙層小導(dǎo)管；鋼支撐由0.8m間距調(diào)整為0.6m；鎖腳錨桿加長到7.0m。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，圍巖變形得到有效控制，雖然變形周期達(dá)40d，但最終趨于穩(wěn)定，拱頂沉降為0.15～0.4mm/d，周邊位移0.15～0.2mm/d，基本滿足二襯施作條件[1]。

2.2 地表下沉觀測量測

地表下沉觀測量測顯示，前期開挖沉降較大，在仰拱閉合之后趨于穩(wěn)定。以K107+350為例，測點(diǎn)3、4位于拱頂上方，沉降最大達(dá)417mm，兩邊沉降最小78mm，無偏壓顯示，與洞內(nèi)沉降及周邊收斂數(shù)據(jù)變形趨勢一致，分別于7月29日后趨于穩(wěn)定。K107+350地表沉降如圖1所示。

2.3 錨桿內(nèi)力量測

錨桿內(nèi)力量測的目的是了解錨桿的工作狀態(tài)及軸向應(yīng)力的大小，判斷圍巖變形的發(fā)展趨勢，及其強(qiáng)度下降的界限，評價錨桿的支護(hù)效果。錨桿內(nèi)力監(jiān)測結(jié)果（見圖2）顯示，錨桿在隧道埋深大的中部受拉應(yīng)力較多，只有在進(jìn)口淺埋偏壓段以壓應(yīng)力為主，淺部2m內(nèi)受力最大，為18.7MPa，深部受力最小，為4.5MPa，但在3m處仍有受力。這說明擾動范圍約3m，設(shè)計(jì)錨桿長度大于3m是合適的，應(yīng)力值穩(wěn)定時間與圍巖變形穩(wěn)定時間接近。

圖2的數(shù)據(jù)顯示：錨桿內(nèi)力偏小，最大為18.7MPa，最小為4.5MPa，相當(dāng)于錨桿最大拉力值1.7kN，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，可能與圍巖松軟有關(guān)，實(shí)測注漿錨桿抗拔力為70kN。這說明隧道對普通砂漿錨桿不合適，采用注漿錨桿或鋼花管是合理的。

2.4 初期支護(hù)內(nèi)力量測

初期支護(hù)內(nèi)力即初支噴射混凝土層內(nèi)力。從監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來看，除個別斷面偏大外，主要受力在初支上。從變形曲線來看，30d后，變形和受力基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，其他基本正常均在5～8MPa，最大值在拱頂，且均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.5 鋼支撐內(nèi)力量測

鋼支撐內(nèi)力量測的結(jié)果表明，基本都是拱頂測點(diǎn)的鋼支撐內(nèi)力最大，測點(diǎn)埋設(shè)后的變化很快，30d后拱頂測點(diǎn)的鋼支撐內(nèi)力已逐漸趨于穩(wěn)定，除ZK107+149偏大，為284MPa，其余測點(diǎn)的量測值較小，且最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于20a工字鋼所承受的350MPa極限。

2.6 圍巖壓力量測

從ZK107+149斷面來看，圍巖與噴射混凝土接觸壓力值很小，各測點(diǎn)的接觸壓力平均圍巖壓力測量數(shù)據(jù)在0.01～0.16MPa，且變化不大。從接觸壓力的時間曲線分析，本斷面的接觸壓力已穩(wěn)定。

2.7 二襯內(nèi)力量測

二次襯砌內(nèi)部應(yīng)力中幾個典型斷面的二襯內(nèi)的應(yīng)力都在0.45～6.57MPa，最大值在ZK106+990左側(cè)拱肩處，為6.57MPa，并且變化趨勢比較穩(wěn)定。

3 隧道監(jiān)控量測結(jié)論

第一，實(shí)測隧道變形較大，最大水拱頂沉降637.4mm，水平收斂達(dá)169.29mm。開始階段變形速率較大，變形值迅速增長，二次襯砌前變形基本趨于穩(wěn)定，實(shí)測二次襯砌前初期支護(hù)變形速率在1～2mm/d。二次襯砌前隧道變形達(dá)到預(yù)留值的80%以上（不包括前期丟失變形），而二次襯砌變形很小，這說明二次襯砌承受一定的荷載。亭子壩隧道具有大變形隧道特征，即變形大、前期變形速率大、變形時間長，二次襯砌承受一定的荷載，因此應(yīng)加強(qiáng)觀測，確保洞室穩(wěn)定。

第二，亭子壩隧道地質(zhì)條件差，圍巖變形大、前期變形速率大、變形時間長，且圍巖壓力大，圍巖壓力以形變壓力為主，二次襯砌施作不受規(guī)范的0.2mm/d限制，如套用規(guī)范值，勢必延遲二次襯砌施作時間，使變形不易控制，初支容易侵入二襯，甚至?xí)斐伤?。較早施作二次襯砌來承擔(dān)部分因初期支護(hù)不足產(chǎn)生的荷載對此類大變形圍巖隧道是可行的，也是安全有利的。

第三，量測錨桿受拉力較多，拉力位置發(fā)生在3m左右，與圍巖松軟有關(guān)。隧道對普通砂漿錨桿不合適，而注漿螺旋錨桿或鋼花管是適合的，且設(shè)計(jì)錨桿長度應(yīng)大于3m。

第四，實(shí)測最大初支內(nèi)力為5～45MPa，最大二次襯砌接觸內(nèi)力為0.45～6.57MPa，二次襯砌內(nèi)力占初支力比例的9%～13%。初期支護(hù)圍巖壓力發(fā)展比二次襯砌接觸壓力快，在初期支護(hù)圍巖壓力基本穩(wěn)定后，二次襯砌接觸壓力仍緩慢發(fā)展，這說明后期增長的圍巖壓力部分由二次襯砌承擔(dān)。

第五，實(shí)測最大初期支護(hù)鋼架應(yīng)力為284MPa，最大初期支護(hù)混凝土應(yīng)力為45MPa，最大二次襯砌混凝土應(yīng)力為6.57MPa，均未超過材料的極限強(qiáng)度。

第六，隧道進(jìn)出口位移、錨桿軸力、支護(hù)壓力、支護(hù)應(yīng)力及二次襯砌分擔(dān)壓力大于隧道中部（埋深較高部位），因此，施工應(yīng)根據(jù)不同區(qū)段監(jiān)測結(jié)果采用不同的支護(hù)參數(shù)。

第七，亭子壩隧道整體位于松軟圍巖中，地質(zhì)條件極差，根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果，隧道變形基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，但二襯還承受一定的支護(hù)壓力，隧道可能還存在整體變形下沉與不均勻沉降的隱患，因此，建議隧道完工后進(jìn)行一定時期的系統(tǒng)監(jiān)測。

實(shí)測結(jié)果表明，隧道前期變形較大，經(jīng)修改設(shè)計(jì)方案和改善開挖方式和步驟后，得到控制，支護(hù)、襯砌結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，為隧道施工環(huán)境安全工作提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，并積累了復(fù)雜應(yīng)力條件下隧道的環(huán)境設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]范潔.隧道施工環(huán)境安全研究[J].科技展望，2016（25）：225-226.