监控量测在特长浅埋隧道中的应用

张雄波 杨亮

摘要：在隧道新奥法施工中，为保证施工安全及结构的长期稳定，监控量测工作非常必要，通过监控量测工作及时收集施工中围岩变形与支护受力数据，对数据整理分析及时反馈指导施工。本文以南峪隧道量测结果为例，主要讲述拱顶沉降和周边位移量测数据通过回归分析建立数学模型,从而评价和预测围岩的稳定情况。

关键词：监控量测沉降周边位移收敛

1工程概述

南峪隧道位于河北省保定市涞水县野三坡国家级重点风景名胜区，起止桩号ZK104+451-ZK107+976（YK104+464-YK107+961），其中Ⅴ级浅埋破碎段部分双洞合计1250米，浅埋破碎段主要为第四系坡冲洪积黄土状粉质粘土及碎（卵）石，粉质粘土呈硬塑状，土质不均，成分为灰质白云岩，下部钙质胶结，坚硬。

2监控量测

2.1监控量测作用

监控量测作为施工组织设计一个重要组成部分，为安全施工质量控制及时提供以下信息：

2.1.1 围岩稳定性和支护、衬砌可靠性的信息。

2.1.2二次衬砌合理的施作时间。

2.1.3为施工中调整围岩级别、修改支护系统设计和变更施工方法提供依据。

2.2 监控量测项目

监控量测的项目应根据工程特点、规模大小和设计要求综合选定。量测项目分为必测项目和选测项目两大类（见表1-1、1-2）。必测项目在采用喷锚构筑法施工时必须进行；目前南峪隧道，主要进行必测项目的实施。对选测项目，在施工过程中将根据实际情况，或者经设计、监理或者建设单位要求下有选择地进行。

表1-1监控量测必测项目

注：H0—隧道埋深；b—隧道最大开挖宽度。

表1-2监控量测选测项目

注：H0—隧道埋深；b—隧道最大开挖宽度。

2.3 隧道施工过程中应作好洞内外观察记录工作。

2.3.1．洞内观察分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。

2.3.1.1开挖工作面观察应在每次开挖后初喷混凝土之前进行。重点观察记录工作面的工程地质与水文地文情况，并做好地质素描，填写《开挖工作面地质状态记录表》（详见附表）。对地质条件复杂地段，应积累影像资料，作为地质变化的依据之一。观察中发现围岩条件恶化时，通过信息反馈程序或者变更设计程序，立即采取相应处理措施。

2.3.1.2对初期支护及地段的观察按规范要求进行，每天至少应进行一次，主要观察喷射混凝土、锚杆、钢架和二次衬砌等的变形状况，判定初期支护、二次衬砌的可靠性和围岩的稳定性。

2.3.2. 洞外监测

2.3.2.1 洞外监测的重点为洞口段和洞身浅埋段、山间洼地、破碎带及偏压洞口的地表开裂、下沉和隧道洞口边、仰坡的稳定状态、地表渗、流水等情况，每次观察后应做好详细记录。

2.3.2.2地表下沉的量测必须在隧道开挖之前进行。量测断面与隧道内的量测处于同一横断面，每个量测断面的观测点不少于7个，监控范围延伸布置至隧道开挖影响范围以外。地表构筑物应在其周围增设观测点。量测应超前于隧道开挖工作面。监控量测时间应一直持续到地表下沉长期稳定、隧道衬砌施作完毕后停止。

2.3.3．净空变化、拱顶下沉和地表下沉（浅埋地段）等必测项目应设置在同一断面，其量测断面间距及测点数量应根据围岩级别、隧道埋深、开挖方法等按表1-3规定进行，并填写拱顶（地表）下沉量测记录表和隧道净空变化量测记录表（详见附表）。Ⅴ级围岩量测断面布点示意图见图1-1。

表1-3必测项目量测断面间距和每断面测点数量

注：①洞口及浅埋地段断面间距取小值；

②各选测项目量测断面的数量，宜在每级围岩内选有代表性的1～2个；

③隧道软岩洞段的观测断面适当加密。

图1-1Ⅴ级围岩量测断面布点示意图

2.4. 水平相对净空变化量测线布置。水平相对净空变化量测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。地质条件良好，采用全断面开挖方式时，可设一条水平测线。南峪隧道设计的施工工法为大拱脚法以及台阶法，当采用台阶法开挖方式时，可在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。当采用三台阶等分部开挖法施工时每分部一条水平测线。

