隧道不良地質(zhì)段施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)要點(diǎn)

史艷來(lái)

（張家口市公路施工管理處，河北 張家口 075000）

作為公路工程項(xiàng)目的重要節(jié)點(diǎn)，隧道施工質(zhì)量直接關(guān)系到公路通行安全。而且隧道施工的不可預(yù)見(jiàn)性較大，隱蔽工程眾多，施工現(xiàn)場(chǎng)受限較多。

一、工程概況

該隧道設(shè)計(jì)里程為712.2米，從里程長(zhǎng)度上劃分，屬于中長(zhǎng)隧道，經(jīng)工程地質(zhì)勘察后發(fā)現(xiàn)，k0+600～k0+857和k1+214～k1+312.2標(biāo)段，圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)，穩(wěn)定性尚可，洞頂分布大量雜填土方，壓實(shí)度較差。k0+857～k1+214標(biāo)段屬于軟弱地層，圍巖以中風(fēng)化砂巖為主，強(qiáng)度和穩(wěn)定性稍差，圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)。為保證隧洞開(kāi)挖的安全性，擬采用交叉中隔墻法施工，并以臺(tái)階法掘進(jìn)。

二、隧道施工特點(diǎn)

（一）工程項(xiàng)目地質(zhì)的不可預(yù)見(jiàn)性較大

雖然工程地質(zhì)勘察技術(shù)和地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)已相對(duì)成熟，但仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道過(guò)境巖層的精準(zhǔn)全面預(yù)判，在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，透水、垮塌等事故時(shí)有發(fā)生。如果過(guò)境段本身地質(zhì)條件復(fù)雜，圍巖等級(jí)較低，則開(kāi)挖難度將更大。

（二）施工擾動(dòng)影響

隧道施工期間，存在爆破及開(kāi)挖等各種外力擾動(dòng)影響。外力的荷載作用將打破巖層原有的自平衡體系，改變巖層的受力形式。如果圍巖支護(hù)不到位，嚴(yán)重情況下將誘發(fā)巖層垮塌，造成重大安全事故。

（三）隱蔽工程占比較高

隧道開(kāi)挖及支護(hù)等施工均需在洞內(nèi)完成，且不同工藝之間有嚴(yán)格的前后工序規(guī)定，后續(xù)施工將不斷覆蓋前段施工，隱蔽工程比重不斷擴(kuò)大，且施工與質(zhì)量檢測(cè)需同步完成。

三、隧道常見(jiàn)不良地質(zhì)情況

該隧道過(guò)境段不良地質(zhì)工況主要表現(xiàn)為淺埋深、洞頂坍塌冒頂、斷層及破損巖層帶、巖爆及巖溶帶；淺埋深主要集中在隧道的進(jìn)口和出口區(qū)域，由于洞頂埋深較淺，加之圍巖強(qiáng)度較低，如果支護(hù)處置不到位，在施工荷載擾動(dòng)下，極易誘發(fā)坍塌事故。隨著隧洞的不斷掘進(jìn)，洞頂巖層覆蓋厚度不斷增加，該區(qū)域巖體在原本的自平衡體系下穩(wěn)定性較好，初始應(yīng)力水平較高，一旦受到過(guò)大的施工荷載擾動(dòng)，極易誘發(fā)瞬間的巖爆事故。

四、不良地質(zhì)段施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)要點(diǎn)

（一）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

1.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)基本要求

以前期地質(zhì)勘察為基礎(chǔ)，借助物探技術(shù)和鉆探設(shè)備，遵循粗略勘查與精細(xì)勘查相結(jié)合的原則，提前預(yù)判隧道的地質(zhì)條件，為后續(xù)的圍巖支護(hù)和處置提供參考。委派專業(yè)技術(shù)人員并配以物探和鉆探設(shè)備，保證順利完成地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。常用的物探設(shè)備包括電磁儀、TSP探測(cè)儀及地質(zhì)雷達(dá)等，應(yīng)結(jié)合隧道地質(zhì)條件選取物探儀器，以保證超前預(yù)報(bào)的可靠性和準(zhǔn)確性。

