试述小净距公路隧道的认识及施工监测技术方案

试述小净距公路隧道的认识及施工监测技术方案
近年来，现场量测与力学计算紧密配合，已形成了一整套监控设计的原理与方法，这种通过在隧道施工过程中所进行的现场量测获得围岩稳定性和支护系统工作状态的信息，然后将信息反馈于施工决策和支护系统的设计过程称为“施工监测”和“信息化设计”，包含施工监视的含义在内。

这种方法因其适应地下工程的特点，能结合现场量测技术、计算机技术以及岩土力学理论、在铁路隧道、公路隧道和军事地下工程等工程领域得到了广泛的应用。

本文完整地介绍了一整套大跨度小净距公路隧道施工监测方案，具有现实可实践操作意义。

标签：小净距公路隧道施工监测
随着我国高等级公路的飞速发展，由于特殊地质及地形条件的限制，出现了连拱隧道。

针对连拱隧道施工的复杂工艺，衍生出一种新的结构形式，即小净距公路隧道。

该种公路隧道跨度大，扁平率低，开挖多采用分部法，针对大跨度小净距公路隧道的围岩稳定性问题进行系统深入的研究具有重要的意义。

1 对小净距隧道的认识
1.1 小净距隧道的起源
一些传统分离式隧道在工程应用中受地形条件的限制，这是小净距隧道产生的客观要求。

在地形条件下，隧道展线难度增加，要求减小隧道之间的距离，压缩展线空间。

连体隧道虽然能够避免上述困难，但是带来一些其他工程上的缺点，这是小净距隧道产生的主观诉求。

连体隧道结构复杂、衬砌结构对变形比较敏感、施工工艺要求高、工序繁杂、临时支护工程量大，施工进度慢，成本相对较高。

近距离隧道工程技术及现代工程技术的发展，是小净距隧道出现和发展的技术支撑。

矿山、铁路以及地铁中先后出现过一些近距离地下工程(尽管大多是局部范围)，这种启示表明修建近距离隧道具有可行性，能够解决上述问题。

于是开发出小净距隧道结构型式。

1.2 小净距隧道的定义
隧道开挖后在一定范围内发生应力重分布，当两结构物足够远时，这种重分布将不会叠加，不产生相互影响，反之就会叠加并相互影响。

影响的大小与两结构物相对空间位置、围岩级别、施工方案和支护对策等相关。

这是对小净距隧道进行定义的理论基础。

现行《公路隧道设计规范》(JrrGD70—2004)(以下简称规范)，是从工程技术管理的角度对小净距隧道进行定义的。

从严格意义上讲，应该在“显著的隧道工程力学相互影响范围”和“可行的中间岩柱加固技术”这两个前提下，对小净距隧道进行定义，即对广义的小净距隧道按不同围岩级别、不同埋深、不同间距等具体情况进行分类。

中间岩柱需要进行加固的隧道，即狭义小净距隧道，是指隧道
间保留较小范围原岩的一种隧道型式，这个“较小范围”的上限是相邻隧道在围岩中力学扰动影响范围，它的下限是通过采取经济合理的工程技术措施使中间岩柱能够满足安全施工的最小距离。

这一隧道形式提出的出发点是充分利用中间围岩的承载能力，在中间岩柱加固技术可行、经济合理的前提下尽量减小隧道之间的距离，从而减少隧道两端接线工程的规模，增加隧道展线的自由度、降低工程造价。

所以说，狭义的小净距隧道在工程上更有现实意义。

2 目标隧道施工监测方案设计
2.1 监控量测项目及其目的
2.1.1 地质及支护状况观察
对所选择的开挖面的岩性、岩层产状、结构面、溶洞、断层等工程地质和水文地质情况以及初期支护完成后喷层表面的裂缝状况进行观察和描述；预测开挖面前方的地质条件，并为判断围岩的稳定性提供地质资料；观测有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部现象，分析初期支护的可靠程度。

2.1.2 隧道周边水平收敛和拱顶下沉量测
为判断隧道稳定性提供可靠信息；以围岩变位速率为二次衬砌提供合理的支护时机，利用量测信息的反馈，判断初期支护设计与施工方法是否稳妥，从而达到修改设计和指导施工的目的。

