监控量测技术在高速公路隧道施工的应用

王芝原，罗士雅*，罗天宇，童 宇

（1.四川沿江宜金高速公路有限公司，四川 成都;2.四川振通检测股份有限公司，四川 绵阳）

引言

为了提高区域经济和加强各地文化交流，带来更高的经济效益和社会效益，我国各种等级的高速公路作出了巨大的贡献。目前就我国地势而言，大部分路段地质条件错综复杂，并且高速公路大部分跨越地域范围很大，所以需要进行隧道施工以方便快速出行。就目前而言，隧道施工常常有很多不确定因素，而且隧道施工技术要求很高，其中存在的安全风险也非常大，所以为了保证施工安全，对于现场施工监控量测必不可少。

1 监控量测技术在隧道应用的必要性

高速公路交通设施不仅为出行提供了便利，更是在经济社会的建设中发挥了举足轻重的作用，其带来的经济效益使我国越来越重视在高速公路方面的建设投入。

我国地形西高东低呈阶梯状分布，区域辽阔，山脉交错，不可避免地在高速公路的建设中会遇到各种各样的地质地形条件，这给我们高速公路施工带来了很大的挑战。高速公路隧道施工具有复杂性、隐蔽性和不可预测性，施工现场往往面临恶劣的地质条件，给现场施工作业带来巨大的技术难题，甚至稍不留意就会引起坍塌、突水等施工事故，不仅造成人员和财产损失，还会影响施工质量和安全等目标的实现[1]。高速公路隧道施工与普通公路施工有所不同，高速公路隧道要求更高，对于现场施工的监控量测工作必须更加及时、准确，为施工单位后续工作和技术管理提供参考依据。高速公路施工监控量测获取准确的监测数据，是高速公路隧道建设中不可缺少的工作，普遍适用隧道施工作业中突发问题的提前预测[2]。

2 隧道监测的目的和意义

在隧道施工过程中或运行过程中，为了更好地利用围岩自承能力极限，对不同等级围岩及支护结构的荷载、位移量测进行实时监测，分析围岩的自承能力和变形，对隧道支护结构及围岩当稳定性进行全面的分析,了解其稳定情况，并结合掌子面附近的最近几天量测的准确数据和已施作初期支护隧道的量测资料，对当前隧道的稳定性进行综合分析，并以此为依据对施工安全进行实时判断、优化，对后面施工单位的工作进行指导。

高速公路隧道施工进行的监控量测工作是指使用各种测量仪器和工具对围岩变化情况进行实时量测，判断是否有发生事故和险情的可能，及时为施工方提供围岩的稳定状况和结构稳定性的安全信息，为施工调整和修改原有的支护等级提供依据。高速公路隧道监控量测可以避免因为缺乏隧道监控量测的准确数据和风险分析而造成对现场工作安排的盲目性，可以避免不必要事故的发生，降低工程成本，保障人员生命安全，为隧道施工提供更安全有力的指导，少走弯路，保障在原有计划节点内完成高速公路隧道施工的任务。

3 工程概况

G4216 线屏山新市至金阳段高速公路项目伊莫洛特长隧道全长7 118 m，隧址区位于金阳县德溪乡至热水河乡，地处四川省西南部，位于四川盆地向云贵高原过渡地带，主要穿越云贵高原北部的横断山区，山脉走向近南北向，基本与金沙江平行，总体地势西高、东低，岭谷相间，山高谷深，地表起伏大，高差悬殊。隧道洞身段最大埋深约676 m，隧道根据岩石强度，岩体结构，完整程度等将洞身段围岩划分为III～V级围岩：出口浅埋段，岩体较破碎，呈碎裂镶嵌结构，围岩稳定性差，为V 级围岩；洞身段以志留系中统嘶风崖组页岩、砂质页岩为主，岩体构造裂隙发育，岩体破碎，呈碎裂或碎裂镶嵌结构，围岩稳定性差，以V 级围岩为主，岩体构造裂隙发，育岩体破碎，呈碎裂或碎裂镶嵌结构围岩稳定性一般，以III、IV 级围岩为主。

4 隧道监控量测选测和必测项目内容

根据G4216 线屏山新市至金阳段高速公路项目伊莫洛特长隧道的地质条件、技术要求、工作量，现场量测的必测项目为地表下沉、周边位移、拱顶下沉与洞内、外观察。现场量测的选测项目为围岩压力和钢架应力。高速公路的隧道监控量测工作，必须是和隧道现场施工工作保持一致，并且对伊莫洛特长隧道施工工艺和当地的地质有一个全面的了解。隧道施工的监控量测主要是检测出的一系列数据，通过数据利用物理计算公式、函数变化等得出与实际情况相差不大的理想状况[3]。高速公路隧道监控量测每天测量出的准确数据，与上一次测量的数据比较计算得到实际结果，分析是否满足规范要求，对于超出要求的数据分析其原因，现场观测点位是否破坏，损坏点位及时修复，对异常点位按规范要求加强监测频率确保数据真实可靠，并且多次测量得到准确的结果，如果确实存在问题需要及时反馈。必测项目测得的数据为施工和设计提供指导，而选测项目则是对必测项目的数据提供验证，从而保证必测项目所测得的数据的准确性。

