論公路隧道不良地質(zhì)段施工質(zhì)量監(jiān)測要點

鄭彬

摘要 公路隧道施工中普遍存在著隱蔽工程占比大、施工作業(yè)空間受限、工程地質(zhì)條件復(fù)雜多變等問題。為加強公路隧道施工安全性、可靠性，文章以某公路隧道施工項目為研究對象，基于公路隧道施工工程地質(zhì)特點，分析在不良工程地質(zhì)區(qū)域開展隧道施工監(jiān)測的關(guān)鍵問題，提出了相關(guān)不良地質(zhì)段施工監(jiān)測要點，對同類工程的施工監(jiān)測有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞 公路隧道;施工特點;不良地質(zhì);監(jiān)測要點

中圖分類號 U445.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0172-03

0 引言

由于隧道場地狹小，加之隱蔽工程較多，對公路隧道施工產(chǎn)生了較大的負面影響。為了進一步提高公路隧道施工的安全性，提前預(yù)判施工的潛在風險，該文以某公路隧道施工項目為研究對象，針對其中存在的一些問題，提出不良地質(zhì)段施工質(zhì)量的監(jiān)測要點[1-3]。

1 工程概況

某隧道設(shè)計里程為712.2 m，按里程長度劃分屬中長隧道，在K0+600～K0+857、K1+214～K1+312.2段，圍巖等級均為Ⅴ級，穩(wěn)定程度良好，且在洞口頂部存在大量的雜填土方，壓實性能不佳，為確保隧道施工安全，擬在軟弱地層中采用交叉中隔墻法實施開挖。在K0+857～K1+214 m區(qū)間，圍巖主要為中風化砂巖，其強度、穩(wěn)定性均較低，屬Ⅳ級，擬對該段采用臺階法進行開挖作業(yè)。

2 隧道施工特點

（1）工程地質(zhì)具有不可預(yù)測性：當前工程地質(zhì)勘察與地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)已經(jīng)較成熟，但還不能準確、全面地預(yù)測隧道巖層，施工中經(jīng)常會出現(xiàn)透水、垮塌等事故。如不良地段的自身條件相對較復(fù)雜，圍巖級別較低，則會增加隧道的施工難度[4]。

（2）施工擾動影響：由于施工過程中涉及爆破、開挖等各種外力干擾，在圍巖支護不到位時，外荷載作用將會破壞巖層原有的自平衡體系，使其受力形態(tài)發(fā)生變化，甚至會引起巖層崩塌，從而造成重大的安全事故。

（3）隱蔽工程較多：隧道開挖、支護等施工都必須在隧道中進行，而且各工序間有嚴格的工序控制，后期施工不斷覆蓋前段施工，因此隱蔽工程占比會越來越大，施工和質(zhì)量檢驗必須同時進行，這對現(xiàn)場施工組織是很大的挑戰(zhàn)。

3 隧道常見不良地質(zhì)概況

（1）淺埋深普遍存在隧道入口和出口區(qū)，因圍巖強度差、開挖深度淺，導(dǎo)致開挖后支護處理不到位，施工中，由于受到施工荷載的干擾，很容易造成坍塌事故的發(fā)生，從而影響施工的安全性[5]。

（2）在隧道開挖過程中，隧道頂部的圍巖逐漸增大，在該區(qū)域圍巖的原有自平衡體系下，巖體具有良好的穩(wěn)定性和較高的初始應(yīng)力，一旦工程荷載過度干擾，將引發(fā)巖石瞬間炸殘裂，造成嚴重的坍塌事故。

（3）通過對工程地質(zhì)勘察、地質(zhì)預(yù)測結(jié)果進行深入研究，該隧道過境段存在較多的溶洞，如果不提前做好預(yù)防與處理，很容易發(fā)生塌孔、透水等事故。

4 隧道監(jiān)測目的和任務(wù)

4.1 監(jiān)測目的

（1）為施工方提供及時可靠的監(jiān)測信息，用于評估施工過程中不同地段的支護結(jié)構(gòu)安全性、施工對周邊環(huán)境的影響，以及對施工過程中存在的潛在危害事故進行預(yù)測，以便施工方能夠及時采取預(yù)防措施。

