隧道监控量测的作用

监控量测在隧道施工中的作用

高孙照

（沿德高速二标）

关键词:公路隧道新奥法（NATM）监控量测

摘要:高速公路隧道已广泛采用新奥法设计与施工，现场监控量测是新奥法设计与施工的重要组成部分。通过对隧道进行监控量测，可预测预报围岩变化，优化设计和指导施工，确保隧道施工安全，使工程投资经济合理。通过对沿德高速公路大坪隧道的拱顶下沉、水平收敛、地表沉降、等多项涉及围岩稳定性及支护合理与否的参数进行跟踪量测，实时确定了合理的二次衬砌施工时间，成功避免了施工中重大安全事故的发生，确保了隧道施工安全和质量，对隧道施工具有指导意义。

沿德高速公路项目的大坪隧道穿过粘土、砂岩和泥质粉砂岩的强风化、弱风化层，围岩强度较低，遇水易软化，节理裂隙发育，隧道两端洞口埋深较浅，自稳能力差，严重威胁着施工安全。在施工的过程中，对围岩及衬砌结构的应力和位移进行了跟踪监控，获得了大量的原始数据，且都及时反馈于施工中，为在不同围岩情况下实施不同的施工方法提供了科学依据，为安全顺利的施工提供了保障。

1．工程概况

1.1 概况

沿德高速公路，路线起于贵州省沿河县与重庆市交界处，终点在德江县合兴乡，接杭瑞高速思南至遵义段，而且是连接两条国家高速公路包茂高速（渝湘高速）和杭瑞高速公路（思遵高速）的连接通道。本项目的实施对完善区域路网规划，促进县域经济发展，并带动沿线资源开具有重要意义。

大坪隧道是沿德高速公路的重点控制工程之一，隧道进洞口位于铜仁市沿河县沙子镇场口组，出口位于沙子镇龙家岩村。隧道范围内中线高程461.5m～688.74m，山体自然坡度25°～30°，隧道进口分布坡洪积粉质黏土、砂土层，山坡上分布第四系全新统残坡积（Q4el+dl）粉质黏土，下伏基岩为三迭系下统夜郎组（T1y）灰岩、二迭系中统吴家坪～长兴组（P2w～c）灰岩，二迭系下统栖霞组～茅口组（P1q～m）灰岩。隧道为单向分离式单向行车双车道隧道，左线全长975m，右线全长999m。

1.2水文地质条件

隧址区地表水稍发育，在隧道出洞口有多处见基岩裂隙水渗出，在山脚沟谷汇集形成溪流。隧址区地下水主要为基岩中的裂隙水及岩溶水，下伏灰岩节理裂隙较发育，裂隙水主要靠大气降水补给，以沿裂隙渗流形式或受地形切割排出地表，由于下伏基岩节理裂隙连通性差，地下水并非为具有连通性的裂隙潜水，为局部破碎岩体中赋存的裂隙水，其水量一般，无统一的地下水位。

1.3施工方法

Ⅴ级围岩采用管棚注浆或小导管注浆超前支护留核心土环状开挖法施工，人工开挖或弱爆破开挖。Ⅳ级围岩采用台阶法施工。

2．监控量测内容及断面布置

2．1量测内容及量测频率

隧道监控量测工作内容，可分为直接指导工程施工的必测项目和进行科学研究的选测项目两部分内容，其两者是相辅相成的。必测项目中的量测数据，有的可以直接为隧道施工服务，如地表沉降量测，有的是通过利用类比的方法判别承载结构是否稳定，如拱顶下沉、周

边位移。选测项目是着重对承载结构内部各种作用机理可以量化的部分得出相关数据，为以后理论研究提供原始数据，同时为评价承载结构受力状况提供参考。

根据大坪隧道的地质、水文特性以及施工要求，隧道的两端洞口围岩均为V级，围岩强度底，自稳能力差，岩性变化大，如施工工艺不当易造成围岩失稳，因此在隧道洞口进行了地表沉降的量测。具体的量测内容及频率见表1

