圍巖監(jiān)控量測信息化系統(tǒng)應(yīng)用概述

蔡坤鵬

摘 要 本文以某隧道工程為例，介紹了圍巖監(jiān)控量測信息化系統(tǒng)的特點(diǎn)和組成部分，并對該系統(tǒng)在隧道施工中的應(yīng)用進(jìn)行研究，管理者可以通過系統(tǒng)及時了解監(jiān)測信息，危險情況下管理者能第一時間得到信息并采取措施，避免安全事故發(fā)生，從而保障隧道施工的安全性。

關(guān)鍵詞 隧道施工;圍巖監(jiān)控;工程預(yù)警

引言

隧址區(qū)地表水主要為山體巖石裂隙滲出水。進(jìn)口兩側(cè)沖溝內(nèi)有溪流，為季節(jié)性流水。地下水類型主要包括第四系松散堆積層孔隙潛水、基巖裂隙水等。洞身區(qū)主要為泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖夾砂巖、砂巖夾泥巖，風(fēng)化程度以中微風(fēng)化為主，除斷裂段外，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖質(zhì)較軟，巖體完整性較好，圍巖自穩(wěn)能力一般。斷裂帶處圍巖很破碎，完整性較差，自穩(wěn)能力較弱。進(jìn)口段洞身穿越1條斷層，為斷裂（斷層里程為K89+070—K89+240），為非全新活動斷裂，圍巖等級為Ⅴ級[1]。

1 圍巖監(jiān)控量測信息化系統(tǒng)特點(diǎn)

有效避免人為對監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和處理過程的干擾，確保數(shù)據(jù)真實(shí)反映和反饋處理及時性，實(shí)現(xiàn)超限自動預(yù)警。突破傳統(tǒng)管理模式，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、服務(wù)器后臺綜合分析、自動反饋。系統(tǒng)操作簡單、功能齊全、窗口界面操作便捷、實(shí)用性強(qiáng)，降低內(nèi)業(yè)處理時間，提高管理效率，實(shí)現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)及處理結(jié)果遠(yuǎn)程實(shí)時查詢、溯源管理[2]。

2 圍巖監(jiān)控量測信息化系統(tǒng)在隧道施工中的應(yīng)用

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報分析

采用地質(zhì)雷達(dá)和TSP進(jìn)行了超前地質(zhì)預(yù)報，根據(jù)報告中地質(zhì)雷達(dá)測線數(shù)據(jù)和TSP測試等結(jié)果，綜合分析出進(jìn)口右洞地質(zhì)情況，認(rèn)為該段巖體比前段變差，巖體破碎，呈角礫、碎石狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙極發(fā)育，結(jié)構(gòu)面間膠結(jié)差，軟弱夾層發(fā)育，地下水較發(fā)育，掌子面極易掉塊、坍塌，需嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，及時施作初期支護(hù)，必要時加強(qiáng)防排水措施，防止邊墻及拱頂?shù)魤K坍塌。

2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用

（1）測量數(shù)據(jù)整理

公路隧道施工監(jiān)控量測及信息化及時反饋技術(shù)是修建隧道的重要工序之一，是監(jiān)控圍巖與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要手段，對于隧道的安全施工極為重要。掌子面地質(zhì)狀況表、周邊收斂拱頂下沉測量數(shù)據(jù)，每次觀測后立即對數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，有異常及時補(bǔ)測;每次觀測后及時對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，包括觀測數(shù)據(jù)計算、填表制圖、誤差分析等[3]。

（2）測量數(shù)據(jù)分析

及時根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)繪制時態(tài)曲線和空間關(guān)系曲線（見圖1）。根據(jù)圖1對圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行判斷：當(dāng)位移-時間曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)時（見圖1b），表明圍巖和支護(hù)已發(fā)生了變形，呈不穩(wěn)定狀態(tài)，此時應(yīng)密切監(jiān)視圍巖動態(tài)，并加強(qiáng)支護(hù)必要時暫停開挖。結(jié)合實(shí)測值并根據(jù)變形等級的規(guī)定，確定變形紅線。當(dāng)實(shí)測值接近或達(dá)到警戒值，位移速率無明顯下降且初噴表面出現(xiàn)明顯裂縫時，應(yīng)立即采取補(bǔ)強(qiáng)措施，并調(diào)整原支護(hù)設(shè)計參數(shù)或開挖方法。

