公路隧道施工變形監(jiān)測(cè)精度要求探討

王富國(guó)

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

公路隧道的施工過程中，開挖的巖土體本身就具備物理力學(xué)性質(zhì)，并且這種力學(xué)性質(zhì)具有多樣性的特點(diǎn)，同時(shí)，地下結(jié)構(gòu)與巖土介質(zhì)之間存在復(fù)雜性，因此極易出現(xiàn)突發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害和其他類型的安全事故。此外，在公路隧道施工過程以及竣工后正式運(yùn)營(yíng)期間，必須保證隧道整體的安全與穩(wěn)定，這些都需要監(jiān)測(cè)工作予以必要的保障。利用相應(yīng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)可以獲得隧道的相關(guān)數(shù)據(jù)，借此可獲得隧道周圍圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)目前的狀態(tài)，為信息化設(shè)計(jì)隧道工程的施工奠定堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)［1-2］。

1 以某隧道為例對(duì)隧道的變形監(jiān)測(cè)

1.1 隧道工程概況及工程的地質(zhì)條件

1.1.1 工程概況

該隧道嚴(yán)格遵照了公路隧道設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范，在設(shè)計(jì)層面上，采用的方案為雙洞分離，隧道本身較長(zhǎng)，共有兩部分組成，其中一部分是東隧道，另一部分是西隧道。并且這兩個(gè)隧道都是由兩個(gè)單向的隧道組合而成，一條為上行、另一條為下行，該隧道的60%都會(huì)經(jīng)過Ⅰ、Ⅱ兩種類型的圍巖，這兩種圍巖的主要特征是易于破碎，穩(wěn)定性較差。

該隧道東西兩個(gè)隧道的洞口都是雙洞，每個(gè)洞的車道數(shù)都是三條，并且每條都是單向；該隧道東側(cè)的一部分，上行隧道長(zhǎng)度為267 m、下行隧道長(zhǎng)度為279 m，該隧道西側(cè)一部分隧道的上行長(zhǎng)度為442 m、下行隧道長(zhǎng)度為576 m；在設(shè)計(jì)隧道洞外的亮度時(shí)具體為4 000 cd/m2；隧道中的行車速度為100 km/h。該隧道在上行和下行之間存在最小靜距離為45.35 m；隧道的最大開挖深度為13.76 m，隧道形狀以扁平化為主，并且該隧道中80%的部分隧道的埋深小于50 m，由此數(shù)據(jù)可知，該隧道為典型的淺埋隧道。

該隧道的襯砌結(jié)構(gòu)沒有完全與地形有效結(jié)合，只有洞口和淺埋段的洞身與地形的契合程度較高。該隧道淺埋段開挖過程中使用明挖法，其他部分在開挖過程中需要先完成設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是新奧法，并且在襯砌結(jié)構(gòu)上采用復(fù)合式。

1.1.2 地質(zhì)條件

該隧道的主要工程區(qū)在隧道所處山體的主干斷裂帶上，具體位置為斷裂的西側(cè)。在隧道開挖之前的實(shí)地勘察工作中，并沒有發(fā)現(xiàn)在全新時(shí)出現(xiàn)過斷裂的情況，也沒有發(fā)現(xiàn)任何大規(guī)模的斷裂破碎帶。同時(shí)，該隧道選址所在的山體從外觀上可以判斷出形態(tài)沒有缺損，山體整體的坡度較為平緩，地表也沒有出現(xiàn)崩落和塌陷的情況，因此，該隧道工程的地質(zhì)較為穩(wěn)定。

該隧道洞室內(nèi)的圍巖在巖性上有著復(fù)雜的表現(xiàn)，并且圍巖巖體的質(zhì)量程度不一，在指標(biāo)上有明顯差異，該隧道圍巖的主要巖石類型包括礫巖和安山巖等多種巖體，并且這兩種巖石的類型均屬于硬質(zhì)巖石，這種巖石從外觀上來(lái)看，會(huì)呈現(xiàn)出塊狀結(jié)構(gòu)，巖體本身具有較好的完整性。隧道中還有必不可少的巖土物質(zhì)，用于空隙的填充，這類物質(zhì)多為含有礫石的黏土，這種填充物無(wú)法在強(qiáng)度上與上述兩種巖石相提并論，并且多為破碎狀，幾乎沒有穩(wěn)定的性質(zhì)。此外，該隧道地下水的總量較小，因此，無(wú)需考慮復(fù)雜的水文條件。

