大峪子隧道工程施工监测

周东亮 李海彬

摘要:隧道是一项投资大、建设工期长，技术复杂、地质条件多变、风险性较大的施工项目。通过对隧道监控量测环节的风险点有效管理，防止各类安全生产事故的发生。

中图分类号：U45 文献标识码：A

通过对我国西南地区1990至2001年十多年间隧道工程事故的统计分析，可以归纳出隧道工程事故具有如下特征：其中全断面开挖出现事故的概率最大占46﹪，其次是台阶法占32﹪，上断面超前开挖法也占12﹪左右；隧道拱顶发生事故的机率为50﹪左右，底板和工作面发生事故的概率也很大各占20﹪；从隧道开挖到支护过程中，隧道刚刚开挖后不久风险最大，其事故发生率约为52﹪；隧道开挖过程中和支护后事故发生的概率为19﹪左右。

结合国内外隧道施工事故的发生原因，施工前对危险因素进行分析与评估，施工时努力做好施工监测工作，通过科学系统及全面的观测工作，及时掌握隧道的地质与围岩稳定情况，为施工人员提供有效的预警信息，将施工风险降到最低，从而降低施工人员的人身安全和国家财产的损失程度。

关键词：山岭；隧道；施工监测

华西路工程中的大峪子隧道工程长480米，属于山岭公路短隧道，采用新奥法施工，新奥法是应用岩体力学的理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚喷为主要支护手段，能及时地进行支护，达到控制围岩的变形和松弛，采用现场监控、量测信息指导施工，即通过对隧道施工中量测数据和对开挖面的地质观察等进行预测、预报和反馈。并根据已建立的量测为基础，对隧道施工进行合理调整，以保证施工安全、工程质量和经济性。同时为同类隧道工程施工提供有效借鉴。

一、工程概况

华西路（密三路～西峪水库）工程位于北京市平谷区西北部，起点为平谷区刘家店镇东北的密三路与胡熊路交叉口处，终点为平谷区西峪水库东北侧的上镇村前，线路总长为8.58km。全线在K3+380～K3+860设置隧道一座——大峪子隧道。该隧道位于大峪子村东北侧，隧道长480m，为公路短隧道。隧道建筑限界：净宽11.0m（1.0m+0.75m+3.75x2m+0.75m+1.0m），净高5.0 m。

隧道穿过的山体地表植被发育，山坡上无大的危岩体，无明显的崩塌、滑坡、泥石流、不稳斜坡等地质灾害，总体看隧道区无其它不良地质作用。本隧道所经山体围岩基本为不透水岩体，仅可能在雨季偶见少量基岩裂隙水，又因地形陡峻，大气降水流失快，对地下水补给作用小，所以地下水量较小，对工程施工影响很小。

二、隧道施工监测方案

1、监测目的与任务

华西路大峪子隧道工程采用新奥法施工，现场监测是新奥法施工的重要内容，归结起来，量测的目的与任务是掌握围岩动态和支护结构的工作状态信息，利用量测结果修改设计、指导施工；预测险情，以便及时采取措施，防患未然；积累经验，为二次衬砌提供合理的支护时机，为后续的工程设计施工及运营提供可靠信息。

2、监测要求

尽快埋设测点。一般情况下，应力、位移的变化在测点前后2倍洞径范围内最大。第一次测设宜在埋设测点后立即进行，以便取得初始数据，通常要求在爆破后24小时内和下次爆破前测读初始读数。周边位移及拱顶下沉的测点采用30-50厘米的螺纹22钢筋制作，外漏端焊接钢环，地表沉降的测点采用3×3厘米，长度50厘米左右的木桩，木桩周围用砂浆固定，木桩顶端测设钢钉。

