東風隧道復雜地質(zhì)圍巖監(jiān)控量測技術(shù)分析

李軍偉

(中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津市 300350)

圍巖量測是隧道施工的核心內(nèi)容，是獲知隧道圍巖地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要手段。在復雜地質(zhì)隧道施工中，必須進行科學合理的量測，以獲得真實有效的數(shù)據(jù)來改善和修正設(shè)計參數(shù)，提升設(shè)計的合理性，保證施工的安全性和效率。東風隧道地質(zhì)條件復雜多變，且埋深比較大，存在很多軟弱結(jié)構(gòu)面，圍巖穩(wěn)定性比較差[1]。在施工中對圍巖結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移、變形等進行全面跟蹤量測，得到了很多原始數(shù)據(jù)，及時反饋到施工中，為不同圍巖條件下的隧道施工方法制定和調(diào)整，提供科學依據(jù)，也為保證施工的安全性提供基礎(chǔ)保障。

1 工程概述

東風隧道屬于滇東南高原石林期剝夷面巖溶地貌。隧道處于巖溶高原面向彌勒盆地過渡的巖溶斜坡地段，高程1 506～1 769 m，相對高差約260 m，自然坡度約15°～40°，局部較陡。地表植被發(fā)育以雜木灌木為主，緩坡地帶少量辟為耕地，基巖零星出露。地表峰丘洼地、落水洞及孤峰平原等巖溶形態(tài)較豐富。隧道進、出口有便道通過，交通方便，洞身公路及便道稀少，交通條件較差。

2 開展隧道復雜地質(zhì)圍巖量測的目的

東風隧道地質(zhì)條件復雜，且影響施工速度、施工安全、施工進度、施工質(zhì)量的因素比較多，通過開展科學合理的隧道復雜地質(zhì)圍巖量測，能夠保證施工安全，促使圍巖結(jié)構(gòu)始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，能對支護結(jié)構(gòu)的效果進行及時驗證，以更合理地對圍巖結(jié)構(gòu)支護參數(shù)及隧道施工方法進行確定，確保施工效率和施工的安全性[2]，同時，能積累更多的量測數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，為確定二次襯砌施工時間提供參考，并對周圍環(huán)境情況進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

3 東風隧道復雜地質(zhì)圍巖量測

3.1 明確量測項目內(nèi)容

為保證后期施工方案制定，為施工工藝調(diào)整提供真實有效的依據(jù)，按照隧道復雜地質(zhì)圍巖的特點，開展地質(zhì)圍巖測量工作。為減少量測項目的工作量，需要結(jié)合地質(zhì)條件，合理區(qū)分必測項目和選測項目。就東風隧道地質(zhì)圍巖工程而言，為保證施工的安全性，需要對隧道內(nèi)外部情況、拱頂下沉量是否在允許范圍內(nèi)、隧道凈空變化情況、地表是否存在沉降，且沉降量是否在允許范圍內(nèi)等進行科學合理的必要量測。而選測項目則指的是按照施工中遇到的實際情況來判斷是否需要進行量測[3]。本工程在必測項目中，不同項目，需要選擇與之相適的量測方法和工具，比如：在對隧道內(nèi)外部情況量測時，選擇高清數(shù)碼相機聯(lián)合測量儀進行量測；而拱頂下沉量是否在允許范圍內(nèi)，則選擇水準儀聯(lián)合鋼掛尺的量測方法；在凈空變化量測中，則采用高精度自動化水準儀進行量測；地表沉降量測的主要地段為隧道淺埋段，采用水準儀和全站儀聯(lián)合檢測。這樣，保證了各必測項目的量測質(zhì)量和精度。

3.2 量測斷面及布點

在隧道復雜地質(zhì)圍巖量測中，量測斷面及布點影響因素比較多，是一項非常重要且難度較大的工作。量測面與測點的選取對保證量測數(shù)據(jù)的精度有很大影響。因此，在本工程量測中，量測斷面具體布置原則為：當埋深在2～2.5倍開挖寬度之間時，縱向測點間距控制在20～50 m；當埋深在1～2倍開挖寬度之間時，縱向測點間距要控制在10～20 m；當埋深小于開挖寬度時，縱向測點間距要控制在5～10 m內(nèi)。地表沉降量測點的橫間距需控制在2～5 m，若對隧道中心線附近進行量測，需做測點加密處理，且隧道兩邊量測的范圍不能小于隧道埋深與隧道開挖的寬度總和，若遇地表上有建筑物，要適當加寬量測范圍[4]。凈空變化和拱頂下沉量測點要布設(shè)在同一斷面上，表1為拱頂下沉和凈空變化量測斷面間距。

