陳小雄

(湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430079)

0 引言

隧道施工監(jiān)控量測(cè)的目的在于評(píng)價(jià)施作初期支護(hù)后圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，以便確定進(jìn)一步的施工措施。而監(jiān)測(cè)過程的控制是提供可靠數(shù)據(jù)的必要前提，只有對(duì)有效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析才能得出可信的結(jié)論，進(jìn)而提供準(zhǔn)確、及時(shí)的反饋信息，尤其是危險(xiǎn)預(yù)警。但目前多數(shù)研究集中在對(duì)圍巖的力學(xué)行為分析和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析方面，如:文獻(xiàn)［1］監(jiān)測(cè)并分析了土質(zhì)淺埋隧道CRD法施工中隔壁變形;文獻(xiàn)［2］研究了黃土隧道地表塌陷原因分析與施工對(duì)策;文獻(xiàn)［3］研究了隧道圍巖大變形信息化施工;文獻(xiàn)［4］研究了炭質(zhì)板巖地層大斷面隧道變形控制施工技術(shù);文獻(xiàn)［5］研究了新蜀河隧道炭質(zhì)片巖大變形控制技術(shù);文獻(xiàn)［6］分析了隧道洞口圍巖穩(wěn)定性變形的非線性回歸;文獻(xiàn)［7］探討了隧道監(jiān)控量測(cè)的數(shù)據(jù)回歸分析;文獻(xiàn)［8］對(duì)不同基坑施工引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形及建筑物沉降進(jìn)行了對(duì)比分析。少數(shù)研究涉及監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，如文獻(xiàn)［9］設(shè)計(jì)開發(fā)了隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析與管理系統(tǒng)。未見研究監(jiān)測(cè)過程控制及數(shù)據(jù)有效性分析。為了保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠，開展監(jiān)測(cè)過程控制的研究，尋求控制方法和準(zhǔn)則，本文分析監(jiān)測(cè)工作中存在的問題，進(jìn)行監(jiān)測(cè)過程控制的研究，提出結(jié)合工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)過程控制的方法和數(shù)據(jù)判讀實(shí)例，報(bào)告監(jiān)測(cè)過程控制的準(zhǔn)則和技術(shù)要領(lǐng)。

1 工程概況

1．1 工程背景

十白高速公路是國(guó)家規(guī)劃的“7918”網(wǎng)中東西向橫線之一——福州至銀川高速公路十天聯(lián)絡(luò)線(編號(hào)為G7011)途經(jīng)湖北西北部的一段。路線位于湖北省西北部的十堰市境內(nèi)，與316國(guó)道和襄渝鐵路并行，全長(zhǎng)58．398 km，設(shè)計(jì)速度80 km/h，設(shè)計(jì)年限為20 a。其中長(zhǎng)度大于2 000m的隧道5座(共10 150 m)，長(zhǎng)2 000 m以下的隧道32座(共12 220 m)。

十白高速公路隧道施工監(jiān)控量測(cè)第三合同段共負(fù)責(zé)雙洞11座隧道的施工監(jiān)測(cè)工作。隧道單洞總長(zhǎng)度為16．245 km，其中最長(zhǎng)的花石溝隧道全長(zhǎng)2×2 161 m。宋家灣隧道和鮑家店隧道為雙連拱隧道，董家灣隧道為小凈距隧道，其他均為分離式隧道。

1．2 區(qū)域地質(zhì)評(píng)價(jià)

本合同段內(nèi)隧道多位于風(fēng)化剝蝕中低山、構(gòu)造剝蝕低中山區(qū)，基巖在不同程度上受區(qū)域斷裂的影響，存在軟弱破碎巖層。隧道穿越地層以武當(dāng)山群片巖為主，少量輝綠巖，節(jié)理發(fā)育，存在不同程度斷層破碎帶，且強(qiáng)度較低，對(duì)隧道施工有一定影響。

