監(jiān)控量測技術(shù)在高速公路隧道施工中的應(yīng)用

王玉林

（云南交投集團(tuán)云嶺建設(shè)有限公司，云南昆明 650000）

一、監(jiān)控量測技術(shù)

1、監(jiān)控量測技術(shù)的介紹

隨著對隧道施工的標(biāo)準(zhǔn)化及品質(zhì)工程要求的不斷提高，監(jiān)控量測工作在隧道施工中的作用已得到重視和認(rèn)可。新奧法施工主要包括三方面，分別是光面爆破、描噴初期支護(hù)、監(jiān)控量測，其中監(jiān)控量測主要是為隧道施工過程提供技術(shù)方面的參考，監(jiān)控量測能直觀地監(jiān)測圍巖的收斂變形，在施工中對地層（表）、建（構(gòu)）筑物、地表隆降和支護(hù)結(jié)構(gòu)動態(tài)進(jìn)行的經(jīng)常性觀察和測量，并及時反饋信息以指導(dǎo)施工。通過拱頂沉降數(shù)據(jù)分析，合理確定預(yù)留變形量；通過周邊收斂數(shù)據(jù)分析，及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)。其原理是對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，利用分析結(jié)果，與實(shí)際相結(jié)合對隧道施工進(jìn)行指導(dǎo)。

2、監(jiān)控量測技術(shù)的必要性

隨著對交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重視和縣域高速公路“能通全通”的不斷推進(jìn)，以及對施工過程水環(huán)保工作的不斷提高，特別是山嶺地區(qū)高速公路橋隧比越來越高，隧道工程施工在高速公路建設(shè)中均作為控制性工程加以實(shí)施，結(jié)合監(jiān)控量測工作對隧道工程施工的各個方面產(chǎn)生的重要作用，尤其是對工程質(zhì)量、工程成本、進(jìn)度等方面，監(jiān)控量測應(yīng)在實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)中加以重視。

眾所周知，隧道工程是地下工程的一種，其本身具有復(fù)雜性、隱秘性、不可測量性等多種特征。隧道開發(fā)本身就存在著不可預(yù)見性等諸多問題，在施工過程中，不良的地質(zhì)環(huán)境不但會給技術(shù)人員帶來難題，還會造成隧道坍方、突水等情況，嚴(yán)重時甚至對施工人員造成生命危害，從而影響施工正常運(yùn)行，造成工期延誤等問題，給工程帶來巨大的經(jīng)濟(jì)影響。隨著監(jiān)控量測的熟練應(yīng)用，可以對隧道工程中存在的問題進(jìn)行預(yù)測，從而解決問題，最終確定設(shè)計(jì)方案。監(jiān)控量測在我國高速公路隧道中的應(yīng)用是必不可少的，但同時也應(yīng)該看到，目前在施工過程中并沒有嚴(yán)格按照審批的監(jiān)控量測方案實(shí)施，投入的人員數(shù)量、資質(zhì)及儀器不符合方案要求。

二、監(jiān)控量測的項(xiàng)目及內(nèi)容

1、監(jiān)控量測的內(nèi)容

隧道的監(jiān)控量測是對圍巖內(nèi)部進(jìn)行位移測量以及對拱頂進(jìn)行下沉測量，主要是通過對隧道圍巖進(jìn)行分析，對圍巖的變形發(fā)展做一個準(zhǔn)確的判斷，并為之作出數(shù)據(jù)支持。對支護(hù)壓力也要進(jìn)行量測，并根據(jù)量測結(jié)果進(jìn)行判斷。按工作要求在隧道工程中對隧道的支護(hù)作業(yè)等各方面進(jìn)行監(jiān)測布置，并隨著監(jiān)控量測反映的結(jié)果，不斷對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，確保工作的順利進(jìn)行，如有特殊需要可根據(jù)具體情況，增加或調(diào)整監(jiān)控內(nèi)容。

2、監(jiān)控量測的項(xiàng)目

監(jiān)控量測主要是地質(zhì)及支護(hù)狀況的觀察、周邊收斂量測、地表下沉、拱頂下沉量測、圍巖壓力量測、彈性波測試等多項(xiàng)測試內(nèi)容，可以根據(jù)其測試項(xiàng)目的必要性對其進(jìn)行分類，可分為必測項(xiàng)目和選測項(xiàng)目。

⑴監(jiān)控量測的必測項(xiàng)目。地質(zhì)及支護(hù)狀況的觀察、周邊收斂量測、地表下沉、拱頂下沉量測等都是隧道圍巖量測的必測項(xiàng)目。①地質(zhì)及支護(hù)狀況：在巷道斷面范圍之內(nèi)，進(jìn)行一些正常的支護(hù)措施，保證圍巖的穩(wěn)定。②周邊收斂量測：周邊位移量測。③地表下沉：因開挖引起開挖面圍巖的擠出，或因坍塌引起圍巖松弛，開挖后圍巖和支護(hù)、圍巖和襯砌間的空隙因地下水位下降引起固結(jié)，使軟弱圍巖中支護(hù)下沉等原因，導(dǎo)致的地表下沉現(xiàn)象。④拱頂下沉量測：對地下工程拱頂圍巖沉降絕對值的量測。

⑵監(jiān)控量測的選測項(xiàng)目。包括圍巖壓力量測、彈性波測試等多項(xiàng)測試內(nèi)容。①圍巖壓力量測：圍巖壓力是指引起地下開挖空間周圍巖體和支護(hù)變形或破壞的作用力。②彈性波測試：利用彈性波運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征對巖土體或混凝土進(jìn)行波速測試或缺陷探測的方法。

