淺埋隧道施工監(jiān)控量測技術(shù)

寶 富

（中鐵十九局第二工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

1 工程概況

某隧道右線全長354 m，為短隧道。隧址區(qū)屬構(gòu)造侵蝕中低山溝谷切割地貌，進(jìn)洞口一側(cè)受沖溝切割，地形陡峭，坡向265°，坡角40～55°，坡度大，最淺埋深2.3 m。隧址區(qū)進(jìn)口一帶山頂大部分基巖裸露倒懸，陡傾裂隙發(fā)育，洞頂風(fēng)化層及堆積體較厚，處于基本穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)。該隧道設(shè)計(jì)速度為100 km/h，雙洞6 車道，單洞限高5.0 m。

2 施工監(jiān)控量測方案

2.1 監(jiān)控量測目的

掌握圍巖和支護(hù)動態(tài)，進(jìn)行日常施工管理；了解支護(hù)構(gòu)件的作用及效果；了解洞內(nèi)大埋深處地應(yīng)力情況以確定巖爆、大變形發(fā)生的可能性和級別；確保隧道施工及運(yùn)營安全與經(jīng)濟(jì)；將監(jiān)控量測結(jié)果反饋設(shè)計(jì)及施工中。

2.2 必測項(xiàng)目

2.2.1 洞內(nèi)、外觀察

隧道洞內(nèi)外觀察是整個(gè)隧道監(jiān)控量測過程中的必測項(xiàng)目之一，目的是為了預(yù)測即將開挖處的地質(zhì)條件，除此之外，隧道洞內(nèi)外觀察可以通過噴層錨桿的狀態(tài)，分析支架結(jié)構(gòu)組織的安全可靠性，并且可以獲取周邊圍巖的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。隧道內(nèi)、外觀察通常會選在隧道工程開挖后的這一時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行，其中觀察的重要內(nèi)容有地下水發(fā)育、斷層、巖層產(chǎn)狀、洞內(nèi)巖性等方面內(nèi)容。實(shí)時(shí)記錄開挖工作面的相關(guān)地質(zhì)情況，同時(shí)還要判定圍巖等級。除此之外，隧道洞內(nèi)外觀察還要注意的是，已經(jīng)開始施工的區(qū)域要進(jìn)行至少一天一次的檢查與記錄，其中主要記錄地表、二次襯砌、錨桿、混凝土等方面內(nèi)容。除此之外，隧道洞內(nèi)外觀察時(shí)，尤其要格外重視洞深淺埋段、洞口段。

2.2.2 周邊位移量測

周邊位移量測也是隧道施工監(jiān)控量測中一項(xiàng)非常重要的項(xiàng)目，其能夠直接反應(yīng)隧道圍巖力狀態(tài)的變化。周邊位移量測可以實(shí)現(xiàn)3 個(gè)目的：①能夠?qū)λ淼揽臻g內(nèi)部的穩(wěn)定性加以判斷；②能夠更好地對現(xiàn)場的施工加以指導(dǎo)；③能夠根據(jù)周邊位移量測結(jié)果，選擇合理的二次襯砌施工時(shí)間，并對圍巖的穩(wěn)定性加以判斷。

2.2.3 拱頂下沉量測

拱頂下沉量測的主要目的是為了防止拱頂崩塌現(xiàn)象出現(xiàn)，進(jìn)行拱頂下沉量測能夠保障工程的安全，確保施工的順利開展。除此之外，拱頂下沉量測可以評定圍巖穩(wěn)定性，從而輔助施工指導(dǎo)，幫助判斷支護(hù)。在拱頂下沉量測中，常使用的儀器有鋼卷尺、精密水準(zhǔn)儀[1]。在進(jìn)行拱頂下沉量測時(shí)，首先要在拱頂測點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)高程點(diǎn)之間安放好水準(zhǔn)儀。在確保水準(zhǔn)儀安放好以后，將水準(zhǔn)尺的最低端與標(biāo)準(zhǔn)高程點(diǎn)對齊，然后將水準(zhǔn)尺調(diào)為水平，利用水準(zhǔn)儀后使水準(zhǔn)尺記錄讀數(shù)H1，利用前視普通鋼卷尺記錄讀數(shù)H2。將標(biāo)準(zhǔn)高程點(diǎn)的高程記作H0，則拱頂測點(diǎn)的總高程等于3個(gè)數(shù)值之和，而在兩次不同測試間，間隔時(shí)間內(nèi)的拱頂下沉變化量為拱頂高程差[2]。