控量測小組采用全站儀進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測時，數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)水平收斂和拱頂下沉變形異常，在重新復(fù)測確認(rèn)后，利用便攜式采集端現(xiàn)場上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)至服務(wù)器，服務(wù)器隨即進(jìn)行綜合計算分析，并根據(jù)設(shè)定的監(jiān)測方案預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定，得出斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)，均觸發(fā)速率紅色預(yù)警。監(jiān)控量測信息化系統(tǒng)立即推送手機(jī)短信預(yù)警信息、網(wǎng)頁版預(yù)警信息以及PC機(jī)預(yù)警提醒，通過3種途徑同時推送，預(yù)警信息根據(jù)權(quán)限設(shè)置分別送至不同層級的管理人員，做到不同問題在第一時間通知相關(guān)人員進(jìn)行核實(shí)、處理與反饋?，F(xiàn)場按照2h/次加大監(jiān)測頻率，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示異常變形擴(kuò)大到變形范圍擴(kuò)大到距離掌子面37m;上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)至服務(wù)器，項(xiàng)目部收到工程預(yù)警信息后，調(diào)查分析預(yù)警原因，率先采取暫停洞內(nèi)施工，撤離人員及機(jī)械至安全地帶，洞內(nèi)設(shè)置警戒線，安排專人進(jìn)行安全巡視，并對發(fā)生問題的區(qū)域連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測[4]。

觀察發(fā)現(xiàn)，拱頂有縱向裂紋、初支剝落現(xiàn)象;右側(cè)上中臺階結(jié)合部位初支開裂、剝落;右側(cè)存在由拱腰處向拱頂延伸的環(huán)向貫通裂紋。組織召開現(xiàn)場專題會，按照“寧強(qiáng)勿弱”的原則，研究確定工程措施，即先封閉掌子面、初支開裂段落，進(jìn)行反壓回填;同時施作加固圈，增設(shè)邊墻砂漿錨桿及注漿鎖腳錨管。在此次預(yù)警響應(yīng)過程中，建設(shè)各方迅速采取應(yīng)急處理措施，及時地解除了險情，避免了圍巖異常變形加速、初支失穩(wěn)帶來的隱患。隧道建設(shè)人員通過安裝監(jiān)測軟件，在任何有信號網(wǎng)絡(luò)的地方都可以打開程序?yàn)g覽現(xiàn)場監(jiān)測成果及工程預(yù)警信息，第一時間了解隧道圍巖變形情況，動態(tài)指導(dǎo)施工，修改施工方法，調(diào)整圍巖級別、變更設(shè)計支護(hù)參數(shù)并及時驗(yàn)證支護(hù)效果，確認(rèn)支護(hù)參數(shù)和施工方法的準(zhǔn)確性，有控制地調(diào)節(jié)圍巖變形。經(jīng)過持續(xù)2個月的攻堅施工，隧道斷層破碎帶監(jiān)控量測變形速率已經(jīng)趨于穩(wěn)定，從根本上避免了坍塌事故的發(fā)生[5]。

3 結(jié)束語

通過完善快捷有效的隧道施工監(jiān)控量測信息化系統(tǒng)，利用實(shí)測信息進(jìn)行綜合處理和分析，及時跟蹤掌握圍巖的變化情況，檢驗(yàn)原定的開挖和支護(hù)設(shè)計方案是否合理可靠，修正設(shè)計參數(shù)，優(yōu)化施工工藝，改進(jìn)施工方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉學(xué)增，俞文生.隧道穩(wěn)定性評價與塌方預(yù)警[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2010：57.

[2] 許張柱.鐵路隧道圍巖監(jiān)控量測信息化管理系統(tǒng)研究[J].測繪與空間地理信息，2016，39（6）：116-118.

[3] 韓濤.基于組合預(yù)測的隧道圍巖變形監(jiān)測分析及工程應(yīng)用[D].濟(jì)南：山東交通學(xué)院，2017.

[4] 張民慶，黃鴻健，吳川.鐵路隧道施工圍巖變形安全等級的研究與應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報，2014，（11）：87-93.

[5] 曾星巨，戴劍鋒，蔣振梁，等.監(jiān)控量測在軟巖隧道信息化施工中的應(yīng)用研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012，（21）：23.