表1 净空位移和拱顶下沉的量测频率

2.2 量测断面的布置

代表性断面以及测点的布设的选取，是监控量测的首要工作。根据《公路隧道施工技术规范》要求，在施工过程中，按照围岩等级选定断面，以及拱顶，拱肩，施工地板上1.5m 等典型位置布置测点。大坪隧道设计中将拱顶下沉和围岩净空收敛量测的断面间距初步定为，V级为5m和IV级为10m布设；对于隧道洞口地段，由于覆盖层小于40m，而且围岩类别较低，埋设了地表沉降观测断面，其布点均按规范进行。各测点及量测元件的布置见下图

地表沉降点位布设图

拱顶下沉断面间距表

围岩级别断面间距(m)

V 5-10

Ⅳ10-30

Ⅲ30-50

拱顶下沉点位布设图

3．数据的采集与分析

为了能对围岩及支护结构的性态作较全面的分析，并且能获得完整的数据，同时又使各项数据间能相互比较、相互验证，因此必测项目和选测项目的各项量测内容应尽量布置在同一个断面上。各量测断面的测点应在靠近开挖面及时安装，范围控制在2m以内，并在工作面开挖后12ｈ内和下一次开挖之前测取初始读数。在实际的安装埋设中，有时因为施工干扰或避免测点遭到破坏，测点安装位置会离开挖面远些，此时在利用此数据分析判别时，应考虑围岩初期的变形释放。量测频率也可以根据施工具体情况调整，由产生的最大位移速率来确定。大坪隧道已测数据表明，量测时间以20～30ｄ为宜。

3．1隧道拱顶下沉及净空收敛量测

隧道拱顶是隧道周边上的一个特殊点，其位移情况具有较强的代表性，通过对隧道拱部下沉的绝对值量测，了解断面变形情况、判断拱顶的稳定性，该手段是防止塌方的有效措施之一，因此应加强拱顶位移的监测；洞内净空位移收敛量测是目前洞内监测的主要内容之一，因为周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直观反映，量测周边位移可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息，而且还可以根据变位速率判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机。大坪隧道代表性断面ZK13+688的拱顶下沉和水平收敛曲线见下图

3．2 隧道内目测观察

通过肉眼观察、地质锤和地质罗盘测量，描述和记录围岩地质情况、岩层产状、断层破碎带、褶皱、地下水及支护效果，对围岩稳定性进行评价，判断围岩类别是否与设计相符，必要时拍照，测量地下水流量，每一量测断面要有一张记录表并填图。

3．3地表沉降观测

大坪隧道入口为 V级围岩，隧道埋深较浅，围岩稳定性差，在隧道入口地段（ZK13+560～ZK13+590）共埋设地表下沉测点10个，测点间距为2～5m。用水准仪和塔尺进行地表下沉的观测，历时65天，从获取的量测数据来看，最大值为2ｍｍ，考虑测量误差，地面无明显沉降，不会对洞室周围建筑物产生大的影响。

4．结论

由于隧道工程的特殊性、复杂性和隧道围岩的不确定性，对隧道围岩及支护结构进行监控量测是保证隧道工程质量、安全的必不可少的手段。通过量测，及时对大坪隧道个别围岩失稳趋势的区段提供了预报，为施工及时调整支护参数以及合理确定二次衬砌时间提供了可靠的科学依据。通过大量量测发现隧道开挖及初期支护后大约30d围岩基本上稳定，于是建议及时施作二次衬砌。同时由于监控措施得当，及时的指导施工和修改设计，从而保证了隧道施工的安全、经济、收到了良好的效果。但由于监控量测工作是一项具体而又复杂的工作，在实际过程中尚需不断积累经验和完善相关理论，因此，对隧道监控量测及数据的整理分析及应用应该做好一下几点：

（1）监控量测内容的选择，量测断面位置选择和量测测点的布置；

（2）监控量测数据的采集和施工状态变化情况紧密结合，分析数据变化和施工状态的关系；

（3）量测数据的应用，量测数据变化的准确分析和判断，量测信息的及时反馈，指导设计、施工和修改支护参数；

（4）通过监控量测保证隧道安全，预防隧道塌方。

参考文献

1. 《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）；

2. 《公路隧道施工技术规范》（JTG042—94）；

3. 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086—2001）；

4. 《大坪隧道工程施工图设计资料》；