監(jiān)控量測(cè)技術(shù)在高速公路隧道施工的應(yīng)用

王芝原，羅士雅*，羅天宇，童 宇

（1.四川沿江宜金高速公路有限公司，四川 成都;2.四川振通檢測(cè)股份有限公司，四川 綿陽）

引言

為了提高區(qū)域經(jīng)濟(jì)和加強(qiáng)各地文化交流，帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，我國(guó)各種等級(jí)的高速公路作出了巨大的貢獻(xiàn)。目前就我國(guó)地勢(shì)而言，大部分路段地質(zhì)條件錯(cuò)綜復(fù)雜，并且高速公路大部分跨越地域范圍很大，所以需要進(jìn)行隧道施工以方便快速出行。就目前而言，隧道施工常常有很多不確定因素，而且隧道施工技術(shù)要求很高，其中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)也非常大，所以為了保證施工安全，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)控量測(cè)必不可少。

1 監(jiān)控量測(cè)技術(shù)在隧道應(yīng)用的必要性

高速公路交通設(shè)施不僅為出行提供了便利，更是在經(jīng)濟(jì)社會(huì)的建設(shè)中發(fā)揮了舉足輕重的作用，其帶來的經(jīng)濟(jì)效益使我國(guó)越來越重視在高速公路方面的建設(shè)投入。

我國(guó)地形西高東低呈階梯狀分布，區(qū)域遼闊，山脈交錯(cuò)，不可避免地在高速公路的建設(shè)中會(huì)遇到各種各樣的地質(zhì)地形條件，這給我們高速公路施工帶來了很大的挑戰(zhàn)。高速公路隧道施工具有復(fù)雜性、隱蔽性和不可預(yù)測(cè)性，施工現(xiàn)場(chǎng)往往面臨惡劣的地質(zhì)條件，給現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)帶來巨大的技術(shù)難題，甚至稍不留意就會(huì)引起坍塌、突水等施工事故，不僅造成人員和財(cái)產(chǎn)損失，還會(huì)影響施工質(zhì)量和安全等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[1]。高速公路隧道施工與普通公路施工有所不同，高速公路隧道要求更高，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工的監(jiān)控量測(cè)工作必須更加及時(shí)、準(zhǔn)確，為施工單位后續(xù)工作和技術(shù)管理提供參考依據(jù)。高速公路施工監(jiān)控量測(cè)獲取準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，是高速公路隧道建設(shè)中不可缺少的工作，普遍適用隧道施工作業(yè)中突發(fā)問題的提前預(yù)測(cè)[2]。

2 隧道監(jiān)測(cè)的目的和意義

在隧道施工過程中或運(yùn)行過程中，為了更好地利用圍巖自承能力極限，對(duì)不同等級(jí)圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載、位移量測(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析圍巖的自承能力和變形，對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及圍巖當(dāng)穩(wěn)定性進(jìn)行全面的分析,了解其穩(wěn)定情況，并結(jié)合掌子面附近的最近幾天量測(cè)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)和已施作初期支護(hù)隧道的量測(cè)資料，對(duì)當(dāng)前隧道的穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析，并以此為依據(jù)對(duì)施工安全進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷、優(yōu)化，對(duì)后面施工單位的工作進(jìn)行指導(dǎo)。

高速公路隧道施工進(jìn)行的監(jiān)控量測(cè)工作是指使用各種測(cè)量?jī)x器和工具對(duì)圍巖變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)量測(cè)，判斷是否有發(fā)生事故和險(xiǎn)情的可能，及時(shí)為施工方提供圍巖的穩(wěn)定狀況和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的安全信息，為施工調(diào)整和修改原有的支護(hù)等級(jí)提供依據(jù)。高速公路隧道監(jiān)控量測(cè)可以避免因?yàn)槿狈λ淼辣O(jiān)控量測(cè)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)和風(fēng)險(xiǎn)分析而造成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作安排的盲目性，可以避免不必要事故的發(fā)生，降低工程成本，保障人員生命安全，為隧道施工提供更安全有力的指導(dǎo)，少走彎路，保障在原有計(jì)劃節(jié)點(diǎn)內(nèi)完成高速公路隧道施工的任務(wù)。

3 工程概況

G4216 線屏山新市至金陽段高速公路項(xiàng)目伊莫洛特長(zhǎng)隧道全長(zhǎng)7 118 m，隧址區(qū)位于金陽縣德溪鄉(xiāng)至熱水河鄉(xiāng)，地處四川省西南部，位于四川盆地向云貴高原過渡地帶，主要穿越云貴高原北部的橫斷山區(qū)，山脈走向近南北向，基本與金沙江平行，總體地勢(shì)西高、東低，嶺谷相間，山高谷深，地表起伏大，高差懸殊。隧道洞身段最大埋深約676 m，隧道根據(jù)巖石強(qiáng)度，巖體結(jié)構(gòu)，完整程度等將洞身段圍巖劃分為III～V級(jí)圍巖：出口淺埋段，巖體較破碎，呈碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性差，為V 級(jí)圍巖；洞身段以志留系中統(tǒng)嘶風(fēng)崖組頁巖、砂質(zhì)頁巖為主，巖體構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈碎裂或碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性差，以V 級(jí)圍巖為主，巖體構(gòu)造裂隙發(fā)，育巖體破碎，呈碎裂或碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)圍巖穩(wěn)定性一般，以III、IV 級(jí)圍巖為主。

