山岭地区连拱隧道监控技术

杨 斐，丁亚辉

（中交二公局第二工程有限公司，陕西 西安 710119）

1 工程概况

云南丽江石格拉2号隧道起点里程为K109+260，终点里程为K113+880。隧道采用连拱-小径距-分离式的形式，右幅起点里程K109+260，止点里程K113+880，隧道全长4901.375m，最大埋深约661.2m；左幅起点里程D15ZK109+330，止点里程D15ZK113+880，隧道全长4837.607m，最大埋深约651.34m。隧道地处云南高海拔地区，高度为1750～3110m，属高中山构造剥蚀地貌区。

2 连拱隧道施工中监控量测工作目的

（1）为保证隧道施工过程中及时掌握隧道掌子面围岩的状态，对隧道初级支护变形趋势进行预测，确定隧道二次衬砌的施工时间。

（2）根据围岩情况，对比检查设计支护参数设计是否合理；基于监控量测观测数据结果，为调整设计支护变更提供准确的数据资料。

（3）监测连拱隧道施工过程对隧道施工区域周边环境的作用，提前采取加固措施进行处理，防止发生安全和质量事故。

（4）收集连拱隧道先行洞监控量测数据，为后行洞施工提供准确的参考，为隧道安全化管理、信息化管理提供科学基准。

3 监控量测管控要求

（1）现场每天监控量测数据采集前，通知监控单位现场管理人员共同采集数据，每次采集的量测数据记录在原始测量记录本上，数据记录要求符合《工程测量规范》（GB 50026—2007）要求[1]。

（2）根据项目的技术合同要求，监控量测数据采集工作由项目测量队负责。测量队隧道测量组按照隧道施工的实际情况，每天及时进行量测数据的测量和整理，并上报测量队队长进行数据分析，基于监控量测分级管理要求，判断当天的数据分析成果处于何种级别，并按照规定采取对应的施工对策和处理意见。

（3）测量队队长应将隧道监控的成果分析资料按照时间进行整理，按照竣工资料要求建立台账，录入隧道安全施工监控平台。

（4）测量队建立监控量测周报和月报管理制度，对连拱隧道监控数据的变化规律进行总结，评价连拱隧道施工安全状况，按照监控量测位移管理要求进行上报。监控量测周报由测量队按监控要求编制，并报工程技术部存档。监控量测周报主要内容：本周量测工作开展情况、监控量测数据分析成果和位移管理汇总、工作中存在的问题和解决情况、对隧道施工管理提出改进的意见和建议、下周监控量测工作计划。

（5）隧道开挖后，应及时设置拱顶下沉、净空收敛监测点。监测点应布置在距掌子面2m的范围内，在监测后3h内完成初次数据的采集。监测点由长度15cmφ12的螺纹钢筋和边长4cm厚6mm的钢板组成。监测点埋设前，采用全站仪进行测量放样，保证监测点处于同一断面上。采用φ12钻头进行钻孔，孔内填充锚固剂，将钢筋埋设到孔内，外侧钢板上粘贴反光贴，等监测点稳固后，开始观测初次数据。

4 量测项目和量测仪器设备的确定

（1）量测项目分为必测项目和选测项目，该项目必测项目如表1所示。隧道施工时必须进行必测项目的量测，选测项目应根据隧道断面形状、大小、埋深、设计要求、围岩情况、周边环境条件、施工方法等综合因素进行选择。

表1 连拱隧道必测项目

（2）按照监控量测项目选择操作方便、精度可靠的仪器和设备。该项目使用的监控量测仪器和设备为徕卡TS09P全站仪、反光贴、徕卡DNA03精密水准仪、铟钢尺、中科4850爆破振动仪。

5 隧道必测项目施测要求

5.1 量测断面、监测点数设置要求和原则

（1）隧道进洞前，完成浅埋隧道或洞口位置的地表沉降监测点的埋设，隧道洞内监测点应和地表监测点设置在同一里程，以便更好地反映地表沉降和拱顶下沉。该项目每个断面设置9个地表监测点，横向间距按照3m进行布设；隧道埋深h小于隧道开挖宽度B时，监测断面纵向间距按5m进行设置；隧道埋深h介于1倍开挖宽度和2倍开挖宽度时，监测断面纵向间距按10m进行设置。

（2）该项目拱顶下沉监测点按每5m/道设置。

（3）该项目净空收敛监测点按每5m/道设置，每道断面设置2条净空收敛测线，共4个监测点。

5.2 监控量测观测频率

监控量测观测频率按照监测点到掌子面距离进行设定，具体数值如表2所示。

表2 按开挖距离确定的监控量测频率

5.3 监控量测极限值数值的确定

（1）从隧道开挖施工开始到隧道围岩稳定，超过隧道净空收敛变化的最大极限值，或隧道拱顶下沉的最大极限值，表示隧道围岩处于不安全状态，必须采取相应的技术措施进行处理。