2.2.4 地表下沉量測

往往淺埋隧道施工過程中可能會導(dǎo)致地表受到波及，這主要是地層沉陷所導(dǎo)致的。而地表下沉量測對于淺埋隧道施工有著非常重要的意義[3]。地表下沉量測通常有以下測量內(nèi)容：地表下沉量大小、地表下沉范圍、地表下沉穩(wěn)定時(shí)間、地表下沉量與工作面施工進(jìn)度的變化規(guī)律。而在進(jìn)行地表下沉量測時(shí)，會選擇與拱頂下沉量測相同的監(jiān)測儀器。地表下沉量測時(shí)，會選擇測點(diǎn)，通常在測點(diǎn)數(shù)量上，會在橫斷面上布置不少于11 個(gè)測點(diǎn)；而測點(diǎn)間隔距離通常根據(jù)施工隧道的環(huán)境與地質(zhì)條件進(jìn)行選擇，通常測點(diǎn)距離最小不低于2 m，最大不超過5 m。在布置地表下沉量測測點(diǎn)時(shí)，也要與實(shí)際地形相結(jié)合進(jìn)行布置，如果實(shí)際情況需要，還需要布置多排測點(diǎn)，須沿隧道軸線進(jìn)行布置。除此之外還要重視預(yù)埋件的埋設(shè)，要確保預(yù)埋件能夠穩(wěn)固的埋設(shè)起來，對預(yù)埋件還要制定一定的保護(hù)措施，例如噴紅漆、設(shè)立警示牌等。

在進(jìn)行地表下沉量測時(shí)，首先要選擇水準(zhǔn)點(diǎn)，在選擇水準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，要選擇不會受到隧道施工進(jìn)度影響的地方設(shè)立水準(zhǔn)點(diǎn)。然后利用水準(zhǔn)儀對其他各測點(diǎn)的高程進(jìn)行測量。之后還要再選取額外的水準(zhǔn)點(diǎn)，來進(jìn)行測點(diǎn)高程的校核工作[4]。在進(jìn)行量測時(shí)，需要注意以下事項(xiàng)：如果發(fā)現(xiàn)地表下沉速度不夠穩(wěn)定，地表位移量較大等情況，要采取一定的措施。如加掛鋼筋網(wǎng)（選擇更加粗、更加湊密的鋼筋網(wǎng)）、加長加密錨桿、對噴射混凝土的厚度進(jìn)行加厚、對下部結(jié)構(gòu)采取一定的補(bǔ)強(qiáng)措施。

2.2.5 水文觀察

隧道洞身地表水體，需進(jìn)行水文地質(zhì)長期觀測，觀測隧道施工期間地表水體及地下水位變化情況。

2.3 選測項(xiàng)目

圍巖體內(nèi)位移量測（地表設(shè)點(diǎn)）；圍巖內(nèi)部變形量量測（洞內(nèi)設(shè)點(diǎn)）；圍巖和初期支護(hù)間接觸壓力量測；兩層支護(hù)間壓力量測；鋼架內(nèi)力及外力量測；錨桿軸力量測；支護(hù)、襯砌內(nèi)應(yīng)力量測；圍巖彈性波速量測；中間巖柱彈性波測試[5]。上述選測項(xiàng)目應(yīng)結(jié)合隧道圍巖性質(zhì)、開挖方式有選擇的進(jìn)行：圍巖壓力、支護(hù)及襯砌應(yīng)變等項(xiàng)目的量測頻率開始時(shí)應(yīng)與同一斷面的變形量測率相同，當(dāng)量測值變化不大時(shí)可適當(dāng)降低量測頻率。

2.4 特殊項(xiàng)目

如果出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)在可控范圍之外、出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，就要對監(jiān)測進(jìn)行復(fù)測，核實(shí)是否出現(xiàn)問題。提升監(jiān)測頻率，對變形情況能夠?qū)崟r(shí)的了解。除此之外還要將異常情況上報(bào)給施工單位、建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位等，及時(shí)做好預(yù)警報(bào)告工作，分析可能導(dǎo)致問題出現(xiàn)的原因，第一時(shí)間采取與之相應(yīng)的解決措施，處理存在的安全與質(zhì)量問題。在進(jìn)行處理時(shí)，監(jiān)測數(shù)據(jù)是一個(gè)重要的參考，其能夠準(zhǔn)確地反應(yīng)當(dāng)前階段的變形狀況，要充分利用監(jiān)測數(shù)據(jù)，工作人員要結(jié)合檢測經(jīng)驗(yàn)，對現(xiàn)場施工進(jìn)行指導(dǎo)。

3 隧道監(jiān)測測點(diǎn)布置

監(jiān)測點(diǎn)布置最好能反映監(jiān)測對象的實(shí)際狀態(tài)及變化趨勢，應(yīng)布置在結(jié)構(gòu)內(nèi)力或變形的關(guān)鍵特征點(diǎn)、周邊環(huán)境的關(guān)鍵部位，滿足監(jiān)控要求。

3.1 圍護(hù)墻（邊坡）頂部水平和豎向位移監(jiān)測點(diǎn)布置原則

對于布置位置，沿基坑周邊布置，周邊中部、陽角處應(yīng)布置監(jiān)測點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)宜設(shè)置在圍護(hù)墻頂或墓坑坡頂，且應(yīng)設(shè)置在變形最大位置，不得設(shè)置在支撐位置。對于監(jiān)測點(diǎn)間距不宜大于20 m，且每邊監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量不宜少于3 個(gè)。水平和豎向位移監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)為共同點(diǎn)。