區(qū)域地表水系不發(fā)育，主要為大氣降水形成的地表流水及山體溝谷內(nèi)的季節(jié)性流水等，受季節(jié)影響變化較大，其自然排泄暢通。降水對(duì)隧道洞口邊、仰坡及淺埋段施工有一定影響，對(duì)隧道正洞施工影響較小。地下水主要賦存于第四系松散堆積物及基巖裂隙中，處于斜坡地帶，分布不均勻，貯水條件較差，易滲透流失，受大氣降水補(bǔ)給，水量較貧乏，對(duì)隧道正洞施工影響較小?？辈靺^(qū)歷史上無大的地震災(zāi)害記錄，地殼基本穩(wěn)定。

2 監(jiān)測(cè)工作概況

第三合同段監(jiān)測(cè)的隧道分屬第7～11標(biāo)共5個(gè)土建施工合同段，路線總長(zhǎng)31．5 km。其中隧道2×11座，共開辟施工工點(diǎn)14個(gè)，開挖作業(yè)面28個(gè)，分布于316國(guó)道黃龍鎮(zhèn)至胡家營(yíng)鎮(zhèn)區(qū)段兩側(cè)，區(qū)段國(guó)道45 km，施工便道總長(zhǎng)35 km。

第三合同段隧道監(jiān)測(cè)工作計(jì)劃任務(wù)包括必測(cè)項(xiàng)目:洞內(nèi)拱頂下沉及水平收斂監(jiān)測(cè)斷面426個(gè)，地表下沉監(jiān)測(cè)斷面153個(gè)，仰拱隆起監(jiān)測(cè)斷面63個(gè)。選測(cè)項(xiàng)目共4個(gè):圍巖壓力監(jiān)測(cè)2個(gè)，圍巖內(nèi)位移監(jiān)測(cè)1個(gè)，爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)1個(gè)。

本合同段隧道圍巖級(jí)別及監(jiān)測(cè)斷面數(shù)量統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 隧道圍巖級(jí)別及監(jiān)測(cè)斷面數(shù)量統(tǒng)計(jì)表Table 1 Grades of surrounding rocks of tunnel and number of monitoring cross-sections

其中，需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的Ⅴ級(jí)和Ⅳ級(jí)圍巖區(qū)段長(zhǎng)度合計(jì)10 470 m，占隧道總長(zhǎng)度的64．4%。需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的還包括加寬帶、車行橫洞附近區(qū)段。在實(shí)際工作中還會(huì)由于圍巖級(jí)別的變更，增加重點(diǎn)監(jiān)測(cè)工作量。預(yù)計(jì)施工中可能出現(xiàn)大變形、滑塌以及支護(hù)開裂等問題。要特別注意的是，十白高速公路行經(jīng)區(qū)域道路工程施工中都曾發(fā)生過隧道塌方事故。

在圍巖破碎，穩(wěn)定性差的條件下，施工多采用臺(tái)階法開挖，工序多，且轉(zhuǎn)換頻繁，監(jiān)測(cè)時(shí)機(jī)難以掌控(如遇隧道出碴或噴漿作業(yè)時(shí)就不能進(jìn)行監(jiān)測(cè)作業(yè)，需要等待或推遲)，不僅會(huì)耗費(fèi)大量工作時(shí)間，更重要的是不能及時(shí)對(duì)圍巖穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。而一旦現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)不及時(shí)、數(shù)據(jù)判讀不準(zhǔn)確，就不能及時(shí)發(fā)出警報(bào)，繼而耽誤搶險(xiǎn)加固處治時(shí)機(jī)，失去量測(cè)監(jiān)控的預(yù)警作用。

3 圍巖變形監(jiān)測(cè)預(yù)警管理

《隧道監(jiān)控量測(cè)和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施細(xì)則》一般要求:隧道施工監(jiān)測(cè)應(yīng)采用精密測(cè)量方法，以確保量測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。同時(shí)規(guī)定允許值、警戒值(允許值的2/3)、基準(zhǔn)值(允許值的1/3)應(yīng)滿足以下要求:

1)拱頂下沉、水平收斂允許值。正洞Ⅴ級(jí)圍巖100 mm、Ⅳ級(jí)圍巖70mm、Ⅲ級(jí)圍巖40mm;緊急停車帶Ⅳ級(jí)圍巖100 mm、Ⅲ級(jí)圍巖70 mm。