2.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作順序

隧道開(kāi)挖掌子面爆破后應(yīng)立即組織超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，首先實(shí)施隧道開(kāi)挖面地質(zhì)素描，地質(zhì)預(yù)報(bào)頻率根據(jù)地質(zhì)條件確定，一般以10米為一個(gè)記錄頻次，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件出現(xiàn)顯著變化時(shí)，應(yīng)增加素描頻次。其次，使用TSP探測(cè)儀測(cè)定開(kāi)挖掌子面前段的不良地質(zhì)分布情況，探測(cè)頻次為每次100米。接著，再使用電磁儀或地質(zhì)雷達(dá)詳細(xì)探測(cè)，最終確定不良地質(zhì)的分布位置和延續(xù)長(zhǎng)度。如果地質(zhì)超前預(yù)報(bào)結(jié)果判定前方分布有不良地質(zhì)，在開(kāi)挖掌子面接近不良地質(zhì)巖層后，應(yīng)通過(guò)物理鉆探采樣加以確認(rèn)。最后，結(jié)合物探和鉆探確認(rèn)結(jié)果，給出地質(zhì)超前預(yù)報(bào)結(jié)果。

（二）監(jiān)控量測(cè)

1.監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)位布置

施工監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件確定，間隔一般為3米；隧道圍巖各位置變形量測(cè)點(diǎn)布設(shè)及隧洞內(nèi)地表沉陷監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖1所示。

圖1 隧道地表下沉量測(cè)點(diǎn)布置示意圖

2.量測(cè)項(xiàng)目

為保證隧道施工監(jiān)控量測(cè)的可行性和準(zhǔn)確性，在施工現(xiàn)場(chǎng)允許的前提下，必須量測(cè)隧洞外觀幾何參數(shù)、橫向凈空、拱頂變形及隧洞內(nèi)地表沉陷。在必測(cè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，提高施工監(jiān)控量測(cè)的可參考性，在現(xiàn)場(chǎng)條件允許的情況下，應(yīng)增加變形量測(cè)項(xiàng)目，具體包括隧洞隆起量測(cè)及支撐鋼拱架應(yīng)力量測(cè)等。隧洞內(nèi)各參數(shù)的量測(cè)采樣頻率依據(jù)累計(jì)變形量和距開(kāi)挖掌子面距離兩大因素選定。

3.拱頂下沉量測(cè)

同時(shí)布設(shè)隧洞拱頂位移和橫向凈空變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)；隧洞拱頂位移量測(cè)借助水準(zhǔn)儀、鋼尺等儀器；及時(shí)繪制相應(yīng)斷面的隧洞拱頂位移量變化曲線，同時(shí)做好結(jié)果分析。

4.收斂變形量測(cè)

如采用臺(tái)階法開(kāi)挖，收斂變形測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在隧洞拱腰及邊墻處，測(cè)點(diǎn)應(yīng)確保在開(kāi)挖后的12小時(shí)內(nèi)采集到初次變形數(shù)據(jù)。量測(cè)隧洞內(nèi)的凈空變化時(shí)，為了獲取隧洞內(nèi)的豎向凈空變化指標(biāo)，洞頂位移和地面沉陷量測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在同一斷面上，并保證二者的量測(cè)頻率一致。橫向凈空收斂量測(cè)可借助JSS30A型收斂計(jì)量測(cè)，通過(guò)分析橫向凈空變化，以間接判定隧洞內(nèi)圍巖的變形規(guī)律。

（三）量測(cè)數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用

1.量測(cè)數(shù)據(jù)整理、分析與反饋

做好施工監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的記錄和分析，將量測(cè)數(shù)據(jù)繪制成時(shí)態(tài)散點(diǎn)圖，并實(shí)施回歸分析，擬合相應(yīng)的變形曲線；結(jié)合回歸分析擬合的曲線預(yù)判變形極值；通過(guò)變形極值和變形速率兩大指標(biāo)判斷隧道圍巖的穩(wěn)定性。

2.圍巖穩(wěn)定性和安全性判定

通過(guò)回歸分析擬合變形時(shí)間曲線，隧洞內(nèi)地面沉陷及洞內(nèi)測(cè)點(diǎn)變形曲線如圖2所示。

圖2 位移u-時(shí)間t的關(guān)系曲線圖

通過(guò)分析圖2中的關(guān)系曲線發(fā)現(xiàn)，圖b中的變形出現(xiàn)突變，表明圍巖從穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)入欠穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)圍巖支護(hù)處置，如果變形無(wú)法得到控制，則應(yīng)立即停止開(kāi)挖；待各量測(cè)參數(shù)的變化趨于平緩后，表明圍巖進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，可以開(kāi)始圍巖二襯砌施工。