汾石高速公路隧道施工測(cè)量技術(shù)要點(diǎn)分析

楊玄偉,申鐵軍

（1.山西路橋橋隧工程有限公司,山西 朔州 036000; 2.山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

隧道測(cè)量工作正式開(kāi)展前，制定詳細(xì)的隧道測(cè)量與量測(cè)專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施方案和操作細(xì)則，上報(bào)監(jiān)理工程師審查批準(zhǔn)后方可實(shí)施[1]，在實(shí)施過(guò)程中，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范、規(guī)程和指南[2]。同時(shí)，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)資料，采用位移等級(jí)管理，同時(shí)參考位移時(shí)態(tài)曲線、位移速率施工管理等手段進(jìn)行施工過(guò)程安全性評(píng)價(jià)并對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全做出正確判斷[3]。

1 汾石高速公路東山隧道

1.1 隧道路線線型

東山隧道為山嶺土質(zhì)和石質(zhì)隧道，右洞長(zhǎng)7 810.0 m，左洞長(zhǎng)7 730.0 m。左右線的凈間距12.0～27.0 m，隧道洞內(nèi)正常段路面橫坡：2.00%。隧道內(nèi)存在大于3%的超高時(shí)，通過(guò)調(diào)整隧道內(nèi)路面與起拱線相對(duì)位置滿足要求。

1.2 隧道設(shè)計(jì)參數(shù)

東山特長(zhǎng)隧道，設(shè)計(jì)為左右線分離式。單洞總長(zhǎng)15 540 m，Ⅲ級(jí)7 676 m，占比49.0%；Ⅳ級(jí)5 848 m，占比38.0%；Ⅴ級(jí)1 959 m，占比12.6%，明洞57 m。該隧道設(shè)斜井一處1 388 m，Ⅲ級(jí)980 m，占比70.6%；Ⅳ級(jí)298 m，占比21.5%；Ⅴ級(jí)110 m，占比7.9%，明洞18 m。見(jiàn)表1。隧道平縱及凈空斷面具體如下：

（1）平面設(shè)計(jì)。隧道行車(chē)道中線相距平面設(shè)計(jì)線5.250 m，與路線設(shè)計(jì)標(biāo)高位置相距4.250 m[4]。

（2）縱斷面設(shè)計(jì)。根據(jù)線路縱斷面設(shè)計(jì)，隧道采用單面坡，上坡為小里程向大里程方向[5]。

縱坡坡度左線為+2.5%，右線為+2.0%。

（3）內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)。采用三心圓斷面，組成為：0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75；凈高：5.0 m。

2 隧道施工測(cè)量技術(shù)要點(diǎn)

2.1 施工測(cè)量

隧道的施工測(cè)量控制主要通過(guò)左、右線同時(shí)布設(shè)導(dǎo)線，通過(guò)行人橫通道或行車(chē)橫通道的連接線去組成閉合導(dǎo)線網(wǎng)[6]。

2.1.1 測(cè)量控制網(wǎng)等級(jí)

依據(jù)工程測(cè)量規(guī)范采用四等控制測(cè)量使隧道的貫通誤差不超標(biāo)：150.0 mm 與70.0 mm 分別是橫向貫通限差與高程貫通限差。洞外的橫向貫通中誤差與洞內(nèi)的橫向貫通中誤差分別控制在25.0 mm 和45.0 mm；洞外的高程貫通誤差與洞內(nèi)的高程貫通誤差均控制在25.0 mm[7]。

2.1.2 測(cè)量實(shí)施要點(diǎn)

（1）洞外控制測(cè)量。對(duì)設(shè)計(jì)單位提供的平面控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)，施工前要組織測(cè)量技術(shù)人員復(fù)測(cè)，通過(guò)加密控制點(diǎn)，將曲線上的特征點(diǎn)、洞口投點(diǎn)納入施工的控制網(wǎng)，從而成為地面控制網(wǎng)的控制點(diǎn)，建立洞外的三維導(dǎo)線網(wǎng)[8]。

（2）洞內(nèi)控制測(cè)量。采用分級(jí)布設(shè)的方法來(lái)布設(shè)洞內(nèi)導(dǎo)線。當(dāng)施工導(dǎo)線推進(jìn)到一定的長(zhǎng)度以后，選擇一部分施工導(dǎo)線點(diǎn)敷設(shè)成為主要的導(dǎo)線。為提高測(cè)量精度主要導(dǎo)線要布設(shè)成導(dǎo)線環(huán)以利校核[9]。

1）洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量。洞內(nèi)導(dǎo)線一般邊長(zhǎng)比較短，測(cè)站、目標(biāo)均要嚴(yán)格對(duì)中，同時(shí)可采用兩次讀數(shù)、兩次照準(zhǔn)方法，覘標(biāo)置中、減弱儀器、照準(zhǔn)讀數(shù)誤差。