三、監(jiān)控量測的流程和方法

1、監(jiān)控量測的流程

（1）對地質(zhì)勘測資料進(jìn)行充分分析，并在隧道施工前制定完善的監(jiān)控量測方案。

（2）施工前進(jìn)行監(jiān)控量測方案驗(yàn)證，并對其進(jìn)行觀察。

（3）隧道施工后，對施工過程中產(chǎn)生的變化做出解決方案，使工程能夠更好地進(jìn)行下去。

（4）根據(jù)對隧道監(jiān)控量測所得到的數(shù)據(jù)，對隧道安全做出判斷，做好應(yīng)急方案。

2、監(jiān)控量測的方法

⑴對工作面及初期支護(hù)后的地段進(jìn)行觀察。對工程的地質(zhì)條件進(jìn)行觀察記錄，技術(shù)人員利用地質(zhì)羅盤儀等工具對挖面附近初期支護(hù)狀況進(jìn)行觀察，從而判斷圍巖、支護(hù)的穩(wěn)定。

⑵沉降監(jiān)測。針對隧道洞口段、淺埋和偏壓段地表等方面。以隧道洞口為例，由于洞口段覆蓋層比較薄，難以形成拱面狀，對地表造成沉陷，為了使這段工程能順利執(zhí)行，確保隧道洞口的順利建造，對地表進(jìn)行沉降監(jiān)測。

⑶收斂量測。①傳統(tǒng)性接觸量測：在魚竿頂端固定一個粗細(xì)適當(dāng)?shù)膾煦^，利用魚竿對周邊進(jìn)行收斂式量測。②非接觸性量測：采用對邊量測方法或三維坐標(biāo)法進(jìn)行量測。

⑷下沉量測。可以使用非接觸性量測的方法對拱頂進(jìn)行下沉量測。

四、監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)處理分析及目的

1、量測的數(shù)據(jù)分析

主要是數(shù)學(xué)方面的分析，有兩種分析方法：一元線性回歸分析和一元非線性回歸分析。因?yàn)闇y試的大多數(shù)數(shù)據(jù)是兩個變量之間的關(guān)系，可以利用回歸函數(shù)曲線圖，對圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行位移分析。

2、量測的目的

（1）確保施工人員施工的順利進(jìn)行及安全狀況，對圍巖變化有充分的了解。

（2）對圍巖有了充分了解后，更好地對監(jiān)控量測結(jié)果進(jìn)行分析，并對此進(jìn)行調(diào)整修改，使其經(jīng)濟(jì)愈加合理。

（3）為以后的隧道管理提供資料，通過不斷的經(jīng)驗(yàn)積累、資料總結(jié)，對以后的隧道開發(fā)工程提供更加完善的科技成果。

五、隧道施工中監(jiān)控量測取得效果

在筆者參與建設(shè)施工的云南鶴關(guān)高速象眠山1號隧道施工過程中，通過監(jiān)控量測技術(shù)取得以下三方面效果：

1、安全方面

象眠山1號隧道洞口段屬于淺埋、偏壓，圍巖強(qiáng)度低，自穩(wěn)能力差，如施工工藝不當(dāng)易造成圍巖失穩(wěn)坍塌，施工過程中存在安全風(fēng)險，可能給工程帶來不可彌補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)和時間損失，因此，在施工過程中加強(qiáng)地表下沉項(xiàng)目的監(jiān)測，及時對量測所得數(shù)據(jù)整理分析，且施工中發(fā)現(xiàn)地表出現(xiàn)開裂，對洞內(nèi)初期支護(hù)進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)噴射混凝土表面有裂縫并開始脫落。對隧道安全及時做出了判斷，啟動應(yīng)急預(yù)案，及時撤出施工人員后隧道出現(xiàn)冒頂坍塌。通過監(jiān)控量測，及時對隧道失穩(wěn)提供了預(yù)報，避免了事故的發(fā)生，保證了隧道施工安全。

2、質(zhì)量方面

象眠山1號隧道施工過程中，根據(jù)隧道所處地質(zhì)、水文特征，確定以監(jiān)控隧道圍巖穩(wěn)定性和隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性為目的的監(jiān)測項(xiàng)目，通過對拱頂下沉、周邊收斂項(xiàng)目長期監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理分析，發(fā)現(xiàn)周邊收斂速率無明顯下降且超過凈空允許的相對收斂值，隧道內(nèi)噴射混凝土出現(xiàn)大量的裂縫，為了保證隧道的施工安全及隧道施工質(zhì)量，立即采取了補(bǔ)強(qiáng)初期支護(hù)措施，并改變支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)，使隧道工程質(zhì)量得到保障。

3、成本方面

由于象眠山1號隧道工程的特殊性、復(fù)雜性和隧道圍巖的不確定性，通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析及結(jié)合隧道超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，準(zhǔn)確判斷圍巖級別，及時調(diào)整預(yù)留變形量和優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，使該隧道工程成本投資取得了最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

六、結(jié)束語

在高速公路隧道施工中，嚴(yán)格按照監(jiān)控量測方案對圍巖進(jìn)行周邊位移量測和拱頂下沉量測及其他監(jiān)測項(xiàng)目量測是一種很重要的手段，這樣能夠在施工中合理地對突發(fā)事件有所應(yīng)對，并采取相應(yīng)措施，對施工人員進(jìn)行保障，對圍巖的變化規(guī)律有充分的了解，能夠應(yīng)對隧道中的安全隱患問題，并通過對量測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合地質(zhì)超前預(yù)報結(jié)果，及時調(diào)整預(yù)留變形量和支護(hù)參數(shù)及施工方案，使隧道施工更具有安全性和合理性。目前，高速公路已經(jīng)廣泛應(yīng)用監(jiān)控量測技術(shù)，對施工過程進(jìn)行優(yōu)化和指導(dǎo)，給隧道施工人員的安全帶來了一定保障，經(jīng)濟(jì)方面也更加合理。