2.5．拱顶下沉、收敛量测初读数宜在开挖后3～6h内完成，其他量测应在每次开挖后12h内取得初读数，最迟不得大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。同一处拱顶下沉、收敛量测、隧底隆起、围岩压力等洞内量测应设在同一断面，以便于整个量测形成信息体系，相互印证。拱顶下沉和地表下沉量测基点应与洞内、外水准基点建立联系。

2.6.隧道浅埋地段地表下沉的量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内。当地表有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉观测点。横断面方向应在隧道中心及两侧间距2～5m处设地表下沉测点，每个断面设7～11点，监测范围应至隧道开挖影响范围以外。地表下沉量测应在开挖工作面前方，隧道埋深与隧道开挖高度之和处开始量测点距，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。地表下沉量测频率应与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同。洞顶地表下沉量测断面布置见图1-2。

图1-2 洞顶地表下沉量测断面布置

2.7．各项量测项目量测频率应根据位移速度和量测断面距开挖面距离，分别按表1-4和表1-5确定。

当按表1-4、1-5选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的作为实施的量测频率。

表1-4量测频率（按位移速度）

表1-5量测频率（按距开挖面距离）

注：b—隧道开挖宽度。

2.8．各项量测作业均应持续到变形基本稳定后2～3周结束。对于膨胀性和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间。

2.9.量测数据整理、分析与反馈应符合下列要求：

2.9.1每次量测后应及时进行数据整理，并绘制量测数据时态曲线图和量测断面距开挖面关系图。

2.9.2对初期的时态曲线应进行回归分析，预测可能出现的最大值和变化速度。

2.9.3数据异常时，及时进行预警和反馈，根据各相关方（建设、设计、监理和施工）确定的处理措施（如根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架、增设套拱、注浆锚杆等加强、加固措施）执行。

2.10.围岩稳定性的综合判别，应根据量测结果按下列指标进行：

2.10.1 实测最大位移值或回归预测最大位移值不应大于表1-6所列指标（其中表1-6-1适用与隧道辅助坑道，表1-6-2适用跨度小于隧道最大跨度，在无经验数值前，借用该表数据中较小数值进行极限相对位移值控制），并按表1-7变形管理等级指导施工，隧道正洞与辅助坑道在进行量测位移管理等级划分时参照表1-8、表1-9数值范围：

表1-6-1跨度B≤7m隧道初期支护极限相对位移

注：①硬岩取下限，软岩取上限；

②拱脚水平相对净空变化指两测点间净空水平变化值与其距离之比；拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比；

③墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化值乘以1.2～1.3后采用。

表1-6-2跨度7m

表1-7变形管理等级

表1-8 南峪隧道双车道初期支护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级管理临界位移参考表

表1-9隧道辅助坑道单车道初期支护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级管理临界位移参考表

2.10.2 根据位移变化速度判别：

净空变化速度持续大于5.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统。

净空变化速度小于0.2mm/d时，围岩达到基本稳定。

在浅埋地段以及膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用其他指标判别。

（3）根据位移时态曲线（见图7-3）的形态来判别：

图1-3位移u—时间t的关系曲线图

当围岩位移速率不断下降时（du²/d²t＜0），围岩趋于稳定状态；

当围岩位移速率保持不变时（du²/d²t＝0），围岩不稳定，应加强支护；

当围岩位移速率不断上升时（du²/d²t＞0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。

2.11．施工中应将现场监控量测作为关键工序引入作业循环，并结合地质预报作出评价，优化设计参数，实施动态管理。

2.12．监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，按设计要求进行监测，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。量测数据应及时分析处理，并与工程类比法相结合，及时调整支护参数或施工决策。

参考文献：

1《公路隧道施工技术规范》（JTG F60—2009）

2《公路隧道施工技术细则》（JTG/T F60—2009）

3《隧道新奥法及其测量技术》 李晓红 北京科学出版社 2002

4《张家口至涿州高速公路保定段两阶段施工图设计》（第二册）河北省交通规划设计院（2009）

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。