2.1.3 地表沉降
了解地表下沉的范围以及下沉量的大小、地表下沉量随工作面推进的变化规律、地表下沉稳定的时间。

2.1.4 围岩内部位移量测
了解隧道围岩松弛区、位移量及围岩应力随深度的分布；了解围体内位移范围，判断锚杆长度是否适宜；为准确判断围岩的变形发展提供数据。

2.1.5 锚杆轴力量测
了解锚杆受力状态，为确定合理的锚杆参数提供依据；判断锚杆布置是否合理以及评价锚杆的支护效果。

2.2 监控量测断面的拟定
根据隧道工程地质情况和大跨度小净距隧道围岩与支护结构的受力特點，为满足隧道数据采集和保证施工安全，根据围岩类别与支护类型将其分为四种量测断面，分别为A型、B型、C型、D型。

A型量测断面（必测＋选测项目）：适用于隧道IV类围岩段、洞口段及破碎带。

具体量测项目包括洞内地质与支护观察、净空变位及拱顶下沉、围岩内部位移、锚杆轴力、钢支撑应力、初期支护与围岩之间的压力、初期支护与二次衬砌之间的压力、爆破振动测试。

B型量测断面（必测＋部分选测项目）：适用于III类围岩。

具体量测项目包括洞内地质与支护结构观察、净空变位及拱顶下沉、围岩内部位移、锚杆轴力、初期支护与围岩之间的压力、初期支护与二次衬砌之间的压力、爆破振动测试。

C量测断面（全必测项目）：适用于隧道各类围岩段。

具体量测包括：洞内地质状态与支护结构安全性观测、净空变位及拱顶下沉。

D型断面量测（仅爆破振动测试）：D型断面为振动波测试，适用于隧道各类围岩段。

设置该量测断面的目的是为了测试后行洞在爆破中对先行洞的影响。

2.3 量测方法和测点布置
2.3.1 地质状况素描
对新开挖断面的岩性、岩层产状、结构面、断层等工程地质和水文地质情况以及初期支护完成后喷层表面的裂缝状况进行观察和描述。

同时观测有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部现象，锚杆和喷层有无施工质量问题。

2.3.2 水平收敛及拱顶下沉量测
在确定量测的新开挖的断面拱顶及轴线左右设3个带挂钩的锚桩，测桩埋设深度30厘米，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头设保护罩。

用收敛计量测铜壁收敛位移。

2.3.3 地表沉降观测
在选定的量测断面区域，先设置一个通视条件较好、测量方便、牢固的基准点。

测点布置在隧道轴线及其两侧，每个断面根据实际情况设共7～11个测点。

测量范围为隧道底两侧向上45度与地表相交，测点埋设水泥桩，用红色油漆做标记，并予以编号，用精密水准仪测量。

2.4 量测频率和时间
对于每一断面，在量测初期应予以实时监控，待应力、应变逐步稳定后可降低量测频率。

2.5 数据采集及仪器装备
现场监控量测工作人员根据规范和监控量测计划规定的频率坚持每天到洞内采集数据，并将采集的数据及时绘出或输入计算机进行处理，如果发现量测数据出现异常变化，则及时分析引起变化的原因，使问题能得到有效处理。

监控量测仪器及主要传感器如下：精密水准仪、全站仪、振弦频率监测仪、隧道收敛计、百分表、锚杆测力计、压力盒、爆破振动自记仪、机械式多点位移计、地质罗盘、温度计、速度传感器（水平、垂直）等。

2.6 量测断面的选择
共埋设45个断面，其中有3个A型断面、5个B型断面、35个C型断面、2个D型断面，并进行了地质调查、水平收敛、拱顶下沉、围岩内部位移、锚杆轴力、围岩接触应力、爆破振动测试等方面的监控量测。

研究解决爆破震动响应的静力解决方案，在隧道静力数值模拟分析计算中实现动力响应的模拟，使震动效应的影响在后序工况分析中得以继承，这将使数值模拟分析更加逼真。

由于小净距隧道结构的特殊性(间距可变)和应用环境(地形、地质、埋深)的复杂性，决定了这项技术的成长将是一个复杂而漫长的过程。

必须在已有研究成果的基础上进一步理清思路，抓住问题的关健和实质开展研究，才能推动小净距隧道技术进一步发展和成熟。