阿爾金山隧道軟弱圍巖段的監(jiān)控量測(cè)

（甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

G3011柳格高速公路甘肅敦煌至當(dāng)金山段阿爾金山特長(zhǎng)隧道左線長(zhǎng)7525m，主要為自西北向南東向斜穿當(dāng)金山和阿爾金山山脈，屬于高寒干旱地區(qū)雙洞石質(zhì)特長(zhǎng)隧道，巖石主要是斜長(zhǎng)花崗巖為主，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖體多片層狀、裂隙發(fā)育。主要圍巖類(lèi)型為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，隧道為雙洞單向分離式設(shè)計(jì)為普通雙車(chē)道高速公路隧道斷面。

隧道斷層破碎帶圍巖風(fēng)化易破碎，整體性、穩(wěn)定性較差，因此監(jiān)測(cè)的主要目的有了解圍巖的穩(wěn)定性，對(duì)初期支護(hù)變形做預(yù)判，以便采取措施，安全施工；通過(guò)積極的反饋信息來(lái)優(yōu)化施工設(shè)計(jì)指導(dǎo)施工;掌握合適的時(shí)間開(kāi)始二次襯砌施工；積累經(jīng)驗(yàn)，為以后施工提供參考。

一、監(jiān)測(cè)內(nèi)容和方法

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有兩個(gè)必測(cè)項(xiàng)目拱頂下沉和周邊收斂。采用拱頂下沉和周邊收斂對(duì)圍巖變形做最直觀的分析，根據(jù)兩項(xiàng)變化速率確定二次襯砌支護(hù)時(shí)機(jī)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。軟巖段沉降布置在拱頂，收斂點(diǎn)布置在上臺(tái)階起拱線以上1m。此段內(nèi)監(jiān)測(cè)斷面間距為每5m一個(gè)。頻率暫定為每天一次，如有異?，F(xiàn)象再加大監(jiān)測(cè)頻率。

采用拓普康-DS101AC全站儀，應(yīng)用免棱鏡功能對(duì)邊測(cè)量方式測(cè)量周邊收斂，拱頂沉降采用三角高程測(cè)量。測(cè)角精度為1″，有棱鏡測(cè)距精度為±（2mm+2ppm×D），無(wú)棱鏡測(cè)距精度為±5mm（0m～250m）。

二、精度分析

（一）周邊收斂精度分析

對(duì)邊測(cè)量中誤差計(jì)算公式：

用對(duì)邊測(cè)量法測(cè)定AB水平距離s的絕對(duì)中誤差ms與α、β、γ的關(guān)系。因軟巖變形段施工主要以二三臺(tái)階施工法收斂點(diǎn)布置在上臺(tái)階AB距離s一般在10m左右，在此取定10m。計(jì)算出ms，對(duì)點(diǎn)和其他影響對(duì)測(cè)距的影響在此不做討論。因較小，在此忽略。

圖1 對(duì)邊測(cè)量示意圖

將該段隧道監(jiān)測(cè)中可能出現(xiàn)的不同α和β條件下，對(duì)邊測(cè)量的中誤差計(jì)算如表1所示。

分析表數(shù)據(jù)可知：

（1）存在最佳圖形α、β和γ約為90°、70°和20°最差圖形α、β和γ約為10°、10°和160°；

（2）當(dāng)γ＞80°時(shí)ms較大在5mm之上；

（3）當(dāng)α、β和γ約為60°、60°和60°ms在3mm左右非最佳處；

（4）監(jiān)測(cè)時(shí)測(cè)站距收斂線中心在10m～35m；

表1 不同α和β條件下對(duì)邊測(cè)量的中誤差（mm）

（5）項(xiàng)目應(yīng)用對(duì)邊測(cè)量系統(tǒng)誤差大致在±4mm左右。

（二）拱頂沉降精度分析

圖2 三角測(cè)量原理圖

工程沉降監(jiān)測(cè)主要采用三角高程測(cè)量，原理如圖2所示。

根據(jù)誤差傳播定律和微分變換可得到高差中誤差mh

式中:mh為三角高程測(cè)量中誤差,mS、mα分別為斜距、堅(jiān)直角測(cè)量中誤差分別取5mm、1″mK為大氣折光系數(shù)中誤差64ppm,mv為棱鏡高量取中誤差取±2mm。在此討論時(shí)不計(jì)mK，因D1和D2均小于100m在此計(jì)算中剩余兩項(xiàng)均可忽略，當(dāng)α1、α2取幾種情況時(shí)，可得高差中誤差如表2所示。