每次量测的过程要迅速，量测时间宜尽量短。

测点设置尽量隐蔽，免遭飞石破坏，确保长期有效。地表下沉观测点应能承受雨水冲刷破坏，雨后应及时进行检查。

测设的数据要求直观、准确和可靠。

测量仪器要有足够的精度。建立测量仪器的管理制度及台账，由专人负责仪器的保养、检测、日常维护及校验工作，确保精度满足施工要求。

3、监测项目及频率

依据华西路工程大峪子隧道的特点及设计要求，我单位进行的具体监控量测项目及频率如表2-1所示。施工中把超前地质预报纳入施工工序，建立以地质预报工作为先导、以量测为依据的信息化施工管理体系，委托北京水工资环新技术开发有限公司用地球物理勘探技术陆地声纳方法进行超前地质预报。

表2-1监控量测项目及频率

项目名称 布置 测试时间

1-15天 16天-1个月 1-3个月 3个月以上

应测项目 地质及支护状态观察 全长度开挖后及初期支护后进行 每次爆破后及初期支护后

周边位移 每10-50m一个断面，每断面2-3对测点 1-2次/天 1次/2天 1-2次/周 1-3次/月

拱顶下沉 每10-50m一个断面，每断面2-10对测点 1-2次/天 1-2次/天 1-2次/周 1-3次/月

锚杆拉拔力 每10m一个断面，每断面至少做3个锚杆 — — — —

选测项目 地表下沉 洞室中心线上，并与洞轴线正交平面的一定范围内部，设必须要数量测点 开挖面据测量断面<2B时，1-2次/天

开挖面据测量断面<5B时，1次/2天

开挖面据测量断面>5B时，1次/周

4、监测细则

（1）地质及支护状态观察

地质及支护状态观察首先进行人工观测，并借助罗盘仪进行测量岩层和断层的产状（走向、倾向、倾角等）。每次爆破施工后，先进行强制通风，然后由专业的爆破人员进洞查看爆破效果并确认安全后，监理及我单位的技术人员进入洞内，对地质情况进行观察与描述，当发现与原设计的地质情况描述出入较大时，及时与业主、设计、地质勘察单位代表联系，寻求最佳的解决方案和衬砌支护形式，确保施工安全。在隧道开挖过程中，关于地质情况的原因而修改设计支护形式，最终的围岩与原设计围岩对比情况如表2-2所示。

表2-2隧道围岩情况对比表

原设计 变更后

序号 原设计段落 长度m 衬砌形式 段落 长度m 衬砌形式

1 K3+380-K3+400 20 Ⅴ级 K3+380-K3+395 15 明洞

2 K3+400-K3+430 30 Ⅳ级 K3+395-K3+407 12 ⅤA1加强

3 K3+430-K3+535 105 Ⅲ级 K3+407-K3+413 6 ⅤA1

4 K3+535-K3+800 265 Ⅳ级 K3+413-K3+425 12 Ⅳ加强

5 K3+800-K3+860 60 Ⅴ级 K3+425-K3+452 27 Ⅳ

6 K3+452-K3+460 8 Ⅲ

7 K3+460-K3+473 13 Ⅳ

8 K3+473-K3+480 7 ⅤB

9 K3+480-K3+528 48 Ⅳ

10 K3+528-K3+567 39 Ⅳ加强

11 K3+567-K3+765 198 Ⅳ

12 K3+765-K3+790 25 ⅤA3

13 K3+790-K3+820 30 ⅤB

14 K3+820-K3+845 25 ⅤA2

15 K3+845-K3+860 15 明洞

总计 480 总计 480

（2）周边位移及拱顶下沉

隧道洞壁变形分为周边位移与拱顶下沉，是华西路大峪子隧道工程的必须观测项目。测线布置如图2-1所示。

图2-1周边位移与拱顶下沉测线布置图

周边位移反映隧道净空变化，采用JSS30A收敛计进行量测，操作步骤大致分为3步：第一步预估2测点件的距离，将钢尺固定在所需的长度上，悬挂仪器，调整钢尺张力，调整螺旋千分尺，直至内导杆与套上的刻度重合。第二步读数，钢尺读数为长度首数，螺旋千分尺读数为尾数，测距=首数＋尾数，每条基线应重复测3次，并取平均值，当3次读数极差大于0.05毫米时，应重新测量。记录有效数据并进行温度修整。第三步数据分析，计算收敛值及收敛速率。