2)仰拱隆起。允許值為30 mm，警戒值為20 mm，基準(zhǔn)值為10 mm。

3)地表沉降。允許值為50 mm，警戒值為30 mm，基準(zhǔn)值為20 mm。

監(jiān)控量測(cè)預(yù)警應(yīng)實(shí)行三級(jí)管理，具體要求如下:

1)達(dá)到或超過允許值，應(yīng)作Ⅰ級(jí)報(bào)警。當(dāng)施工中出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，也應(yīng)采?、窦?jí)管理:①變形速率，拱頂沉降連續(xù)5 d超過30 mm/d，連續(xù)4 d超過40 mm/d，連續(xù)3 d超過50 mm/d，且呈加速趨勢(shì);②量測(cè)值發(fā)生突變;③初期支護(hù)或二次襯砌有較大開裂，裂紋寬度達(dá)到5mm;④洞口地表出現(xiàn)開裂、坍塌;⑤洞內(nèi)圍巖壓力有明顯異常;⑥時(shí)態(tài)曲線長(zhǎng)時(shí)間沒有變緩的趨勢(shì)。

2)達(dá)到或超過警戒值應(yīng)作Ⅱ級(jí)報(bào)警。

3)達(dá)到或超過允許值應(yīng)作Ⅲ級(jí)報(bào)警(一般作口頭報(bào)警)。

4)在允許值的1/3以下，可正常施工。

也就是說，圍巖變形監(jiān)測(cè)應(yīng)該配置精密水準(zhǔn)儀、專用收斂計(jì)等測(cè)量?jī)x器，并建立獨(dú)立的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，包括基點(diǎn)、測(cè)點(diǎn)、測(cè)程。

4 監(jiān)測(cè)工作中存在的問題

在實(shí)際監(jiān)測(cè)工作中發(fā)現(xiàn)主要存在測(cè)量精度和工作成效2個(gè)問題。這2個(gè)問題同時(shí)又是直接相關(guān)的。具體表現(xiàn)在:

1)由上述可知，隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)值的變化幅度在0～20/100 mm，也就是說，在儀器誤差影響條件下，如果能監(jiān)測(cè)到20～100mm的量值變化，就可以視為有效觀測(cè)。但《隧道監(jiān)控量測(cè)實(shí)施細(xì)則》要求的精密水準(zhǔn)儀、鋼尺收斂計(jì)的測(cè)量精度都超過實(shí)際被測(cè)量值變化幅度的2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，而且儀器精度越高，操作和實(shí)測(cè)過程越繁鎖、費(fèi)時(shí)，工作效率越低，因此選用高精度的測(cè)量?jī)x器的實(shí)際意義并不大。

2)一般Ⅴ級(jí)和Ⅳ級(jí)圍巖區(qū)段多采用臺(tái)階法開挖，拱頂下沉監(jiān)測(cè)需要將銦鋼尺掛在拱頂?shù)臏y(cè)點(diǎn)上(鋼筋鉤)，不僅掛設(shè)很困難，而且由于銦鋼尺僅2 m或3 m長(zhǎng)，在隧道內(nèi)高度超過2．5 m的開挖臺(tái)階上下，不能在一站使前后視尺子同時(shí)進(jìn)入儀器水平視線，也不便設(shè)置轉(zhuǎn)站，因此無法傳遞高程。如果在前視拱頂測(cè)點(diǎn)上掛設(shè)鋼卷尺，后視配5 m鋁合金塔尺，雖然能解決上述問題，但由于尺子的原因，即使用高精度水準(zhǔn)儀，也得不到高精度觀測(cè)結(jié)果，而且鋼卷尺的掛設(shè)也同樣比較困難。鋼尺數(shù)顯收斂計(jì)雖然操作并不困難，但經(jīng)常因開挖工作臺(tái)架阻擋而延誤觀測(cè)時(shí)機(jī)，尤其是監(jiān)測(cè)點(diǎn)掛鉤極易受損而造成數(shù)據(jù)不連續(xù)。

