靳彥斌

（山西省中陽縣交通局，山西 呂梁 033400）

1 隧道施工監(jiān)控量測的目的和意義

采用復(fù)合式襯砌的隧道，必須將現(xiàn)場監(jiān)控量測項目列入施工組織設(shè)計，并在施工中認(rèn)真實施?，F(xiàn)場監(jiān)控量測是新奧法隧道施工的重要組成部分，也是監(jiān)視圍巖穩(wěn)定、判斷支護(hù)、襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，施工方法是否正確的一種手段；也是保證新奧法安全施工、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要條件；還為施工中可能有的工程變更提供了科學(xué)依據(jù)。

通過監(jiān)控量測得數(shù)據(jù)分析：

（1）通過施工和環(huán)境監(jiān)測進(jìn)行信息反饋及預(yù)測預(yù)報，優(yōu)化施工組織設(shè)計，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，確保隧道施工的安全與質(zhì)量和工程項目的社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。

（2）掌握圍巖動態(tài)，了解支護(hù)結(jié)構(gòu)在不同工況時的受力狀態(tài)和應(yīng)力分布，對圍巖穩(wěn)定性作出評價。

（3）驗證支護(hù)結(jié)構(gòu)型式、支護(hù)參數(shù)的合理性，評價支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工方法的合理性與其安全性，確定合理的支護(hù)時間。

（4）為修改優(yōu)化設(shè)計提拱數(shù)據(jù)，調(diào)整施工方法提供依據(jù)。

（5）為節(jié)省工程投資，提高隧道的設(shè)計和施工水平提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)保證。

2 量測的項目、方法及工具

2.1 隧道施工監(jiān)控量測的主要內(nèi)容

2.1.1 必測項目

是為了在設(shè)計施工中確保圍巖穩(wěn)定、判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)、指導(dǎo)設(shè)計施工的經(jīng)常性量測，包括圍巖地質(zhì)和支護(hù)描述、地表沉降觀測、拱頂下沉量測、周邊收斂量測。其量測方法簡單、量測密度大、量測信息直觀可靠，貫穿于整個施工過程中，對監(jiān)視圍巖穩(wěn)定、指導(dǎo)設(shè)計和施工有巨大的作用，土建施工完成量測工作亦告結(jié)束。其布置根據(jù)每座隧道不同的地質(zhì)條件、施工方法而變化，但不能少于《公路隧道施工規(guī)范》（JTJ042—94）的規(guī)定。

2.1.2 選擇項目

包括圍巖內(nèi)部位移量測、錨桿軸力量測、圍巖與噴射混凝土間接觸壓力量測、噴射混凝土與二次襯砌間接觸壓力量測、噴射混凝土內(nèi)應(yīng)力量測、二次襯砌內(nèi)應(yīng)力量測、鋼支撐內(nèi)力量測、襯砌裂縫及表面應(yīng)力量測。這類量測是必測項目的拓展和補(bǔ)充，對代表性的地段進(jìn)行量測，以便更深入地掌握圍巖穩(wěn)定狀態(tài)與支護(hù)效果，對未開挖地段提供參考信息、指導(dǎo)未來設(shè)計和施工。

表1 隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測項目及量測方法

選擇項目安裝埋設(shè)比較麻煩，量測項目較多、時間長、費(fèi)用較大，但工程竣工后還可以進(jìn)行長期觀測。根據(jù)本工程的具體情況，采用較少的量測項目、較大量量測斷面的原則，全面了解支護(hù)效果，正確指導(dǎo)設(shè)計施工。施工單位按施工圖要求自主量測，監(jiān)控量測項目部選擇主要項目平行量測。

2.1.3 檢測項目

包括錨桿拉拔試驗、開挖內(nèi)輪廓形狀、初期和二次襯砌背后空洞檢查。該類項目列為質(zhì)量檢查內(nèi)容。

2.2 工程實施

2.2.1 量測項目

除按正常量測項目外，專門增加一項用全站儀作“非接觸量測”來測定三維位移向量，以預(yù)報前方圍巖情況。隧道各項觀測監(jiān)控量測的實施方法詳見表1。收斂儀使用JSS30-10/15A型數(shù)顯式收斂儀和鐵科院西南分院研制的監(jiān)控量測分析軟件。