拱顶下沉是通过观测拱顶测点的不同时刻高程，求出2次差值，即为该点的下沉值，每次高程均观测3次，取平均值。采用水准仪、测距仪及收敛计等进行观测。进行数据分析，推算最终位移和掌握位移变化规律，水平收敛小于0.2mm/d，拱顶下沉小于0.15 mm/d，而且位置达到总位移值的80%以上时，可以进行二次衬砌施工。

（3）锚杆拉拔力

锚杆拉拔力是指锚杆承受的最大拉力，它是锚杆材料、加工与施工安装质量优劣的综合反映。通过测定锚杆的锚固力可以监测是否达到设计要求，从而判断锚杆的长度是否适宜，同时检查锚杆的安装质量。本工程采用HC-10-100系列锚杆拉拔仪，测量范围为0-100kn，操作步骤大致分为3步：第一步对仪器进行检查，查看液压缸是否退回缸体内，油量是否达到4/5高度，液压系统混有的空气是否排净。第二步锚杆监测，液压油缸与被测锚杆连接好后，均匀压动手动泵，压力增加直至增加到最大值，此时数值即为抗拉最大值。第三步数据整理与分析，本工程所测的锚杆拉拔力范围为56.12-78.80kn，设计要求锚杆拉拔力为50.00kn，实测锚杆抗拔力大于设计要求50.00kn，监测结果合格。

（4）地表下沉

主要量测隧道施工引起的地表变形值，本工程采用水准仪进行量测，首先测定隧道顶原地面高程，算出埋置深度，通过埋置深度与隧道开挖宽度的关系确定开挖范围，即确定测量的范围，在测量区域内布置测点，地表下沉观测点布置如图2-2所示。地表沉降的测点采用3×3厘米，长度50厘米左右的木桩，木桩周围用砂浆固定，木桩顶端测设钢钉。雨季施工时，应保护好测点，防止雨水冲刷扰动或破坏测点，影响数据的准确性。首次观测时，对观测点进行3次观测，取平均值为初始高程。依据开挖断面与量测断面的距离，确定量测的频率。通过观测高程与初始高程的比较得出地表下沉值。通过量测发现，地表沉降值在10-14d出现最大值，进口最大沉降值为18.6mm，出口最大沉降值为16.3mm，均不会对周围环境产生不利影响。

图2-2地表下沉观测点布置图

5、数据分析及信息反馈

监控量测数据的分析包括以下工作：数据校核、数据整理、数据分析并对隧道围岩与支护结构稳定性进行评价，以反馈施工。绘制位移与时间变化的曲线，如图2-3所示。当曲线变化较为平缓时，为正常曲线，此时进行数据分析，推算最终位移和掌握位移变化规律，水平收敛小于0.2mm/d，拱顶下沉小于0.15 mm/d，而且位置达到总位移值的80%以上时，可以进行二次衬砌施工。当曲线出现反弯点时，为反常曲线，即位移出现急剧增长现象，围岩和支护呈不稳定状态，应加密观测和与设计单位联系，更改支护形式，必要时停止施工。为施工人员提供预警信息，避免人员伤亡和财产损失的事件发生。

位移u（mm） 位移u（mm）

时间t（d）时间t（d）

正常曲线 反常曲线

图2-3位移与时间变化曲线图

结语

虽然隧道是一项投资大、建设工期长，技术复杂、地质条件多变、风险性较大的施工项目。但是通过科学系统及全面的观测工作，是可以减少甚至避免伤亡事故的发生，大峪子隧道工程以“零”伤亡事故顺利完成施工任务。为类似工程施工提供有效借鉴。

参考文献

[1]公路隧道施工技术细则中华人民共和国交通运输部

[2]公路隧道施工技术规范中华人民共和国交通运输部

[3]隧道施工监控量测与超前地质预报吴从师 阳军生

[4]公路隧道施工监测检测技术及实践王斌

[5]隧道施工安全与管理的理论与实践彭立敏 安永林 施成华