3)臺(tái)階法開挖施工過程比較復(fù)雜，其施工工序至少包括上半斷面開挖及支護(hù)、下半斷面左側(cè)開挖及支護(hù)、下半斷面右側(cè)開挖及支護(hù)、落底及支護(hù)(仰拱封閉)。多工序作業(yè)導(dǎo)致圍巖變形過程的復(fù)雜，因此僅根據(jù)單純的變形觀測(cè)數(shù)據(jù)是不能做出準(zhǔn)確判斷的，需要結(jié)合實(shí)際工況進(jìn)行分析。

4)Ⅴ級(jí)和Ⅳ級(jí)圍巖是圍巖變形監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)區(qū)段，要選用精度適當(dāng)、簡(jiǎn)便易行、行之有效、重點(diǎn)突出的監(jiān)測(cè)儀器和監(jiān)測(cè)方法。否則就可能顧此失彼，抓不住重點(diǎn)，喪失監(jiān)測(cè)工作的作用。

5 圍巖變形監(jiān)測(cè)準(zhǔn)則與技術(shù)要求

5．1 監(jiān)測(cè)工作的基本準(zhǔn)則

隧道施工監(jiān)測(cè)工作不僅要依靠適當(dāng)?shù)臏y(cè)量技術(shù)，還必須充分了解施工過程、充分認(rèn)識(shí)圍巖變形發(fā)展規(guī)律、努力提高工作效率，才能及時(shí)掌握圍巖變形量、準(zhǔn)確判斷發(fā)展趨勢(shì)、有效發(fā)出危險(xiǎn)警報(bào)，并發(fā)揮站崗放哨的作用。一般應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則:

1)監(jiān)測(cè)儀器要簡(jiǎn)便實(shí)用，尤其要適用于隧道洞內(nèi)施工環(huán)境;

2)監(jiān)測(cè)儀器的精度要適當(dāng)，只要能反映出被測(cè)量值的變化幅度即可，不用片面追求高精度;

3)監(jiān)測(cè)方法和過程要適宜，尤其要與隧道施工方法和施工過程相適應(yīng);

4)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)整理要及時(shí)，尤其是地質(zhì)不良區(qū)段、加寬區(qū)段、橫洞區(qū)段;

5)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)判讀要準(zhǔn)確，尤其要與施工工序轉(zhuǎn)換過程相對(duì)應(yīng)、與實(shí)際征兆相對(duì)應(yīng)。

實(shí)際工作中對(duì)應(yīng)制定了基點(diǎn)聯(lián)測(cè)制度、檢核避錯(cuò)制度、及時(shí)觀測(cè)制度、現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算制度、精細(xì)操作制度和內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備制度。

5．2 施工過程觀察及配合

在Ⅴ級(jí)和Ⅳ級(jí)圍巖區(qū)段，由于臺(tái)階法開挖施工的多工序轉(zhuǎn)換，致使圍巖應(yīng)力的多次重分布，表現(xiàn)為變形過程的復(fù)雜多變，給監(jiān)測(cè)工作和動(dòng)態(tài)判讀帶來困難。在此條件下，只有充分了解施工過程，才能有針對(duì)性地實(shí)施監(jiān)測(cè)，提高監(jiān)測(cè)功效。

觀察發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上一部分隧道施工采用長(zhǎng)臺(tái)階法開挖，其具體過程是:上半斷面掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺1～3 m，上半斷面開挖約4 h—通風(fēng)排煙找頂約1 h—出渣及二次找頂約3 h—拱部初期支護(hù)4 h(在這個(gè)過程中，上半斷面掘進(jìn)20～60 m，約需20個(gè)循環(huán)、歷時(shí)240 h，共10 d)—開挖下半斷面和落底，下半斷面掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺2～4 m，左側(cè)開挖及支護(hù)約4 h—右側(cè)開挖及支護(hù)約4 h—落底及仰拱約4h(約需10～15個(gè)循環(huán)，歷時(shí)120～180 h，共5 ～7．5 d)。

期間需要設(shè)置1～2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。若初期支護(hù)合理，則圍巖變形應(yīng)經(jīng)歷2個(gè)“加速-減速”階段性過程，并趨于穩(wěn)定，否則趨于不穩(wěn)定。

因此，監(jiān)測(cè)的實(shí)施過程必須與圍巖變形過程相配合，才能實(shí)時(shí)反映圍巖變形量、變形速度及變形加速度，為判斷圍巖穩(wěn)定狀態(tài)提供依據(jù)。這種過程性配合應(yīng)包括監(jiān)測(cè)頻率、監(jiān)測(cè)時(shí)機(jī)和監(jiān)測(cè)期間的全面配合。