4 隧道監(jiān)控量測(cè)選測(cè)和必測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容

根據(jù)G4216 線屏山新市至金陽段高速公路項(xiàng)目伊莫洛特長(zhǎng)隧道的地質(zhì)條件、技術(shù)要求、工作量，現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的必測(cè)項(xiàng)目為地表下沉、周邊位移、拱頂下沉與洞內(nèi)、外觀察?，F(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的選測(cè)項(xiàng)目為圍巖壓力和鋼架應(yīng)力。高速公路的隧道監(jiān)控量測(cè)工作，必須是和隧道現(xiàn)場(chǎng)施工工作保持一致，并且對(duì)伊莫洛特長(zhǎng)隧道施工工藝和當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)有一個(gè)全面的了解。隧道施工的監(jiān)控量測(cè)主要是檢測(cè)出的一系列數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)利用物理計(jì)算公式、函數(shù)變化等得出與實(shí)際情況相差不大的理想狀況[3]。高速公路隧道監(jiān)控量測(cè)每天測(cè)量出的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，與上一次測(cè)量的數(shù)據(jù)比較計(jì)算得到實(shí)際結(jié)果，分析是否滿足規(guī)范要求，對(duì)于超出要求的數(shù)據(jù)分析其原因，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)點(diǎn)位是否破壞，損壞點(diǎn)位及時(shí)修復(fù)，對(duì)異常點(diǎn)位按規(guī)范要求加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，并且多次測(cè)量得到準(zhǔn)確的結(jié)果，如果確實(shí)存在問題需要及時(shí)反饋。必測(cè)項(xiàng)目測(cè)得的數(shù)據(jù)為施工和設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，而選測(cè)項(xiàng)目則是對(duì)必測(cè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)提供驗(yàn)證，從而保證必測(cè)項(xiàng)目所測(cè)得的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5 監(jiān)測(cè)方法和技術(shù)要求

5.1 斷面及測(cè)點(diǎn)布置原則

5.1.1 地表下沉測(cè)點(diǎn)及斷面布置原則

隧道內(nèi)測(cè)點(diǎn)和地表沉降測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在相同里程，監(jiān)控量測(cè)測(cè)量的斷面應(yīng)按要求規(guī)范布置，為了更好反應(yīng)數(shù)據(jù)真實(shí)性應(yīng)該靠近掌子面布置點(diǎn)位。地表沉降測(cè)點(diǎn)縱向間距按表1 的要求布置。

表1 地表沉降測(cè)點(diǎn)布置縱向間距

高速公路監(jiān)控量測(cè)范圍應(yīng)大于隧道開挖影響范圍。地表下沉測(cè)點(diǎn)橫向間距宜為2～5 m。在隧道中線附近測(cè)點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)加密。其測(cè)點(diǎn)布置示意如圖1 所示；地表沉降縱向量測(cè)范圍如圖2 所示。

圖1 地表沉降橫向測(cè)點(diǎn)布置示意

圖2 地表沉降縱向量測(cè)范圍示意

5.1.2 隧道內(nèi)監(jiān)控量測(cè)測(cè)線的布置原則

全斷面法應(yīng)設(shè)置1 條水平測(cè)線；臺(tái)階法每個(gè)臺(tái)階應(yīng)設(shè)置1 條水平測(cè)線；單側(cè)壁導(dǎo)坑法等分部開挖法每開挖分部應(yīng)設(shè)置1 條水平測(cè)線；偏壓隧道或者小凈距隧道可加設(shè)斜向測(cè)線。拱頂下沉測(cè)點(diǎn)雙車道及雙車道以下隧道每個(gè)量測(cè)斷面應(yīng)布置1～2 個(gè)測(cè)點(diǎn)，三車道及三車道以上隧道每個(gè)量測(cè)斷面應(yīng)布置2～3 個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)埋設(shè)一般參照?qǐng)D3 進(jìn)行。

圖3 測(cè)點(diǎn)布置示意

周邊位移和拱頂下沉測(cè)點(diǎn)布設(shè)間距一般參照表2進(jìn)行。

表2 周邊位移和拱頂下沉測(cè)點(diǎn)布設(shè)間距[4]

