隧道不良地质段施工质量监测要点

史艳来

（张家口市公路施工管理处，河北 张家口 075000）

作为公路工程项目的重要节点，隧道施工质量直接关系到公路通行安全。而且隧道施工的不可预见性较大，隐蔽工程众多，施工现场受限较多。

一、工程概况

该隧道设计里程为712.2米，从里程长度上划分，属于中长隧道，经工程地质勘察后发现，k0+600～k0+857和k1+214～k1+312.2标段，围岩等级为Ⅴ级，稳定性尚可，洞顶分布大量杂填土方，压实度较差。k0+857～k1+214标段属于软弱地层，围岩以中风化砂岩为主，强度和稳定性稍差，围岩等级为Ⅳ级。为保证隧洞开挖的安全性，拟采用交叉中隔墙法施工，并以台阶法掘进。

二、隧道施工特点

（一）工程项目地质的不可预见性较大

虽然工程地质勘察技术和地质超前预报技术已相对成熟，但仍无法实现对隧道过境岩层的精准全面预判，在隧道开挖过程中，透水、垮塌等事故时有发生。如果过境段本身地质条件复杂，围岩等级较低，则开挖难度将更大。

（二）施工扰动影响

隧道施工期间，存在爆破及开挖等各种外力扰动影响。外力的荷载作用将打破岩层原有的自平衡体系，改变岩层的受力形式。如果围岩支护不到位，严重情况下将诱发岩层垮塌，造成重大安全事故。

（三）隐蔽工程占比较高

隧道开挖及支护等施工均需在洞内完成，且不同工艺之间有严格的前后工序规定，后续施工将不断覆盖前段施工，隐蔽工程比重不断扩大，且施工与质量检测需同步完成。

三、隧道常见不良地质情况

该隧道过境段不良地质工况主要表现为浅埋深、洞顶坍塌冒顶、断层及破损岩层带、岩爆及岩溶带；浅埋深主要集中在隧道的进口和出口区域，由于洞顶埋深较浅，加之围岩强度较低，如果支护处置不到位，在施工荷载扰动下，极易诱发坍塌事故。随着隧洞的不断掘进，洞顶岩层覆盖厚度不断增加，该区域岩体在原本的自平衡体系下稳定性较好，初始应力水平较高，一旦受到过大的施工荷载扰动，极易诱发瞬间的岩爆事故。

四、不良地质段施工质量监测要点

（一）超前地质预报

1.超前地质预报基本要求

以前期地质勘察为基础，借助物探技术和钻探设备，遵循粗略勘查与精细勘查相结合的原则，提前预判隧道的地质条件，为后续的围岩支护和处置提供参考。委派专业技术人员并配以物探和钻探设备，保证顺利完成地质超前预报。常用的物探设备包括电磁仪、TSP探测仪及地质雷达等，应结合隧道地质条件选取物探仪器，以保证超前预报的可靠性和准确性。

2.超前地质预报工作顺序

隧道开挖掌子面爆破后应立即组织超前地质预报工作，首先实施隧道开挖面地质素描，地质预报频率根据地质条件确定，一般以10米为一个记录频次，当地质条件出现显著变化时，应增加素描频次。其次，使用TSP探测仪测定开挖掌子面前段的不良地质分布情况，探测频次为每次100米。接着，再使用电磁仪或地质雷达详细探测，最终确定不良地质的分布位置和延续长度。如果地质超前预报结果判定前方分布有不良地质，在开挖掌子面接近不良地质岩层后，应通过物理钻探采样加以确认。最后，结合物探和钻探确认结果，给出地质超前预报结果。

（二）监控量测

1.监控量测点位布置

施工监控量测点布置应根据地质条件确定，间隔一般为3米；隧道围岩各位置变形量测点布设及隧洞内地表沉陷监测点布设如图1所示。

图1 隧道地表下沉量测点布置示意图

2.量测项目

为保证隧道施工监控量测的可行性和准确性，在施工现场允许的前提下，必须量测隧洞外观几何参数、横向净空、拱顶变形及隧洞内地表沉陷。在必测项目的基础上，提高施工监控量测的可参考性，在现场条件允许的情况下，应增加变形量测项目，具体包括隧洞隆起量测及支撑钢拱架应力量测等。隧洞内各参数的量测采样频率依据累计变形量和距开挖掌子面距离两大因素选定。

3.拱顶下沉量测

同时布设隧洞拱顶位移和横向净空变形监测点；隧洞拱顶位移量测借助水准仪、钢尺等仪器；及时绘制相应断面的隧洞拱顶位移量变化曲线，同时做好结果分析。

4.收敛变形量测

如采用台阶法开挖，收敛变形测点应布置在隧洞拱腰及边墙处，测点应确保在开挖后的12小时内采集到初次变形数据。量测隧洞内的净空变化时，为了获取隧洞内的竖向净空变化指标，洞顶位移和地面沉陷量测点应布置在同一断面上，并保证二者的量测频率一致。横向净空收敛量测可借助JSS30A型收敛计量测，通过分析横向净空变化，以间接判定隧洞内围岩的变形规律。

（三）量测数据的处理与应用

1.量测数据整理、分析与反馈

做好施工监控量测数据的记录和分析，将量测数据绘制成时态散点图，并实施回归分析，拟合相应的变形曲线；结合回归分析拟合的曲线预判变形极值；通过变形极值和变形速率两大指标判断隧道围岩的稳定性。

2.围岩稳定性和安全性判定

通过回归分析拟合变形时间曲线，隧洞内地面沉陷及洞内测点变形曲线如图2所示。

图2 位移u-时间t的关系曲线图

通过分析图2中的关系曲线发现，图b中的变形出现突变，表明围岩从稳定状态进入欠稳定状态，应加强围岩支护处置，如果变形无法得到控制，则应立即停止开挖；待各量测参数的变化趋于平缓后，表明围岩进入稳定状态，可以开始围岩二衬砌施工。