分析數(shù)據(jù)可知：當(dāng)α1、α2都較小時(shí)高差中誤差較小，中誤差隨著兩角度的增大而增大；高差中誤差隨D1、D2的增大也會(huì)增大，但在隧道監(jiān)控量測(cè)中一般不超過(guò)100m可忽略此項(xiàng)影響；觀測(cè)過(guò)程中應(yīng)盡量避免觀測(cè)點(diǎn)之間距離過(guò)近導(dǎo)致α2過(guò)大而影響測(cè)量精度，距離保持到15m。綜合以上精度分析可得，在該段采用上述方法需注意測(cè)站架設(shè)位置，盡量避免在靠近監(jiān)測(cè)斷面過(guò)近，完全可以滿足監(jiān)控量測(cè)需要。

三、數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測(cè)中，在左線夾泥軟弱段落沉降及周邊收斂變形迅速，改變施工工藝成為保證安全和施工質(zhì)量的必要措施，并分析阿爾金山隧道夾泥軟弱巖段ZK287+250的拱頂下沉及周邊位移量的數(shù)據(jù)。ZK287+250拱頂沉降及收斂位移-時(shí)間曲線如圖3所示。

自開(kāi)始監(jiān)測(cè)到第二天，變形即有18mm，而第三天又出現(xiàn)下沉16mm的變化。開(kāi)挖后監(jiān)測(cè)三天累計(jì)沉降即出現(xiàn)49mm的變化，說(shuō)明掌子面開(kāi)挖對(duì)較近初襯影響較大，繼續(xù)推進(jìn)掌子面的掘進(jìn)對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定性和施工安全造成不良影響。故將掌子面掘進(jìn)停止，對(duì)該段落拱腳以上1m道拱腰部位進(jìn)行加固，采取打5m至6m縱向間距1m環(huán)向間距1m呈梅花狀布設(shè)的無(wú)縫鋼管，并通過(guò)注漿泵注水泥凈漿的錨固桿加固處理。在停止掘進(jìn)后單次變形量明顯減少，說(shuō)明在該段掘進(jìn)對(duì)周邊圍巖的影響較大。加固后單次變形速率明顯減小。上導(dǎo)開(kāi)挖后20天累計(jì)變形123mm，下導(dǎo)開(kāi)挖5天累計(jì)變形37mm，說(shuō)明下導(dǎo)開(kāi)挖對(duì)圍巖擾動(dòng)較明顯。仰拱施做3天累計(jì)變化16mm，說(shuō)明仰拱的施工對(duì)圍巖的影響也較明顯。自仰拱施工完成，隧道形成封閉圖形，整體性明顯加強(qiáng)7天內(nèi)變化5mm。

表2 不同α1、α2下三角高程測(cè)量中誤差（mm）

圖3 ZK287+250沉降位移時(shí)間曲線

圖4 ZK287+250收斂位移時(shí)間曲線

ZK287+250斷面的周邊收斂位移—時(shí)間曲線如圖4所示。周邊收斂變形特征與拱頂沉降變形存在相似之處，表現(xiàn)為上導(dǎo)開(kāi)挖急劇變化，在掌子面停止加工兩側(cè)后收斂也明顯變緩,下導(dǎo)開(kāi)挖變化趨勢(shì)放緩，仰拱封閉后變化趨于平緩。累計(jì)收斂值達(dá)到275.8mm。但后期在仰拱施工完畢斷面形成封閉圖形后變形曲線明顯趨于平緩，巖體變形已穩(wěn)定。分析得出，阿爾金山隧道軟巖段圍巖應(yīng)力釋放時(shí)間大概要1個(gè)月以上，且掌子面爆破、邊墻施工、仰拱封閉成環(huán)施工過(guò)程擾動(dòng)影響明顯。該類(lèi)圍巖施工過(guò)程中應(yīng)遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、早成型、強(qiáng)支護(hù)”的原則加密監(jiān)控量測(cè)斷面的布置，及時(shí)分析監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，依據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工工藝和支護(hù)參數(shù)，保證施工過(guò)程安全。

四、數(shù)據(jù)回歸分析

對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析、對(duì)ZK287+250的收斂沉降進(jìn)行回歸分析，得到阿爾金山隧道ZK287+250斷面拱頂下沉周邊位移在加固后一個(gè)月以后趨于穩(wěn)定。在回歸分析中，如果相關(guān)系數(shù)能在0.9以上，說(shuō)明相關(guān)性較高，能夠通過(guò)回歸函數(shù)預(yù)測(cè)后期可能最大變形情況，根據(jù)預(yù)測(cè)情況判定圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)。