5.2 量測(cè)頻率

周邊位移和拱頂下沉的監(jiān)控量測(cè)頻率應(yīng)根據(jù)測(cè)點(diǎn)由開挖時(shí)間與量測(cè)頻率關(guān)系、距離開挖面的距離及位移速度（見表3）確定。原則上出現(xiàn)異?；虿涣嫉刭|(zhì)時(shí)采用較高的頻率值控制，一般情況下按位移速度頻率控制。

表3 開挖時(shí)間、沉降速率以及距掌子面距離與量測(cè)頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系

5.3 安全管理依據(jù)

（1） 根據(jù)位移速率判斷，速率大于1 mm/d 時(shí)，圍巖處于急劇變化狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)系統(tǒng)；速率變化在0.2～1.0 mm/d，應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，做好加固準(zhǔn)備；速率小于0.2 mm/d 時(shí)，圍巖達(dá)到基本穩(wěn)定[4]。

（2） 根據(jù)每日監(jiān)測(cè)的速率來判斷位移變化情況：通過多日的觀察速率，分析變化趨勢(shì)，當(dāng)監(jiān)測(cè)一段時(shí)間后圍巖位移速率漸漸下降且開始趨于零時(shí)，此時(shí)圍巖基本穩(wěn)定；當(dāng)監(jiān)測(cè)一段時(shí)間后圍巖位移的速率依舊較大時(shí)，此時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，應(yīng)告知施工單位圍巖目前尚不穩(wěn)定，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)；當(dāng)圍巖位移速率變化并沒有減少反而上升時(shí)，說明此時(shí)圍巖非常不穩(wěn)定，隨時(shí)有安全事故的發(fā)生，應(yīng)該立即停止施工。

（3） 根據(jù)量測(cè)結(jié)果可按位移管理等級(jí)（見表4）指導(dǎo)施工。

表4 位移管理等級(jí)[5]

6 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

為了更好地觀察出圍巖位移變化的情況，對(duì)圍巖是否趨于穩(wěn)定或異常情況進(jìn)行一個(gè)初步的判斷。我們?cè)诒砀裰屑皶r(shí)輸入每天監(jiān)控量測(cè)的測(cè)量數(shù)據(jù)，看其累計(jì)值是否超出規(guī)范要求。例如我們對(duì)G4216 線屏山新市至金陽段高速公路項(xiàng)目伊莫洛特長(zhǎng)隧道其中一組斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該隧道右洞K125+900 斷面Ⅳ級(jí)圍巖周邊收斂數(shù)據(jù)如表5 所示。

表5 K125+900 斷面周邊收斂數(shù)據(jù)

7 監(jiān)控量測(cè)技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用策略

監(jiān)控量測(cè)的隊(duì)伍在選用測(cè)量設(shè)備時(shí)，應(yīng)首根據(jù)隧道監(jiān)測(cè)的選測(cè)和必測(cè)項(xiàng)目考慮，選擇符合工程需求并且滿足技術(shù)指標(biāo)的設(shè)備，施工過程中監(jiān)控量測(cè)工作應(yīng)該由由專業(yè)的量測(cè)團(tuán)隊(duì)來實(shí)時(shí)操作。測(cè)量團(tuán)隊(duì)要根據(jù)施工當(dāng)前的地形地質(zhì)條件，對(duì)可能存在安全隱患隧道進(jìn)行預(yù)測(cè)，施工單位也應(yīng)該對(duì)監(jiān)控量測(cè)反應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整并且制定相應(yīng)的預(yù)防措施。施工單位和監(jiān)控量測(cè)隊(duì)伍應(yīng)該多溝通，協(xié)助監(jiān)控量測(cè)隊(duì)伍更好地進(jìn)行監(jiān)測(cè)。全站儀目前是我國(guó)各等級(jí)公路隧道工程施工、監(jiān)測(cè)中使用頻率很高的一種測(cè)量?jī)x器。還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇地質(zhì)羅盤或其它先進(jìn)儀器，更好地進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)工作。更應(yīng)該選測(cè)和必測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容相結(jié)合，提供驗(yàn)證保證準(zhǔn)確可靠，為隧道施工質(zhì)量提供有力的保障。

結(jié)束語

根據(jù)G4216 線屏山新市至金陽段高速公路項(xiàng)目伊莫洛特長(zhǎng)隧道的地質(zhì)條件可以看出，監(jiān)控量測(cè)技術(shù)是伊莫洛隧道施工中不可忽視的一部分，在保障隧道安全施工中起著舉足輕重的作用。因此在伊莫洛隧道施工中，我們應(yīng)加強(qiáng)對(duì)每天數(shù)據(jù)的分析，將拱頂下沉，周邊位移作為監(jiān)控量測(cè)的重點(diǎn)，然后根據(jù)每天量測(cè)所得數(shù)據(jù)對(duì)施工單位工作進(jìn)行指導(dǎo)。