黄土隧道施工过程监控量测分析

张 晔

(陕西建工集团机械施工有限公司，陕西 西安 710032)

1 概述

21世纪是我国高速铁路、高速公路大发展、大繁荣的世纪，在“一带一路”的时代背景下，我国西部地区交通基础设施建设量逐年增加。西部地区特殊的地质条件决定了西部地区隧道数量会逐年增加，在进行隧道施工时，监测量测技术在隧道施工过程中尤为重要。此技术既能够保证隧道施工的整体质量，同时还能够保证隧道施工进度，为交通基础设施建设发展提供技术保障[5]。

2 监测量测过程及数据分析

2.1 工程概况

大吉沟隧道起讫里程为K67+442～K70+140，长2 698 m，Ⅴ级围岩区段长度为108 m，Ⅳ级围岩区段长度为2 590 m。隧道监测测点的布置工作于3月27日全面展开，进行了收敛位移测点、拱顶下沉测点，及洞口浅埋段地表下沉监测测点布设工作和相应的量测分析工作；并依据现场施工情况，对进出口端进行了地质雷达质量检测工作。

监测组根据当地公路工程指挥部的要求开展工作，截至7月25日已完成监测断面工作，其中：监测完成周边收敛断面135个，拱顶下沉断面135个，具体的断面监测数据分析结果如下。

2.2 地表沉降分析

监测小组在大吉沟隧道开挖现场布设地表位移测点8组，共40个测点，于3月20日开始采集初始读数，截至4月22日地表下沉观测结果绘制出此隧道进出口地表沉降位移—时间曲线图如图1所示。

从图2中可以分析得出：由于隧道洞口处的围岩软弱、破碎、自稳的时间较短，不当的施工方法会使地表发生有害沉降。该断面地表沉降和沉降速率与时间的函数图像如图1，图2所示。大约18 d后各测点都趋于稳定。接近隧道的轴线的测量点1,2,3，沉降变化基本相同，测量点的测量值也很接近，下沉速率波动不大，最终沉降稳定在0 mm/d～0.5 mm/d。距离隧道的中轴较远的测量点4,5，下沉变化的波动较大，但最终趋于稳定。基于上述两个地表沉降曲线的综合分析，可以看出其他测点的位移小于隧道轴线附近两点的位移。可以说，地表沉降主要集中在隧道轴线附近的位置。因此，为减少地面沉降应该采取超前支护和及时加强初期支护等措施，使入口处地表沉降处于安全合理的范围内。

2.3 周边收敛分析

根据大吉沟隧道施工进展情况，监测组采用收敛计量测其中两点之间的相对位移值，来反映围岩位移动态变化。截至7月25日已布设监控测点135断面，由监测的数据结果绘制出时间—位移曲线图如图3～图5所示。

分析上面的隧道周边收敛位移—时间曲线图，可知：

监测日期1日～6日内水平收敛位移较大，最大日收敛值为4.86 mm，累计收敛值为21.39 mm。此时，隧道围岩处于加速变形期：第7天～第19天，水平收敛位移变化最小，而累积收敛值仅为4.36 mm，表明隧道围岩的变形仍在持续，但趋势已开始减弱，开始进入缓慢变形期，19 d内水平收敛位移共计25.75 mm；19 d后隧道围岩的变形已逐渐稳定。

2.4 拱顶下沉分析

拱顶下沉量测与周边收敛共用测点，这样不仅节省了安装工作量，更重要的是使测量点统一，并可以相互验证测试结果。使用收敛计测量，具体计算方法如下：通过周边收敛观测值利用计算拱顶下沉量的大小，根据测线A，B，C的实测值并利用三角形面积换算求得。拱顶下沉量如图6所示。

其中：

其中，a,b,c分别为前次量测BC线、AB线、AC线所得的实测值；a′，b′,c′分别为后次量测BC线、AB线、AC线所得的实测值。

根据隧道现场施工进展情况，监测项目组已在隧道开挖区域布设拱顶监测断面135个，其具体的监测数据详附表，由监测的数据结果绘制出时间—位移曲线图如图7～图9所示。

分析上面的隧道拱顶下沉位移—时间曲线图，可知：1日～6日内拱顶沉降数值变化较大，最大每日沉降9 mm，累积沉降29.88 mm，表明隧道围岩加速变形期。第7天～第19天的拱顶沉降时间曲线基本平缓，日最大沉降1.1 mm，累计沉降仅为3.06 mm，表明隧道围岩的变形仍在继续，但趋势已开始弱化，开始进入缓慢变形期，19 d内拱顶下沉共计32.94 mm；拱顶沉降时间曲线19 d后基本趋于水平，隧道围岩变形逐渐稳定。

3 结语

本文根据大吉沟隧道现场监控量测的数据，具体分析了大吉沟隧道的地表沉降、周边收敛和拱顶下沉，分析表明大吉沟隧道开挖围岩稳定良好，并未发生失稳破坏，监控量测资料也从侧面反映了施工的实际情况，是竣工文件中不可或缺的部分。监控量测工作是隧道安全施工的必要条件，对于隧道的开挖施工、初期支护、二衬的合理步距具有指导性意义。监控量测工作贯穿于整个隧道施工的全过程，直至隧道运营。因此，监控量测工作对于隧道的合理施工起到关键性作用，也是保证隧道施工安全、合理、经济的前提。