2.2.2 監(jiān)控量測施工流程

見圖1。

圖1 監(jiān)控量測施工流程圖

2.2.3 量測方法及斷面測點(diǎn)布置

（1）拱頂下沉量測和水平收斂量測。一般使用水準(zhǔn)儀、電子水平尺、收斂計等按照設(shè)計要求布置、量測。

（2）圍巖內(nèi)部位移量測。圍巖內(nèi)部位移測孔一般是沿隧道圍巖周邊，例如分別在拱頂、拱腰和邊墻共設(shè)5個（連拱隧道單洞為4個）測孔，孔深3.7～5 m，孔徑為Ф50 mm。多點(diǎn)位移計分電測式位移計和機(jī)械式位移計，一般采用5點(diǎn)桿式多點(diǎn)位移量測，一個斷面共25個測點(diǎn)（連拱隧道單洞為20個）。

（3）錨桿軸力量測。錨桿軸力量測沿隧道周邊，例如在拱頂、拱腰和邊墻設(shè)5個（連拱隧道單洞為4個）測孔，孔深3.7～5 m，孔徑為50 mm。一個測孔內(nèi)設(shè)4個傳感器，每個斷面20個（連拱隧道單洞為16個）測點(diǎn)。隧道錨桿軸向力量測方法有電測法和機(jī)械法，它們都是通過量測錨桿，先測出隧道圍巖內(nèi)不同深度的應(yīng)變（或變形），然后通過有關(guān)計算轉(zhuǎn)求應(yīng)力的量測方法。考慮量測方便，一般多采用電測法的鋼筋計量測。

（4）噴射混凝土應(yīng)力量測。經(jīng)常采用量測噴層切向應(yīng)力的方法，主要有應(yīng)力（應(yīng)變）計量測法和應(yīng)變磚量測法。應(yīng)力（應(yīng)變）計量測法是通過鋼弦頻率測定儀測出應(yīng)力計受力后的振動頻率，然后從事先標(biāo)定出的頻率-應(yīng)力曲線上求出作用在噴層上的應(yīng)力。

噴層應(yīng)力計的埋設(shè)方法為：圍巖初噴以后，在初噴面上將應(yīng)力計固定，再復(fù)噴，將應(yīng)力計全部覆蓋并使應(yīng)力計居于噴層的中央，方向為切向。待噴射混凝土達(dá)到初凝時開始測取讀數(shù)。量測斷面上應(yīng)力計的布設(shè)位置為：沿隧道的拱頂、拱腰和邊墻在噴射混凝土內(nèi)共埋設(shè)5個（單洞）。

（5）二次襯砌應(yīng)力量測。二次襯砌應(yīng)力量測與噴射混凝土應(yīng)力量測相同，應(yīng)力傳感器埋設(shè)在二次襯砌混凝土內(nèi)，單洞一個斷面5個測點(diǎn)。量測斷面的測點(diǎn)布置位置及每斷面應(yīng)力計數(shù)量與噴射混凝土應(yīng)力量測相同。

（6）圍巖與噴射混凝土及噴射混凝土與二次襯砌間接觸壓力量測。圍巖壓力及接觸壓力量測常采用雙膜鋼弦式壓力盒，其量測原理是將應(yīng)力、應(yīng)變、荷載以及其他參數(shù)測量的參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率進(jìn)行量測，故具有抗干擾能力強(qiáng)、堅固耐用的優(yōu)點(diǎn)，適合長距離傳送。圍巖與噴射混凝土之間的壓力盒是在噴混凝土施工以前埋設(shè)，噴射混凝土與二次襯砌之間的壓力盒是在掛防水板之前進(jìn)行安裝，分別測取圍巖對噴射混凝土壓力，噴射混凝土對二次襯砌的壓力，埋設(shè)方向均為法向?；炷吝_(dá)到初凝強(qiáng)度以后開始測取讀數(shù)，量測斷面宜與周邊位移量測在同一斷面上。