（2）通過分析施工現(xiàn)場的檢測數(shù)據(jù)和信息，可以全面、客觀、真實地了解工程的安全狀況、質(zhì)量程度，準確把握工程各主體的關(guān)鍵性安全和質(zhì)量指標，以保證隧道施工順利進行。

（3）根據(jù)安全警示位發(fā)出的監(jiān)控數(shù)據(jù)信息，不僅能預(yù)防安全事故的發(fā)生，還可以對各類可能發(fā)生的安全、質(zhì)量事故做到及時防范。

（4）通過現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)資料，可以為設(shè)計人員、參建人員提供參考依據(jù)，以便為專家解決施工中的困難提供參考。

4.2 監(jiān)測任務(wù)

（1）通過測量地下區(qū)間隧道的地層圍護結(jié)構(gòu)變形，了解并及時反饋圍巖、支護的動態(tài)變化，為施工方提供參考，保證施工的安全。

（2）分析、處理測量資料，并進行必要的計算判斷之后，確保巖層支護的穩(wěn)定性。

（3）為施工方日常施工管理提供監(jiān)測數(shù)據(jù)資料。

（4）通過分析測量結(jié)果，掌控該工程條件下所表現(xiàn)、反映的地下工程的特征，可供同類工程參考。

5 不良地質(zhì)段施工監(jiān)測要點

5.1 超前地質(zhì)預(yù)報

5.1.1 超前地質(zhì)預(yù)報基本要求

（1）地質(zhì)預(yù)測：采用物探與鉆探相結(jié)合設(shè)備，對隧道地質(zhì)分別進行粗略與精細勘探，根據(jù)地質(zhì)預(yù)測結(jié)果，對不同地段的隧道地質(zhì)條件，采取相應(yīng)的開挖作業(yè)，精準監(jiān)測有效降低隧道施工中的事故發(fā)生[6]。

（2）為確保地質(zhì)超前預(yù)測工作的順利進行，應(yīng)該配備相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)人員，并結(jié)合物探技術(shù)、TSP探測、地質(zhì)雷達等鉆探設(shè)備，超前預(yù)測隧道地質(zhì)，同時確保預(yù)測的準確性、可靠性。

（3）地質(zhì)超前預(yù)報根據(jù)地質(zhì)情況可分為三級，其中，C1代表工程地質(zhì)復(fù)雜性較低的普通段，C2表示不良地質(zhì)發(fā)育較成熟的一般段，C3表示工程地質(zhì)嚴重不良的復(fù)雜段。

5.1.2 超前地質(zhì)預(yù)報工作順序

（1）隧道開挖掌子面爆破后，應(yīng)立即組織開展超前地質(zhì)預(yù)報工作，先進行掘進面的地質(zhì)掃描，根據(jù)地質(zhì)預(yù)報頻率（預(yù)測的頻率通常為10 m一個記錄頻次），在地質(zhì)條件有明顯變化時，應(yīng)增加掃描的頻次[7]。

（2）利用TSP探測儀對掘進工作面前端的不良地質(zhì)分布進行測量，探測頻次為100 m/次。

（3）利用TSP探測儀對不良地質(zhì)進行初步定位，再利用電磁儀器、地質(zhì)雷達對其進行細致勘探，最后確定不良地質(zhì)的分布及持續(xù)長度。

（4）如地質(zhì)超前預(yù)測中存在不良地質(zhì)時，對開挖掌子面附近的不良地質(zhì)巖層進行物理鉆探取樣確認[8]。

（5）用物探、鉆探結(jié)合勘探確認結(jié)果，最后得出地質(zhì)超前預(yù)測結(jié)論，超前地質(zhì)預(yù)測流程如圖1所示：

5.1.3 超前地質(zhì)預(yù)報方式

5.2 監(jiān)測實施方案

5.2.1 監(jiān)測工作內(nèi)容

綜合考慮相關(guān)規(guī)范及設(shè)計文件監(jiān)測要求，結(jié)合隧道工程監(jiān)測對象，監(jiān)測點布置具體情況介紹如下：