5．3 測(cè)量?jī)x器精度要求

為了滿足檢測(cè)工作要求，考察和比較了可用于圍巖變形監(jiān)測(cè)2類儀器不同型號(hào)的精度，并對(duì)其使用性能的適宜性作出了初步評(píng)價(jià)，見表2。

表2 不同型號(hào)儀器的精度比較Table 2 Comparison and contrast among different monitoring instruments and devices in terms of precision

5．4 測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)的建立要求

隧道施工期間，洞內(nèi)光線、噪聲、震動(dòng)、煙塵、濕熱以及空間狹小等環(huán)境條件，對(duì)監(jiān)測(cè)工作有著明顯影響，且采用普通精度的測(cè)量?jī)x器和方法。要保證監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，除遵循測(cè)量技術(shù)基本要求外，還要求視距不能太長(zhǎng)、測(cè)站數(shù)不能太多，測(cè)點(diǎn)要牢固且便于保護(hù)、基點(diǎn)更要穩(wěn)定。具體要求:

1)基點(diǎn)離監(jiān)測(cè)斷面不宜太遠(yuǎn)，一般要求視距不超過30 m、單程測(cè)站不超過2站。

2)測(cè)點(diǎn)用φ8 mm鋼筋加工成135°彎勾，焊接在鋼拱架外露于噴射混凝土外10～15cm，同時(shí)要求保證初期支護(hù)背后與圍巖密貼;測(cè)點(diǎn)做好后應(yīng)立即用紅色噴漆作出標(biāo)記，并記錄斷面樁號(hào);測(cè)點(diǎn)上嚴(yán)禁懸掛物品。

3)基點(diǎn)必須建立在已做好的隧底填充層上，穩(wěn)定、不被擾動(dòng)又便于觀測(cè)的位置;也可直接共用施工控制測(cè)量基點(diǎn)作為監(jiān)測(cè)基點(diǎn)。

4)當(dāng)監(jiān)測(cè)斷面離基點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，可在臺(tái)階上設(shè)立臨時(shí)轉(zhuǎn)點(diǎn)，但必須與永久基點(diǎn)聯(lián)測(cè)。

5．5 拱頂下沉測(cè)量要求

采用DSC132水準(zhǔn)儀+普通標(biāo)尺進(jìn)行拱頂下沉測(cè)量時(shí)，需遵循以下要求:

1)及時(shí)觀測(cè)。新建拱頂下沉監(jiān)測(cè)斷面應(yīng)及時(shí)測(cè)取初始值。一般應(yīng)在該斷面所在區(qū)段作業(yè)循環(huán)時(shí)間內(nèi)完成，最遲也應(yīng)在下一作業(yè)循環(huán)的爆破開挖之前完成。

2)基點(diǎn)聯(lián)測(cè)。新建監(jiān)測(cè)斷面拱頂下沉初始值觀測(cè)時(shí)，必須將監(jiān)測(cè)基點(diǎn)與最近的施工控制測(cè)量基點(diǎn)聯(lián)測(cè)，以便于遭到破壞后及時(shí)恢復(fù)。此后一周再聯(lián)測(cè)一次;若發(fā)現(xiàn)變形值接近Ⅱ級(jí)警戒值或Ⅰ級(jí)警戒值時(shí)應(yīng)立即聯(lián)測(cè)。

3)檢核避錯(cuò)。初始值觀測(cè)和基點(diǎn)聯(lián)測(cè)，必須采用雙儀高法或往返測(cè)量，并檢查監(jiān)測(cè)基點(diǎn)標(biāo)高、校正拱頂下沉量值。在洞口Ⅴ級(jí)圍巖區(qū)段，監(jiān)測(cè)基點(diǎn)標(biāo)高校正值，可視為仰拱隆起或下沉量。

4)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作中，應(yīng)盡量做到現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)檢核，并評(píng)價(jià)觀測(cè)結(jié)果的可靠度，及時(shí)判讀監(jiān)測(cè)值是否達(dá)到警戒值。

