高速公路隧道施工監(jiān)控量測技術(shù)應(yīng)用研究

陳旭 尹志勇

摘要：隨著我國高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，修建的隧道越來越多，對隧道施工安全的要求也越來越高，為圍巖測量的推廣應(yīng)用提供了非常有利的條件。圍巖測量作為施工過程中要求嚴(yán)格、專業(yè)，且在隧道開挖中，必須從施工的實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)并解決這些問題，從而將影響降到最低。

關(guān)鍵詞：高速公路;隧道施工;監(jiān)控量測;技術(shù)

一、工程概況

某高速公路隧道為雙線分離式，左右線間距為28m，隧道區(qū)海拔高程為1198.58～1939.63m，相對高差741.05m，進(jìn)口段平面為直線，縱坡+1.3%。右線進(jìn)口里程K88+245，出口里程K93+860，右線全長5615m。

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F5大文莊斷裂（斷層里程為K89+070-K89+240），為非全新活動斷裂，圍巖等級為V級。

二、圍巖監(jiān)控量測信息化系統(tǒng)特點(diǎn)

1.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。2.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。3.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。4.有效降低成本，具備可推廣性。

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

（一）超前地質(zhì)預(yù)報分析

由第三方檢測單位于2017年8月28日至9月29日先后采用地質(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K89+146—K89+220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，尤其是K89+182—K89+204段，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。

（二）監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用

1.測量數(shù)據(jù)的觀測、整理

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。

2.測量數(shù)據(jù)分析

1）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。當(dāng)位移一時間曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)時，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。

2）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。（1）硬巖取下限，軟巖取上限;（2）拱腳水平相對凈空變化值，指兩測點(diǎn)間凈空水平變化值與其距離之比;拱頂相對下沉，指拱頂下沉值減去隧道下沉值后與原拱頂至隧底高度之比;（3）Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ類圍巖可按工程類比初步選定允許值范圍;（4）墻腰水平相對凈空變化極限值，可按拱腳水平相對凈空變化值乘以1.1～1.2后采用。項(xiàng)目部根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，加強(qiáng)了監(jiān)測頻率及密度，2017年10月6日，大中山隧道F5大文莊斷裂帶出現(xiàn)突發(fā)性變形，監(jiān)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)K89+182-K89+204段水平收斂和拱頂下沉變形異常，在重新復(fù)測確認(rèn)后，2017年10月6日12：00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K89+182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)頁版掛飾預(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，至2017年10月6日18：00，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示異常變形擴(kuò)大到K89+167斷面（即變形范圍擴(kuò)大到距離掌子面37m）;19：00，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。

建設(shè)單位收到工程預(yù)警信息后，立即組織監(jiān)理、設(shè)計、施工等相關(guān)技術(shù)人員趕赴現(xiàn)場進(jìn)行踏勘。預(yù)警斷面位于F5大文莊斷層破碎帶中間部位（F5斷層里程為K89+070—K89+240），揭示圍巖為強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，受構(gòu)造運(yùn)動影響，巖體破碎，膠結(jié)性差，節(jié)理短小雜亂，地下水不發(fā)育，圍巖級別為Ⅴ級?，F(xiàn)場采用三臺階法施工，按照超前小導(dǎo)管+Vb支護(hù)參數(shù)進(jìn)行超前和初期支護(hù)。觀察發(fā)現(xiàn)，K89+170-K89+178段（8m）拱頂有縱向裂紋、初支剝落現(xiàn)象;K89+155—K89+160段（5m）右側(cè)上中臺階結(jié)合部位初支開裂、剝落;K89+158里程左側(cè)、K89+163里程右側(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;并對左右線掌子面前方30m支護(hù)參數(shù)由Vb調(diào)整為Vc，以鞏固加強(qiáng);預(yù)留變形量為15cm，加大收斂、沉降異常段落的監(jiān)控量測頻率，按照2h/次監(jiān)測，持續(xù)到變形在允許范圍內(nèi)，并做好變形動態(tài)分析。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。

四、結(jié)論

監(jiān)控量測工作在整個隧道的施工中至關(guān)重要，為工程安全而快速地施工提供依據(jù)。監(jiān)控量測資料從一個側(cè)面反映了施工實(shí)際情況，是竣工文件中不可缺少的部分，可為其他類似隧道工程設(shè)計和施工提供依據(jù)，并為建成后運(yùn)營管理服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱紀(jì)明.青山隧道監(jiān)控量測技術(shù)及其在施工中的應(yīng)用研究[D].青島：山東科技大學(xué)，2018.