（7）鋼架應(yīng)力量測。型鋼鋼架、格柵鋼架應(yīng)力量測僅限于Ⅳ、Ⅴ級圍巖地段，采用鋼筋計量測，把鋼筋計焊接在鋼架上，量測鋼架內(nèi)力，鋼架安裝完以后即可測取讀數(shù)。量測斷面的測點(diǎn)布置位置與噴射混凝土應(yīng)力測點(diǎn)布置位置相同，單洞每個斷面5個測點(diǎn)。

（8）襯砌裂縫及表面應(yīng)力量測。采用手持應(yīng)變儀量測襯砌表面應(yīng)力和襯砌裂縫，重點(diǎn)是連拱隧道中隔墻的表面應(yīng)力，根據(jù)需要檢測。

2.2.4 測試要點(diǎn)

（1）洞內(nèi)外地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察。洞內(nèi)主要觀察工作面狀態(tài)、圍巖變形、風(fēng)化變質(zhì)情況、節(jié)理裂隙、斷層分布和形態(tài)、地下水情況以及初期支護(hù)效果。觀察后及時繪制地質(zhì)素描圖，填寫工作面狀態(tài)記錄表和圍巖類別判定卡。對已施工區(qū)段噴砼、錨桿、鋼架的狀況每天至少觀察1次；洞外觀察包括對洞口地表情況、地表沉陷、邊坡及仰坡的穩(wěn)定以及地表水滲透等的觀察。

（2）地表下沉。隧道洞頂?shù)乇沓两翟谒淼郎形撮_挖前就開始進(jìn)行，借以獲得開挖過程中全位移曲線。地表沉降監(jiān)測可采用普通水平儀，配合水平尺進(jìn)行，測點(diǎn)和拱頂下沉量測布置在同一斷面上。

（2）采購階段。該階段包含智慧物流園區(qū)設(shè)備采購、信息化服務(wù)采購以及安裝施工等工作安排。在采購環(huán)節(jié)囊括了絕大部分分包招標(biāo)、合同簽署、分包合同執(zhí)行等事務(wù)工作，智慧物流園區(qū)涉及的采購資材和服務(wù)，包括數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)軟件、人工智能化設(shè)備、人機(jī)交互系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)、云服務(wù)等，要求相比普通的物流園區(qū)技術(shù)含量更高，要求更為復(fù)雜。

（3）周邊位移、拱頂下沉量測。周邊位移選用JSS30-10/15A型數(shù)顯式收斂儀及專用測點(diǎn)量測，拱頂下沉量測采用精密水準(zhǔn)儀配合水準(zhǔn)尺、鋼尺進(jìn)行，兩者在同一量測斷面內(nèi)進(jìn)行。

量測斷面布置間距及量測頻率一般情況按設(shè)計要求辦理，洞口段、斷層破碎帶或圍巖發(fā)生變化處，加密布置。測點(diǎn)在避免爆破破壞的前提下盡可能靠近工作面布置，一般為0.5～2 m，并在下次爆破循環(huán)前獲得初始數(shù)據(jù)。

2.3 量測數(shù)的處理和應(yīng)用

2.3.1 數(shù)據(jù)整理

施工時，將各項量測情況填入記錄中，及時繪制位移—時間曲線和相關(guān)圖表，并注明當(dāng)前施工工序及開挖面離量測斷面的距離。

當(dāng)位移—時間曲線趨于平緩時，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和回歸分析，推算最終位移和變化規(guī)律；當(dāng)位移—時間曲線出現(xiàn)反常的急驟變化時，表明此時的圍巖、支護(hù)系統(tǒng)已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必須立即停止開挖、對危險地段加強(qiáng)支護(hù)，確保已開挖段的安全。

將原始觀測記錄進(jìn)行整理，計算出一測點(diǎn)在不同時間，測點(diǎn)距掌子面不同距離時的位移值U，以此計算出位移速度間長（L）散點(diǎn)圖、位移速度時間t+（L）散點(diǎn)圖，由于量測的偶然誤差所造成的離散性，繪制的散點(diǎn)圖總是上下波動和不規(guī)則的，因此必須進(jìn)行數(shù)字處理才能獲得合理典型數(shù)據(jù)，并以相應(yīng)數(shù)字公式進(jìn)行描述，其中回歸分析是處理測讀數(shù)據(jù)最終繪制典型圖線的一種較好方法。