5)精細(xì)操作。包括立(掛)尺子、立腳架、架儀器、照明、瞄準(zhǔn)、讀數(shù)等各項(xiàng)操作，都必須做到操作無誤、有條不紊、配合協(xié)調(diào)。

6)內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備。所有需要內(nèi)業(yè)整理的觀測(cè)數(shù)據(jù)、觀察記錄，都必須當(dāng)天整理完成;并為第2天做好各項(xiàng)準(zhǔn)備，如儀器、工具、記錄本、計(jì)算器等。

5．6 水平收斂測(cè)量要求

采用手持式激光測(cè)距儀進(jìn)行水平收斂測(cè)量時(shí)，需遵循以下要求:

1)上半斷面開挖并施作拱部初期支護(hù)后，應(yīng)及時(shí)測(cè)取拱部水平收斂初始值。一般應(yīng)在本次作業(yè)循環(huán)時(shí)間內(nèi)完成，最遲也應(yīng)在下一個(gè)作業(yè)循環(huán)的開挖之前完成。

2)下半斷面開挖并施作墻部初期支護(hù)后，應(yīng)及時(shí)測(cè)取墻部水平收斂初始值。一般應(yīng)在本次作業(yè)循環(huán)時(shí)間內(nèi)完成，最遲也應(yīng)在下一個(gè)作業(yè)循環(huán)的開挖之前完成。

3)下半斷面開挖后，上半斷面水平收斂應(yīng)繼續(xù)觀測(cè)1～2次，并同時(shí)觀察初期支護(hù)拱腳與墻部連接是否出現(xiàn)開裂、起鼓等現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)開裂、起鼓等現(xiàn)象，應(yīng)繼續(xù)拱部水平收斂監(jiān)測(cè)。

4)水平收斂初始值觀測(cè)時(shí)，必須至少觀測(cè)3次，較差不超過1 mm，取平均值。

5)水平收斂監(jiān)測(cè)(一側(cè))基點(diǎn)可用鋼筋頭埋設(shè)于初期支護(hù)噴射混凝土中，外露1～3 cm，或者用射釘槍將鋼釘訂設(shè)在噴射混凝土中;(另一側(cè))測(cè)點(diǎn)可用反光片粘貼于初期支護(hù)噴射混凝土面上，或者將噴射混凝土面磨光后劃線標(biāo)記(為測(cè)點(diǎn))。

6)利用水準(zhǔn)儀基座與手持式激光測(cè)距儀組合使用，即可以實(shí)現(xiàn)定位和定向(將手持式激光測(cè)距儀固定在水準(zhǔn)儀基座上，將一個(gè)腳螺旋安置在測(cè)點(diǎn)D上，利用另外2個(gè)腳螺旋調(diào)整激光束方向使之瞄準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)E)。

6 圍巖變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)與判讀

在實(shí)際監(jiān)測(cè)工作中，如何通過采用觀察、觀測(cè)、分析等手段，對(duì)圍巖穩(wěn)定狀態(tài)及變形發(fā)展趨勢(shì)作出正確判斷并及時(shí)發(fā)出警報(bào)，是監(jiān)測(cè)工作的重要內(nèi)容之一，更是終極技術(shù)目的。為此，既要解決好對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)，又要解決好監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際現(xiàn)象的對(duì)照，才能做到準(zhǔn)確判讀。

6．1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)

一般認(rèn)為，在隧道施工過程中，圍巖變形量及其發(fā)展過程是可以觀測(cè)到的。并進(jìn)而認(rèn)為:觀測(cè)到的數(shù)據(jù)屬于離散數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)可以應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，得到理想的典型曲線，見圖1。對(duì)其進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和判讀，從而找出數(shù)據(jù)群反映出來的某種現(xiàn)象及規(guī)律。

圖1 理想的典型歷時(shí)曲線Fig．1 Typical curve of deformation VS time

然而，實(shí)踐表明:在實(shí)際隧道施工過程中觀測(cè)到的圍巖變形量數(shù)據(jù)的離散度很大，無論是采用二元回歸還是高階分析，都很難得到理想的典型曲線，見圖2—4。分析其原因是圍巖變形不是一個(gè)簡(jiǎn)單過程，而是一個(gè)受多種因素影響的復(fù)雜過程。