2）洞內(nèi)高程控制測(cè)量。采取等影響分配的原則，地面、地下控制測(cè)量對(duì)貫通誤差的影響為：貫通限差（公路隧道）是70.0 mm，洞內(nèi)的高程貫通中誤差為25.0 mm。

a.洞內(nèi)的水準(zhǔn)點(diǎn)，為增加檢核條件須進(jìn)行往返觀測(cè)和多次觀測(cè)；b.儀器到水準(zhǔn)尺的距離如洞內(nèi)通視條件差則不得超過(guò)50.0 m。

3）洞內(nèi)中線測(cè)量。正式中線點(diǎn)在曲線段每隔70.0 m設(shè)1 點(diǎn)，其余直線段每隔200.0 m 設(shè)1 點(diǎn)；臨時(shí)中線點(diǎn)在曲線段每隔5.0 m 要設(shè)1 點(diǎn)，其余直線段每隔10.0 m要設(shè)1 點(diǎn)。用極坐標(biāo)法進(jìn)行中線的測(cè)量時(shí)，為提高精度和防止錯(cuò)誤要以盤(pán)右盤(pán)左分中法測(cè)量中線位置。

2.2 測(cè)量操作原則及平差方法的選用

2.2.1 測(cè)量操作原則

（1）須遵守后局部先整體的程序。

（2）須審核測(cè)量原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，計(jì)算工作、測(cè)量放線要同步校核。

2.2.2 選用平差方法

根據(jù)平面控制測(cè)量設(shè)計(jì)的精度要求和精度去選用相應(yīng)平差方法。

高等級(jí)控制測(cè)量、低等級(jí)控制測(cè)量分別采用嚴(yán)密平差的方法進(jìn)行平差和近似坐標(biāo)平差的方法進(jìn)行平差。

3 量測(cè)數(shù)據(jù)處理與傳輸

以汾石高速公路的核桃?guī)r隧道為例，圍巖及襯砌統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2、表3?；诹繙y(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)處理的重要性，根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)的用途及信息反饋的緊急程度，通常會(huì)采取多種方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)傳輸和處理，主要采用的方法有網(wǎng)絡(luò)、電話、傳真、定時(shí)收集等。

表2 隧道右洞圍巖及襯砌統(tǒng)計(jì)表

表3 隧道左洞圍巖及襯砌統(tǒng)計(jì)表

3.1 項(xiàng)目氣候條件

境內(nèi)年平均氣溫為10.2 ℃，極端最低氣溫為?22.6 ℃，極端最高氣溫為39.2 ℃。一年中1月最冷，月平均溫度為?6.0 ℃。7月最熱，月平均氣溫23.4 ℃。凍土日數(shù)在140 天以下，初日在11月上旬（立冬），終日在3月中旬（春分前）。最大凍土深度96 cm，一般出現(xiàn)在1—2月。年降雨量550 mm，雨季集中在6—9月份，霜凍期為9月下旬至次年4月下旬，無(wú)霜期180～190 天。

3.2 水文地質(zhì)特征

該項(xiàng)目位于石樓和交口兩縣境內(nèi)，屬溶蝕剝蝕中山區(qū)和黃土覆蓋中山區(qū)，地表土質(zhì)疏松，在地表水的侵蝕剝蝕作用下，表現(xiàn)為黃土梁、沖溝、溝壑等地貌。東山特長(zhǎng)隧道穿越東山國(guó)有林場(chǎng)，林區(qū)內(nèi)植被豐富。

3.3 工程重、難點(diǎn)

（1）東山特長(zhǎng)隧道快速施工。東山隧道分左、右線雙洞屬于特長(zhǎng)隧道，是該項(xiàng)目的節(jié)點(diǎn)工程，隧道貫通時(shí)間早可以確保工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)確保路面施工標(biāo)段的連續(xù)性，是該工程的重點(diǎn)。

（2）斜井與正洞交叉口施工。斜井?dāng)嗝媾c正洞斷面尺寸相近，交叉口處斷面大且應(yīng)力集中，隨著挑頂工序的展開(kāi)推進(jìn)，應(yīng)力不斷重新分布。施工過(guò)程中如工序不當(dāng)，會(huì)存在變形、拱頂下沉、支護(hù)開(kāi)裂、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等施工風(fēng)險(xiǎn)，是該工程的重點(diǎn)。

（3）隧道施工通風(fēng)。施工通風(fēng)是隧道施工的重要工序之一，特別是特長(zhǎng)隧道施工且大斷面大坡度長(zhǎng)斜井承擔(dān)主洞施工，通風(fēng)更是制約隧道快速安全施工的重要因素，是該工程的難點(diǎn)之一。

（4）斜井及井底行車(chē)管理。斜井至井底承擔(dān)正洞任務(wù)后，在施工高峰期，投入主要設(shè)備4 臺(tái)挖機(jī)、6 臺(tái)裝載機(jī)、18 臺(tái)25 t 出碴車(chē)、8 臺(tái)10 立方混凝土罐車(chē)、6 臺(tái)農(nóng)用車(chē)、1 臺(tái)通勤車(chē)。同時(shí)施工四個(gè)開(kāi)挖面、四個(gè)二襯作業(yè)面和四個(gè)仰拱鋪底作業(yè)面，每日預(yù)計(jì)開(kāi)挖21 m、二襯18 m3、仰拱或鋪底20 m。每日出碴量約2 100 m3，噴射混凝土約300 m3，二襯及仰拱混凝土約370 m3，需出碴約260 車(chē)，混凝土約90 車(chē)，農(nóng)用車(chē)約30 車(chē)次，交通及指揮車(chē)約30車(chē)次，共計(jì)410 車(chē)次，約4 min 通過(guò)1 輛車(chē)，車(chē)流量大，是該工程的難點(diǎn)。