2.3.2 位移值U判斷穩(wěn)定性

當(dāng)圍巖和支護(hù)位移值若超過某一臨界值即認(rèn)為圍巖不穩(wěn)定應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。

（1）以各類圍巖允許相對位移值，見表2。相對位移值系指實測位移與兩測點(diǎn)間距離之比，或拱頂位移實測值與隧道寬度之比。脆性圍巖取表中較小值，塑性圍巖取表中較大值。

表2 隧道周邊允許相對位移值 /%

表3 變形管理等級

2.3.3 位移速率判斷穩(wěn)定性

（1）當(dāng)周邊收斂速度大于1 mm/d時，圍巖處于急劇變形階段，需加強(qiáng)觀測，若位移速率長期不下降則加強(qiáng)支護(hù)。

（2）當(dāng)周邊收斂速度0.2～1 mm/d時，圍巖處于緩慢變形階段并趨于穩(wěn)定。

（3）當(dāng)周邊收斂速度小于0.2 mm/d或拱頂下沉小于0.07～0.15 mm/d時，圍巖達(dá)到基本穩(wěn)定，可進(jìn)行二次襯砌。

位移加速度是通過U（位移）-t（時間）曲線的形態(tài)來判斷圍巖的穩(wěn)定性。

2.3.5 量測的管理

（1）項目經(jīng)理部成立隧道監(jiān)控量測領(lǐng)導(dǎo)小組，建立以項目總工任組長，工程技術(shù)部部長為副組長，量測監(jiān)控中心專職負(fù)責(zé)，隊技術(shù)組參加的管理體系；并于工程技術(shù)部中專門設(shè)立了量測監(jiān)控中心，以加強(qiáng)隧道監(jiān)控量測工作管理力度。量測監(jiān)控中心負(fù)責(zé)日常量測、數(shù)據(jù)處理、儀器保養(yǎng)維修工作及數(shù)據(jù)的信息反饋，量測監(jiān)控中心負(fù)責(zé)人專職檢查落實，隊技術(shù)組設(shè)專職量測小組，每小組人員6～8人，負(fù)責(zé)測點(diǎn)埋設(shè)，配合項目部進(jìn)行日常量測工作。

（2）量測小組負(fù)責(zé)測點(diǎn)埋設(shè)、日常量測、數(shù)據(jù)處理和儀器保養(yǎng)維修工作，做到“三勤、一及時”，即量測勤、數(shù)據(jù)勤、分析勤，并及時將量測信息反饋于施工和設(shè)計，指導(dǎo)施工。

（3）施工前據(jù)圍巖條件、支護(hù)類型參數(shù)、施工方法及所確定的量測目的專門制定詳細(xì)的監(jiān)控量測計劃，與實施性施工組織設(shè)計同時提交給監(jiān)理工程師。計劃中包含量測內(nèi)容、方法、使用儀器、測點(diǎn)布置、量測頻率、數(shù)據(jù)處理、量測人員及其負(fù)責(zé)人，并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后執(zhí)行。

（4）施工時要及時埋設(shè)測點(diǎn)，下沉測點(diǎn)及收斂測點(diǎn)盡量布置在同一斷面上。各預(yù)埋測點(diǎn)要牢固可靠，設(shè)置專用標(biāo)識牌，標(biāo)明測點(diǎn)的名稱、部位、編號、埋設(shè)日期等，易于識別并妥善保護(hù)，并教育所有進(jìn)洞人員不得隨意撤換和破壞。

（5）爆破開挖后立即進(jìn)行工程地質(zhì)和水文地質(zhì)狀況的觀察記錄，并進(jìn)行地質(zhì)描述。地質(zhì)變化處和重要地段，有照片記錄。初期支護(hù)完成后進(jìn)行噴層表面的觀察和記錄，并進(jìn)行裂縫描述。

（6）整理量測資料做到認(rèn)真、及時、完整、準(zhǔn)確；服從監(jiān)理工程師的指令，無條件認(rèn)真配合其工作，定期向監(jiān)理工程師。