表1 拱頂下沉和凈空變化量測斷面間距表

表1中，只規(guī)定了Ⅲ—VI級圍巖的量測斷面間距，如果是Ⅱ級圍巖則要按照現(xiàn)場實際情況，合理確定量測斷面間距[5]。為保證量測的準確性，隧道拱頂下沉量測點需要盡量布置在隧道拱部的中心軸線上。若隧道跨度比較大，則根據(jù)實際需要，在隧道拱部增加量測點。而在凈空變化量測測線數(shù)量確定時，不同的隧道開挖方法，不同的地段，量測測線數(shù)也不相同[6]。本工程開挖方法選擇了分部開挖法，即在一般地段，凈空變化量測測線數(shù)為每分部一條水平測線。若遇到特殊地段，在中隔壁法或交叉中隔壁法的上部，雙側(cè)壁導坑法的左右兩側(cè)，每部位要布設(shè)兩條斜測線及一條水平測線，其余部位只布設(shè)一條水平測線(見圖1)。

圖1 分布開挖法凈空變化量測測線數(shù)量圖

3.3 合理確定量測頻率

在必測項目量測中，確定量測頻率是整個量測工作的重中之重，需要按照測點距開挖面的距離和位移速度來確定量測頻率[7]。要盡量選擇較高的量測頻率，如遇異常及不良地質(zhì)，根據(jù)具體情況要增大量測頻率。在本案例工程中，開挖面距離量測頻率及位移速度量測頻率(見表2—3)。

表2 按距開挖面距離確定的監(jiān)控頻率

表3 按位移速度確定的監(jiān)控頻率

3.4 量測控制基準

本工程地質(zhì)條件復雜多變，施工難度比較大。為保證施工質(zhì)量，結(jié)合工程實例，選擇分部開挖方法，邊開挖，邊量測。每部分開挖時，需要建立起合理的量測基準作為隧道施工中各項標準量測的依據(jù)，以保證施工進度，避免相互影響和干擾。(1)隧道內(nèi)部位移量測控制基準。需要按照觀測點距離開挖面的距離，合理確定位移控制基準。(2)地表沉降量測控制基準。需要以東風隧道地層穩(wěn)定性為依據(jù)，按照周圍建筑物的安全要求不同進行合理確定，并選擇最小值，作為地表沉降量測控制基準。(3)爆破振動量測控制基準。為提升施工效率，很多地段都采取了爆破施工技術(shù)。頻率范圍按照類似工程或者現(xiàn)場實測波形進行確定。如果是孔深爆破，則頻率選取參數(shù)可控制在10～60 Hz之間；如果是淺孔爆破則頻率選取參數(shù)要控制在40～100 Hz之間[8]。

在隧道開挖中各項目量測結(jié)果沒有發(fā)生明顯變化，同時，如果位移發(fā)生的變化量已經(jīng)達到最大位移變化量的90%以上，則需要進行隧道二次襯砌施工。

4 圍巖監(jiān)控量測成效

東風隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，地質(zhì)勘測難以獲得準確、真實、有效的地質(zhì)條件參數(shù)，因此，需要邊施工，邊量測的方法，以便及時掌控隧道圍巖地質(zhì)條件，開展有針對性的處理，來保證施工的安全性和有效性[9]。本工程在隧道復雜地質(zhì)圍巖量測中，從復雜地質(zhì)圍巖量測的目的、需要量測的項目、量測斷面及布點原則、量測頻率、量測控制基準等方面同時入手，取得如下成效：

(1)為制定和調(diào)整隧道施工參數(shù)與施工方法的選取提供參考依據(jù)。

(2)通過爆破振動量測控制基準，為確定爆破參數(shù)提供數(shù)據(jù)支持，實現(xiàn)了對振動的有效控制，保證了爆破施工安全。

(3)按照量測結(jié)果，及時調(diào)整施工方案，縮短了施工工期，保證了施工的經(jīng)濟效益[10]，加快了施工進度。