（2）允许位移变形量应根据监测点与掌子面的距离确定。距开挖面1B（U2B）时，允许位移变形量为90%U0；距开挖面较远时，允许位移变形量为100%U0（U0为极限相对位移值）。

（3）根据位移-时间曲线判断隧道围岩是否处于稳定状态。因为岩体流变特性，岩体破坏前的变化位移-时间曲线可分成3个区段：①基本稳定区。主要标志是变形速率不断下降，说明围岩是稳定的。②过渡区。变形加速度长时间保持不变，说明围岩开始破坏，此时需及时加强支护。③破坏区。变形速率渐增，说明已经进入危险状态，必须立即停工，进行加固。

（4）根据隧道位移控制标准，隧道变形值大小分为3个管理级别，如表3所示。

表3 位移管理等级及处理措施

6 必测项目监控量测方法

6.1 隧道掌子面及支护观察

隧道施工过程中应进行隧道掌子面观察和已施工段初次衬砌、二次衬砌支护外表观察。

（1）隧道掌子面观察应在开挖出渣后及时进行，填写掌子面地质状况记录表和地质素描，并保留掌子面影像资料。检查掌子面地质情况是否与设计图纸、地质勘察资料、超前地质预报相一致。若相差较大，上报工程技术部，联系设计院进行支护参数调整和协商设计变更事宜。地质素描主要记录隧道掌子面围岩岩性、走向、结构面、裂隙、地下水分布和发育情况。

（2）初次衬砌观察主要是检查靠近掌子面位置的喷射混凝土表面是否出现裂缝以及裂缝变化趋势、渗水、出水情况，检查初次衬砌的支护效果。

（3）二次衬砌观察主要检查已施工二衬混凝土段是否出现裂缝，及时调整掌子面爆破参数。

6.2 地表沉降监测

地表沉降监测主要是在连拱隧道进口段和浅埋地段，采用徕卡DNA03精密水准仪、铟瓦钢尺进行测量数据，沉降监测基准点布设在隧道施工影响范围以外，牢固可靠，便于进行量测工作。通过地表沉降监测数据结果，可以分析隧道周围地层的稳定状况，判别隧道爆破施工对周边环境的影响。

6.3 隧道拱顶下沉量测

隧道拱顶下沉监测是确定二次衬砌施工时间、确保隧道施工安全管理、判断隧道围岩是否稳定的基础，检查初次衬砌设计支护参数是否合理，为设计变更和优化支护参数提供数据支撑。采用全站仪+反光贴快速方式采集拱顶量测数据，减少监控量测工作对施工的干扰。

6.4 隧道周边收敛量测

隧道周边收敛监测也是确定二次衬砌施工时间、确保隧道施工安全管理的基础，检查初次衬砌设计支护参数是否合理，为设计变更和优化支护参数提供数据支撑。采用全站仪+反光贴快速方式采集周边量测数据，减少监控量测工作对施工的干扰。

7 监控量测数据的分析与处理

隧道内施工环境复杂，现场采集的监控量测数据含有一定的误差，不能真实反映隧道围岩的真实变形情况，必须对原始数据进行处理，剔除粗差，才能进行数据处理。该项目拟采用对数函数、指数函数、双曲线函数进行回归分析，模拟围岩变形曲线。

监控量测数据分析、处理的主要目的：（1）确定监控量测数据的可靠程度；（2）对隧道围岩岩性定性分析，以便合理地确定支护参数；（3）对隧道后续施工提供科学的参考数据。

8 监控量测信息反馈

（1）根据监控量测的数据分析成果，对隧道施工安全进行综合评价，并根据管理分级采取相应的工程措施。

（2）隧道施工中应及时对监控量测数据进行回归分析。量测数据分析分每天分析和阶段分析两种方式。①每天分析：每天原始数据采集完后及时进行分析，发现数据曲线异常时应分析产生原因，提交异常报告和解决方案；②阶段分析：按每周、每月进行阶段性分析，汇总隧道围岩监控量测数据的变化规律，对现阶段的施工技术情况进行评估，为后续隧道施工提供可行性建议。

（3）隧道施工安全评价参照位移管理等级分三级管理，根据安全分级管理采取对应的工程措施，如表3所示。

9 确定二次衬砌施工时间

隧道二次衬砌施作应在满足下列要求时进行：（1）隧道水平净空收敛和拱顶垂直位移速度明显下降，隧道围岩和初次支护处于基本稳定状态；（2）隧道位移相对值已达设计允许总位移量的90%以上。

10 结束语

通过石格拉2#连拱隧道开挖施工的工程实践，文章所述监控量测方法有效地保证了连拱隧道施工的质量、进度、安全可控，为隧道生产提供可靠的技术支撑，为以后山岭连拱隧道的施工提供了一定的参考价值。