3.2 圍護(hù)墻（或土體）深層水平位移監(jiān)測點(diǎn)布置原則

該項(xiàng)監(jiān)測項(xiàng)目也稱測斜或側(cè)向變形。對于布置位置，基坑周邊中部、陽角處及有代表性的部位，且應(yīng)設(shè)置在變形最大位置，不得設(shè)置在支撐位置；對于監(jiān)測點(diǎn)間距：宜每3～4 幅地下連續(xù)墻中布設(shè)1 孔，特別重要的隧道基坑應(yīng)每2 幅墻布設(shè)1 孔，且每邊監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量不應(yīng)少于1 孔；對于測斜管長度，當(dāng)測斜管埋設(shè)在圍護(hù)墻體內(nèi)時(shí)，測斜管長度應(yīng)與圍護(hù)墻鋼筋籠深度相同，并應(yīng)采取有效措施保障測斜管的無效長度小于2 m；當(dāng)測斜管埋設(shè)在土體中，測斜管長度不宜小于基坑開挖深度的1.5 倍，并應(yīng)大于圍護(hù)墻的深度。

3.3 立柱豎向位移監(jiān)測點(diǎn)布置原則

對于布置位置，基坑中部、多根支撐交匯點(diǎn)、地質(zhì)條件復(fù)雜處等；對于監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量不應(yīng)少于立柱總根數(shù)的5%。

3.4 支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)布置原則

對于布置位置，宜布置在支撐內(nèi)力較大或在整個(gè)支撐系統(tǒng)中起控制作用的支撐上。對于監(jiān)測截面，鋼筋混凝土支撐的監(jiān)測截面宜選擇在兩支點(diǎn)間1/3 部位，并避開節(jié)點(diǎn)部位；鋼支撐若采用表面應(yīng)變計(jì)監(jiān)測時(shí)，宜布置在兩支點(diǎn)間的1/3 部位，若采用反力計(jì)監(jiān)測時(shí)，應(yīng)布置在支撐端頭，并嚴(yán)禁布設(shè)在支撐活絡(luò)頭一側(cè)。對于測點(diǎn)數(shù)量，每層（道）支撐的監(jiān)測點(diǎn)不應(yīng)少于3 個(gè)，各層（道）支撐的監(jiān)測點(diǎn)位置在豎向上宜保持一致。另外，鋼筋混凝土支撐每個(gè)截面內(nèi)傳感器不宜少于4 個(gè)，宜布設(shè)在鋼筋混凝土支撐斷面4 個(gè)角部的主筋，鋼支撐每個(gè)截面內(nèi)不宜少于2 個(gè)。

4 實(shí)際應(yīng)用情況

在該隧道右線工程項(xiàng)目中，按6 車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，該隧道基巖出露，隧址區(qū)進(jìn)口一帶山頂大部分基巖裸露倒懸，陡傾裂隙發(fā)育，洞頂風(fēng)化層及堆積體較厚，有局部巖性破碎層為主要不良地質(zhì)。隧道內(nèi)地下水有兩種類型，分別為基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水，地下水位低于設(shè)計(jì)高程，沒有較大規(guī)模的涌水與滲水，且該區(qū)域地下水與地表水沒有腐蝕性，鋼筋混凝土不會受到地下水與地表水的腐蝕。在地表沉降方面，研究設(shè)置測點(diǎn)于隧道洞口淺埋區(qū)段，設(shè)置斷面3 個(gè)，每個(gè)斷面3 個(gè)測點(diǎn)，對邊坡以及地表穩(wěn)定性進(jìn)行測試。該隧道內(nèi)地表沉降值已經(jīng)穩(wěn)定。在隧道周邊位移方面，該案例埋設(shè)測點(diǎn)于隧道圍巖中，對開挖后圍巖變形情況進(jìn)行監(jiān)測，一共7 個(gè)測試斷面，每個(gè)斷面6 個(gè)測點(diǎn)。該隧道內(nèi)圍巖已經(jīng)基本穩(wěn)定。在隧道拱頂下沉方面，該隧道內(nèi)一共設(shè)置16 個(gè)測試斷面，每個(gè)斷面3 個(gè)測點(diǎn)。該隧道內(nèi)的拱頂下沉值隨著時(shí)間不斷增大，在挖掘過一段距離后，拱頂下沉速度逐漸平穩(wěn)。

5 結(jié)束語

隨著新奧法在隧道施工中廣泛應(yīng)用，施工監(jiān)控量測與數(shù)據(jù)分析的作用日益突出?？茖W(xué)合理的監(jiān)控量測以及在此基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)分析，可以比較直觀地判斷隧道圍巖的穩(wěn)定性，更好地服務(wù)隧道施工，可為進(jìn)一步研究隧道圍巖性質(zhì)提供有力依據(jù)。結(jié)果表明，此淺埋隧道施工監(jiān)控量測方案和隧道監(jiān)測測點(diǎn)布置合理，有效確保該隧道工程的施工質(zhì)量。