1.2 隧道變形監(jiān)測(cè)的實(shí)施

1.2.1 監(jiān)測(cè)目的及意義

隧道是一種典型的位于地下的工程，這種工程的突出特性就在于復(fù)雜且隱蔽，并且與其他工程相比，隧道工程難以預(yù)測(cè)。在隧道施工的全過程中都存在信息化的監(jiān)測(cè)工作，這項(xiàng)必要的監(jiān)測(cè)工作可以將設(shè)計(jì)與信息化的施工，動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地反饋至隧道工程的管理部門［3］。以下是利用信息化技術(shù)監(jiān)測(cè)隧道變形的主要優(yōu)勢(shì)：（1）可以幫助相關(guān)部門了解隧道開挖的每一個(gè)階段中圍巖的變化情況；（2）了解當(dāng)前支護(hù)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性；（3）當(dāng)前這種施工的速度對(duì)隧道圍巖產(chǎn)生多大影響；（4）可以幫助上級(jí)部門對(duì)可能發(fā)生的任何災(zāi)害進(jìn)行提前預(yù)測(cè)，盡可能避免出現(xiàn)傷亡；（5）可以保證隧道整體在安全的環(huán)境下施工，也可以保證隧道結(jié)構(gòu)始終處于穩(wěn)定的狀態(tài)之下。

1.2.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)內(nèi)容及方法

該隧道的特點(diǎn)以及在開發(fā)該隧道地下空間的過程中利用到的，用于監(jiān)測(cè)變形的新技術(shù)具體情況見表1所列。

表1 隧道動(dòng)態(tài)施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目表

1.2.3 監(jiān)測(cè)斷面的布置

監(jiān)測(cè)斷面布置如圖1、圖2所示。

圖1 拱頂下沉、仰拱隆起及周邊收斂測(cè)點(diǎn)布置示意圖（圖中相應(yīng)的連線為測(cè)線）

圖2 淺埋地段地表下沉測(cè)點(diǎn)橫斷面布置圖及控制樁大樣圖

2 變形監(jiān)測(cè)對(duì)隧道安全施工的指導(dǎo)作用

2.1 地表沉降

該隧道西側(cè)位置的隧道，上行和下行的地質(zhì)條件基本類似，采取開挖隧道的方式也基本類似，因此上下兩行隧道具有較為一致的規(guī)律。開挖的過程中，推進(jìn)工作和支護(hù)工作需要同時(shí)進(jìn)行，當(dāng)工程與開挖面的距離較遠(yuǎn)時(shí)，地表的沉降曲線也變得愈發(fā)收斂。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律顯示：（1）開挖掌子面時(shí)，會(huì)引起大約11 mm的沉降；（2）在第二個(gè)掌子面開挖的過程中，掌子面左側(cè)上方的洞室出現(xiàn)了沉降情況，沉降值為7 mm，當(dāng)下方開挖時(shí)會(huì)使用仰拱施工方法，引起的沉降最大為12 mm。但是由于西側(cè)隧道的含水量較大，因此出現(xiàn)較大沉降量，沉降量的增大無(wú)疑會(huì)導(dǎo)致圍巖的惡化。為此，在施工過程中必須重視圍巖變形這一情況，并采取必要的控制措施，使隧道工程整體的施工質(zhì)量得以提升。尤其在出現(xiàn)降雨的情況下，雨水會(huì)沉積在地面上，然后逐漸滲透到地下，直接增加了地下的含水量。此外，隧道西側(cè)下行的洞口沉降量較小，并且，此處的洞口會(huì)因?yàn)樗淼篱_挖的影響，出現(xiàn)不完全的收斂穩(wěn)定，但是這一問題并不需要給予過多關(guān)注，因?yàn)樵谒淼篱_挖并持續(xù)推進(jìn)的過程中，會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定［4］。因此，施工單位只需要重點(diǎn)考慮隧道洞口大概10 m左右的區(qū)域即可。