（5）斜井二襯施工。二襯需緊跟開(kāi)挖掌子面自上而下施作。若采用6 m 二襯臺(tái)車(chē)，自重約70 t，混凝土67 m3約160 t，共計(jì)230 t。在不考慮動(dòng)載情況下，模板臺(tái)車(chē)下行、定位、澆筑過(guò)程中，存在臺(tái)車(chē)下溜、傾倒等安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)開(kāi)挖掌子面、二襯施工面造成較大安全隱患，安全管理不可控，既是該工程的重點(diǎn)也是該工程的難點(diǎn)。

3.4 施工對(duì)策

（1）針對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)工程，采用三臂鑿巖臺(tái)車(chē)，制定專(zhuān)項(xiàng)施工方案，專(zhuān)項(xiàng)控制，施工前嚴(yán)格進(jìn)行技術(shù)交底，確保施工質(zhì)量、安全處于可控狀態(tài)。

（2）加強(qiáng)隧道的監(jiān)控量測(cè)和圍巖的變形量測(cè)，做好各項(xiàng)工序的銜接安排，以縮短工期。及時(shí)掌握圍巖和支護(hù)在施工過(guò)程中的穩(wěn)定程度，保障施工安全。與設(shè)計(jì)院溝通，加強(qiáng)開(kāi)挖支護(hù)措施，加大對(duì)掌子面的穩(wěn)固，減少對(duì)卵石層的擾動(dòng)。

（3）從施工安排上擠時(shí)間，爭(zhēng)取及早進(jìn)洞，抓緊施工準(zhǔn)備，積極與當(dāng)?shù)卣跋嚓P(guān)林場(chǎng)協(xié)調(diào)，一旦條件具備立即開(kāi)始隧道施工。

4 隧道及地下工程施工智能化監(jiān)測(cè)與信息管理系統(tǒng)

采用隧道及地下工程智能化監(jiān)測(cè)與信息管理系統(tǒng)。此系統(tǒng)是隧道與地下工程施工智能化監(jiān)測(cè)與信息管理系統(tǒng)，系統(tǒng)基于云平臺(tái)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)，涵蓋隧道及地下工程施工期監(jiān)控量測(cè)、地質(zhì)預(yù)報(bào)、質(zhì)量檢查和周邊建筑物監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)，投入該系統(tǒng)，可提升監(jiān)管水平、規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)工作、提高工作效率。系統(tǒng)充分結(jié)合規(guī)范要求和行業(yè)需求，設(shè)計(jì)了以云數(shù)據(jù)庫(kù)為中樞實(shí)現(xiàn)不同終端類(lèi)型、多個(gè)終端用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步的系統(tǒng)架構(gòu)。系統(tǒng)由App 智能采集端、App 遠(yuǎn)程管理端、Web 智能管理端和后臺(tái)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3 部分組成?！皟啥怂耐ǖ馈笔瓜到y(tǒng)具備業(yè)務(wù)全覆蓋、流程全參與、高時(shí)效性、高系統(tǒng)性的特點(diǎn)。系統(tǒng)進(jìn)行多源數(shù)據(jù)智能采集，App 智能采集端可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度、監(jiān)控量測(cè)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和質(zhì)量檢查的信息采集，包括數(shù)據(jù)、照片、視頻、素描等種類(lèi)信息，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)，也把更多復(fù)雜的采集參數(shù)做到更多的點(diǎn)選操作，提高便捷程度，如掌子面地質(zhì)描述，通過(guò)便捷的點(diǎn)選式操作大大提升了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄效率；通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)既有數(shù)據(jù)的整合分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)大部分內(nèi)容的自動(dòng)化填寫(xiě)，如通過(guò)當(dāng)天的施工進(jìn)度自動(dòng)計(jì)算監(jiān)測(cè)位置與掌子面距離并自動(dòng)填寫(xiě)當(dāng)次量測(cè)值與第一次差值等內(nèi)容；每次填寫(xiě)后實(shí)現(xiàn)智能判斷是否觸發(fā)預(yù)警條件以及進(jìn)行提示和記錄推送。

5 結(jié)束語(yǔ)

測(cè)量操作須遵守后局部先整體的程序并且要審核測(cè)量原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，測(cè)量放線要同步校核計(jì)算工作。隧道測(cè)量數(shù)據(jù)盡可能在現(xiàn)場(chǎng)整理分析，每次應(yīng)在2 h 內(nèi)，量測(cè)結(jié)束后進(jìn)行資料整理并盡快提交設(shè)計(jì)、業(yè)主、監(jiān)理、施工單位，以此合理安排施工進(jìn)度并及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。