复杂地质条件下监控测量在隧道施工中的应用

李　宁　陈　勇　唐林军　金爱兵

(1.中核第四研究设计工程有限公司；2.核工业北京化工冶金研究院；3.北京科技大学土木与环境工程学院)



复杂地质条件下监控测量在隧道施工中的应用

李宁1陈勇1唐林军2金爱兵3

(1.中核第四研究设计工程有限公司；2.核工业北京化工冶金研究院；3.北京科技大学土木与环境工程学院)

摘要以渝北—广安高速公路(重庆段)TJ-2标段华蓥山隧道施工监控量测工作为例，阐述了隧道施工监控测量测点布设、数据采集、数据分析处理的基本方法。通过分析监控测量数据并结合地质资料，优化了现场施工顺序，对于确保隧道安全施工有一定的参考价值。

关键词隧道工程监控测量施工顺序

隧道监控测量工作是通过在隧道内布设各种测点，采集围岩、支护、衬砌等变形和受力数据，并对所得数据进行分析处理从而判断隧道围岩的稳定性。渝北—广安高速公路(重庆段)TJ-2标段华蓥山隧道围岩稳固性较差，易坍塌，成洞条件差[1-4]。在该段隧道施工过程中，通过合理布设监控测量测点，准确采集监测数据，对数据进行分析整理并及时反馈，以准确掌握隧道围岩变形趋势和稳定状态，优化现场施工顺序，确保隧道施工安全。

1隧道工程概况

渝北—广安高速公路(重庆段)是京昆高速公路复线的一部分，路线全长约69.69 km，拟建的华蓥山特长隧道为该段线路中重要的控制性工程之一。该隧道设计起点位于北碚区静观镇西山村，设计终点位于合川区清平镇桃李园村，隧道横穿华蓥山背斜中段，总体走向约N59°W。隧道设计为相距30 m分修的双洞，三车道，人字型纵坡，净空高度8.0 m，高度12.50 m。渝北—广安高速公路(重庆段)TJ-2标段华蓥山隧道进口某段围岩以泥岩为主，属软质岩，易风化和遇水软化，珍珠冲组的泥岩局部有弱膨胀性，节理发育，围岩较破碎，围岩总体受风化作用、裂隙、埋深等因素影响，洞身围岩稳定性差，易产生顶拱坍塌变形，成洞条件差。泥岩属软质岩，易风化和遇水软化，局部有弱膨胀性，隧道在该段施工更易出现围岩失稳。

2隧道施工监控测量工作实施

2.1监控测量内容

依据相关规范和设计要求，结合隧道地质情况和现场施工需要，本研究编制了科学合理的监控测量方案，选定的监控测量项目见表1。

表1　隧道监控测量项目

2.2监控测量方法

2.2.1隧道地质和支护状态观察

采用地质罗盘、地质锤及目测方法观察开挖工作面工程地质、水文地质情况，包括岩石种类、产状、岩性特征、节理性质、地下水及断层情况等；观察已支护段支护状态，包括喷射混凝土有无裂缝及渗漏水、钢拱架有无被压屈、锚杆有无被拉坏等情况；同时进行必要的洞外观察，确认地表下沉对隧道围岩稳定性及地上结构物的影响。每次隧道开挖工作面爆破后立即观察并按要求及时记录和整理，若有异常情况发生，应立刻通知现场管理人员并做好详细记录，同时详细整理附近监测点的各项监测数据以备检查。

2.2.2隧道拱顶下沉、周边收敛监测

根据围岩情况与现场施工监测需要，沿隧道走向每隔5～10 m布设1个洞内监控测量断面。在该段隧道共布置了8个监测断面，每个监测断面布置1个拱顶下沉测点、1对周边收敛监测点。同时在隧道内布设了2个监控测量基准点。拱顶下沉使用全站仪进行观测，为确保测量精度，全站仪的测角精度控制在2″以内，测距精度控制在±(2 mm+2×10-6)以内，现场监测时，全站仪视准轴仰角30°～60°，前视点与后视点的距离50～100 m。周边收敛使用JSS30A型数显收敛计，为挂钩弹簧式，仪器最小读数0.01 mm，测量精度±0.06 mm，每次观测至少完成3次读数，取其均值作为当次观测读数值，监测频率见表2。

表2　拱顶下沉、周边收敛量测频率(按位移速度)

2.2.3隧道围岩压力监测

根据隧道围岩状态及现场施工监测需要，结合各方面情况综合考虑，对第3-3#、5-5#断面进行围岩压力监测，各断面分别在拱顶和左右拱腰设置围岩压力监测点。根据具体情况及要求，定期进行测量，每次每个压力盒的测量不少于3次，确保测量数值可靠、稳定，做好原始记录，并整理分析测量数据。

3监测结果

3.1隧道地质和支护状态观察结果

根据地质状况和施工进度，对该段隧道选取了8个监测断面进行观察分析并绘制了掌子面素描图。观测结果表明，围岩以泥岩为主，节理发育，围岩较破碎，围岩总体受风化作用、裂隙和埋深等因素影响，洞身围岩稳定性差，易产生拱顶坍塌变形，成洞条件差。现场观察结果与超前地质预报基本一致。对隧道支护情况进行观察分析表明，该段隧道开挖工作面稳定，初支喷层表面均匀平整，无剪切破坏，隧道未出现裂缝，无渗水现象，顶板无剥落现象，支护段无底鼓现象，后续支护需进一步观察。

3.2隧道拱顶下沉、周边收敛监测结果

各断面监测数据显示，在隧道开挖初期，拱顶沉降速度与周边收敛速度均发生急剧变化，沉降速率与收敛速率均达到1 mm/d以上，随着监测断面开挖时间的增加，拱顶沉降与周边收敛速度逐渐减小。经过15～20 d，各监测点数据趋于收敛，围岩趋于稳定状态。在监测过程中，发现围岩变形较大的情况，及时反馈给现场管理人员，并通过加强支护和优化现场施工顺序的方法，控制了围岩的较大变形，确保了隧道施工安全。隧道拱顶沉降与周边收敛典型历时曲线如图1、图2所示。

图1　隧道拱顶沉降历时曲线

图2　隧道周边收敛历时曲线

3.3隧道围岩压力监测结果

隧道围岩压力监测结果表明，自监测之日起，监测断面拱顶处、左右拱腰围岩压力逐渐增大并趋于稳定，拱脚处压力分布逐渐增大，分布对称，趋于稳定，各监测点围岩压力均处于合理区间内，该断面围岩压力已稳定，可正常施工。

4结论

(1)在复杂地质条件下开挖隧道时应加强监控测量工作。通过加大监测频率、准确采集数据、及时分析数据并反馈等手段，使工程施工管理人员及时掌握隧道围岩的变形情况和支护效果，便于做出正确决策。

(2)各监测断面拱顶沉降与周边收敛在隧道开挖15～20 d后呈成收敛趋势，日变形速率均小于0.2 mm/d，且未发生偏压，说明隧道施工所采用的支护工艺较合理。

(3)在围岩较差区段，进行监控测量工作时应确保较小的监测断面间距和较大的监测频率，根据围岩变形情况及时进行动态调整。

参考文献

[1]王建宇.隧道工程监测和信息化设计原理[M].北京：中国铁道出版社，1990.

[2]夏才初，李永盛.地下工程测试理论与监测技术[M].上海：同济大学出版社，2002.

[3]关宝树.隧道力学概论[M].成都：西南交通大学出版社，1993.

[4]夏才初，潘国荣.土木工程监测技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

(收稿日期2015-09-18)

李宁(1989—)，男，硕士，100083 北京市海淀区学院路30号。