2.2 拱頂下沉

該隧道西側(cè)多為淺埋段，因此由于拱頂下沉導(dǎo)致的沉降較大，雖然支護(hù)條件有限，但是在施工過程中沒有出現(xiàn)明顯異常的情況，但是不能忽視圍巖條件較差的影響。在開挖這部分隧道下部的過程中，出現(xiàn)了拱頂下沉現(xiàn)象，這表明在控制圍巖變形的過程中，及時(shí)對(duì)仰拱采取必要的施工可以起到一定的作用。

3 分析與討論

3.1 地表沉降

由于該隧道的主要特點(diǎn)是淺埋，因此該隧道周圍的圍巖不可避免地存在較弱的特點(diǎn)，在隧道開挖過程中，地表沉降受到了較大的影響，尤其在隧道的西側(cè)，以及東側(cè)隧道的洞口處，這兩處的圍巖遭到了嚴(yán)重的風(fēng)化侵蝕，出現(xiàn)了較大的沉降量。但是在開挖過程中，大部分沉降趨于穩(wěn)定，因此相關(guān)部門只需要考慮隧道洞口10 m左右范圍內(nèi)的圍巖即可。

3.2 拱頂下沉

該隧道洞口部分拱頂沉降的情況并不嚴(yán)重，但是在隧道工程持續(xù)推進(jìn)的過程中，下沉逐漸增加，因此可以證明該工程中的進(jìn)洞環(huán)節(jié)采用大管棚是最優(yōu)的處理方式。在隧道拱頂逐漸下沉到30 mm左右時(shí)，拱頂下沉的量不會(huì)出現(xiàn)太大的變化，并且趨于穩(wěn)定。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，該隧道西側(cè)下行一段的進(jìn)口處，隨著隧道開挖尺度的增加，拱頂下沉也在逐漸增加，這是因?yàn)槎纯谖恢靡詼\埋為主，在開挖過程中，埋深不斷增加，導(dǎo)致拱頂承受的荷載不斷增加，最終致使拱頂下沉嚴(yán)重［5］。

3.3 初支鋼拱架內(nèi)力

充分利用拱架內(nèi)力鋼筋計(jì)這種設(shè)備可以將隧道拱頂內(nèi)側(cè)的壓應(yīng)力顯示出來(lái)，如果在內(nèi)力鋼筋計(jì)上顯示出拱頂負(fù)彎矩，就可以知曉在隧道鋼拱架拱腰和拱肩這兩個(gè)位置上存在著較大的壓力。以隧道左側(cè)上方的洞室為起點(diǎn)，開挖之后會(huì)形成一個(gè)較為完整，且處于封閉狀態(tài)下的拱形，此后拱頂會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步的沉降情況，還會(huì)出現(xiàn)一種變化——拱頂?shù)呢?fù)彎矩逐漸趨向正彎矩，截至目前彎矩已經(jīng)變?yōu)檎?。在這種特殊的地質(zhì)條件下，為了保障支護(hù)工作，需要將圍巖從偏壓的狀態(tài)下“拯救”出來(lái)，具體的方法是在側(cè)向上加強(qiáng)支護(hù)工作，其余的開挖工作要按照設(shè)計(jì)階段規(guī)定的工序正常進(jìn)行，并且在這一過程中要做好必要的觀察、測(cè)量工作［6］。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過本論述的分析和研究可知，為了保證隧道整體的施工與后續(xù)使用的安全與穩(wěn)定，必須做好隧道變形的監(jiān)測(cè)工作。在監(jiān)測(cè)過程中，要充分考慮地面沉降和拱頂下沉現(xiàn)象，還要考慮到隧道本身的鋼拱架內(nèi)力。