5 监测方法和技术要求

5.1 断面及测点布置原则

5.1.1 地表下沉测点及断面布置原则

隧道内测点和地表沉降测点应布置在相同里程，监控量测测量的断面应按要求规范布置，为了更好反应数据真实性应该靠近掌子面布置点位。地表沉降测点纵向间距按表1 的要求布置。

表1 地表沉降测点布置纵向间距

高速公路监控量测范围应大于隧道开挖影响范围。地表下沉测点横向间距宜为2～5 m。在隧道中线附近测点应适当加密。其测点布置示意如图1 所示；地表沉降纵向量测范围如图2 所示。

图1 地表沉降横向测点布置示意

图2 地表沉降纵向量测范围示意

5.1.2 隧道内监控量测测线的布置原则

全断面法应设置1 条水平测线；台阶法每个台阶应设置1 条水平测线；单侧壁导坑法等分部开挖法每开挖分部应设置1 条水平测线；偏压隧道或者小净距隧道可加设斜向测线。拱顶下沉测点双车道及双车道以下隧道每个量测断面应布置1～2 个测点，三车道及三车道以上隧道每个量测断面应布置2～3 个测点。测点埋设一般参照图3 进行。

图3 测点布置示意

周边位移和拱顶下沉测点布设间距一般参照表2进行。

表2 周边位移和拱顶下沉测点布设间距[4]

5.2 量测频率

周边位移和拱顶下沉的监控量测频率应根据测点由开挖时间与量测频率关系、距离开挖面的距离及位移速度（见表3）确定。原则上出现异常或不良地质时采用较高的频率值控制，一般情况下按位移速度频率控制。

表3 开挖时间、沉降速率以及距掌子面距离与量测频率对应关系

5.3 安全管理依据

（1） 根据位移速率判断，速率大于1 mm/d 时，围岩处于急剧变化状态，应加强初期支护系统；速率变化在0.2～1.0 mm/d，应加强观测，做好加固准备；速率小于0.2 mm/d 时，围岩达到基本稳定[4]。

（2） 根据每日监测的速率来判断位移变化情况：通过多日的观察速率，分析变化趋势，当监测一段时间后围岩位移速率渐渐下降且开始趋于零时，此时围岩基本稳定；当监测一段时间后围岩位移的速率依旧较大时，此时应该加强监测，应告知施工单位围岩目前尚不稳定，应加强支护；当围岩位移速率变化并没有减少反而上升时，说明此时围岩非常不稳定，随时有安全事故的发生，应该立即停止施工。

（3） 根据量测结果可按位移管理等级（见表4）指导施工。

表4 位移管理等级[5]

6 检测数据分析应用

为了更好地观察出围岩位移变化的情况，对围岩是否趋于稳定或异常情况进行一个初步的判断。我们在表格中及时输入每天监控量测的测量数据，看其累计值是否超出规范要求。例如我们对G4216 线屏山新市至金阳段高速公路项目伊莫洛特长隧道其中一组断面进行监测，该隧道右洞K125+900 断面Ⅳ级围岩周边收敛数据如表5 所示。

表5 K125+900 断面周边收敛数据

7 监控量测技术在隧道施工中的应用策略

监控量测的队伍在选用测量设备时，应首根据隧道监测的选测和必测项目考虑，选择符合工程需求并且满足技术指标的设备，施工过程中监控量测工作应该由由专业的量测团队来实时操作。测量团队要根据施工当前的地形地质条件，对可能存在安全隐患隧道进行预测，施工单位也应该对监控量测反应的数据进行及时调整并且制定相应的预防措施。施工单位和监控量测队伍应该多沟通，协助监控量测队伍更好地进行监测。全站仪目前是我国各等级公路隧道工程施工、监测中使用频率很高的一种测量仪器。还可以根据现场情况选择地质罗盘或其它先进仪器，更好地进行监控量测工作。更应该选测和必测项目内容相结合，提供验证保证准确可靠，为隧道施工质量提供有力的保障。

结束语

根据G4216 线屏山新市至金阳段高速公路项目伊莫洛特长隧道的地质条件可以看出，监控量测技术是伊莫洛隧道施工中不可忽视的一部分，在保障隧道安全施工中起着举足轻重的作用。因此在伊莫洛隧道施工中，我们应加强对每天数据的分析，将拱顶下沉，周边位移作为监控量测的重点，然后根据每天量测所得数据对施工单位工作进行指导。