監(jiān)測對象、項目及布點結(jié)合該工程監(jiān)測對象，隧道監(jiān)測點布置具體情況如表2。

5.2.2 監(jiān)測頻率及周期

（1）地表沉降、初期支護結(jié)構(gòu)拱頂沉降及凈空收斂監(jiān)測、坡頂水平位移及沉降、高壓線塔基礎(chǔ)沉降及傾斜等觀測頻率見表3。

（2）出現(xiàn)下列情況時，應(yīng)提高相應(yīng)監(jiān)測項目的監(jiān)測頻率：1）監(jiān)測數(shù)據(jù)達到報警值;2）區(qū)間隧道上方大量積水、長時間連續(xù)降雨;3）周邊地面、建筑物出現(xiàn)嚴重開裂;4）襯砌管片間出現(xiàn)滲漏、破損等現(xiàn)象;5）出現(xiàn)其他危及隧道及周邊環(huán)境安全的異常情況;6）地下區(qū)間隧道爆破施工期間，對周邊重要的建筑物如高壓線塔，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，隨時調(diào)整監(jiān)測頻率。

（3）監(jiān)測周期：1）初始值測定：在區(qū)間隧道施工期間，在各測試項目測點布置后及時進行初始值的讀取，要求進行連續(xù)三次獨立的觀測，取其平均值作為監(jiān)測項目的初始值;2）監(jiān)測期以總包單位委托要求的監(jiān)測開工日期為起點，直至區(qū)間洞通或施工影響區(qū)域內(nèi)的受影響的建筑物沉降變形穩(wěn)定為止[9]。

（4）監(jiān)測重點分析：該工點監(jiān)測的主要重點為進洞口與出洞口的地表沉降、拱頂下沉;臨近高壓線塔的沉降及傾斜。

5.2.3 監(jiān)測控制指標

（1）監(jiān)測報警值：根據(jù)工程設(shè)計、變形監(jiān)測相關(guān)規(guī)范以及周邊環(huán)境中被保護對象的控制要求，綜合確定該標段監(jiān)測報警值如表4所示。

（2）在監(jiān)控項目的變動速率連續(xù)3日達50%以上時，應(yīng)立即報警。最后一個項目的監(jiān)測報警數(shù)值是根據(jù)工程設(shè)計者所提供的圖紙和周圍建筑（構(gòu)筑）物、管線產(chǎn)權(quán)單位的要求來適當調(diào)整。

5.3 量測數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用

5.3.1 量測數(shù)據(jù)整理、分析與反饋

（1）對工程監(jiān)測測量資料進行記錄、分析，將測量資料制作為時態(tài)散點圖，利用散點圖進行回歸，使之符合。

（2）與回歸分析相結(jié)合，預(yù)測變形極值[10]。

（3）通過變形極值和變形速率，判斷隧道圍巖的穩(wěn)定性。

5.3.2 圍巖穩(wěn)定性和安全性判定

（1）為了突出施工監(jiān)控量測對施工安全的保障作用，可以變形量和變形速率兩大指標作為施工安全判斷的基準。

（2）通過回歸分析擬合變形時間曲線，隧洞內(nèi)地面沉陷及洞內(nèi)測點變形曲線詳見圖2所示。

（3）由圖2所示，圖b中的變形發(fā)生了突然變化，說明該區(qū)域圍巖處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，應(yīng)強化對圍巖支護的處治，若變形不能控制，必須馬上停止開挖作業(yè)。

（4）當各項測量指標逐漸平緩，說明圍巖已處于穩(wěn)定階段，可以進行二次襯砌的施工。

6 結(jié)論

隧道施工階段，存在淺埋深、洞頂坍塌冒頂、斷層、破損巖層帶等常見不良地質(zhì)災(zāi)害。隧道工程的不良地質(zhì)主要以巖爆、巖溶帶為主，這些不良地質(zhì)類型具有一定的不可預(yù)見性，隧道地質(zhì)超前預(yù)測與施工監(jiān)測是解決這些問題的重要途徑，也是控制隧道工程事故發(fā)生的重要措施。因此，公路隧道不良地質(zhì)段施工質(zhì)量監(jiān)測、超前預(yù)報具有十分重要的意義。

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