影響圍巖變形過程的主要因素主要有3方面:1)圍巖的非均質(zhì)性和地應(yīng)力的非均布性，使圍巖的變形不可能呈現(xiàn)出一個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)律;2)施工過程的多變，必然使圍巖的變形產(chǎn)生較大的波動(dòng);3)支護(hù)質(zhì)量的不穩(wěn)定，更加劇了圍巖變形數(shù)據(jù)的離散。而觀測(cè)數(shù)據(jù)中也必然包含有誤差甚至是錯(cuò)誤。

6．2 結(jié)合工況數(shù)據(jù)判讀

將數(shù)理統(tǒng)計(jì)技術(shù)和方法應(yīng)用于隧道施工監(jiān)測(cè)工作中時(shí)，如果不將數(shù)據(jù)與施工過程中的實(shí)際現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)照分析，就難以對(duì)圍巖穩(wěn)定狀態(tài)和變形動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)作出準(zhǔn)確和有效的判斷。盡管得到的是一些非典型曲線，但仍然可以從中找到圍巖變形的特征性要素，能夠幫助判斷圍巖穩(wěn)定狀態(tài)及其發(fā)展趨勢(shì)。

現(xiàn)代隧道工程理論分析表明:在隧道施工過程中，因開挖-支護(hù)的交替作用，使圍巖內(nèi)發(fā)生應(yīng)力重分布，表現(xiàn)為圍巖變形(或者圍巖加支護(hù)協(xié)調(diào)變形)。其中，開挖是解除約束，會(huì)使圍巖變形加速;而支護(hù)是增加約束，會(huì)使圍巖變形減緩。具體到臺(tái)階法開挖施工過程中表現(xiàn)為:上半斷面開挖后，圍巖變形量有一個(gè)突增過程，支護(hù)后則應(yīng)減緩;下半斷面左側(cè)(或右側(cè))開挖后，圍巖變形量有一個(gè)突增過程，支護(hù)后則應(yīng)減緩;落底后，圍巖變形量有一個(gè)突增過程，仰拱封閉后則應(yīng)顯著減緩。

本項(xiàng)目已完成的338個(gè)斷面(多數(shù)在Ⅴ級(jí)和Ⅳ級(jí)圍巖區(qū)段，臺(tái)階法開挖)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示:絕大多數(shù)斷面事實(shí)上趨于穩(wěn)定狀態(tài)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，雖然不能呈現(xiàn)理想的典型曲線，但卻顯示出圍巖趨向穩(wěn)定的特征性要素，即變形量累計(jì)值不超過警戒值、變形速度先加后減，見圖2和圖3，成為判斷圍巖趨于穩(wěn)定的重要參考(其中圖2顯示在下半斷面開挖之前幾天，出現(xiàn)一個(gè)短暫的拱頂上抬過程，結(jié)合實(shí)際判斷為側(cè)向擠壓所致;圖3汪家溝隧道ZK30+044斷面在8月10日—12日，出現(xiàn)多次拱頂上抬，結(jié)合實(shí)際判斷為炮震引起)。

而少數(shù)斷面(7個(gè))事實(shí)上趨于不穩(wěn)定狀態(tài)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，根本不能呈現(xiàn)理想的典型曲線，但卻顯示出圍巖趨向失穩(wěn)的特征性要素，即變形量累計(jì)值超過警戒值、變形速度持續(xù)居高，見圖4，成為判斷圍巖趨于失穩(wěn)的重要參考。這些判斷正好契合了現(xiàn)代隧道工程理論分析和實(shí)際施工過程。

此外注意到:有些斷面在初期支護(hù)施作后，圍巖變形速度曲線卻并沒有及時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)。洞內(nèi)觀察發(fā)現(xiàn)其主要原因是初期支護(hù)的拱腳支墊不夠密實(shí)穩(wěn)固、鎖腳錨桿數(shù)量不足或安裝不規(guī)范。而那些趨于不穩(wěn)定狀態(tài)的斷面，也必然產(chǎn)生初期支護(hù)開裂、錯(cuò)臺(tái)、起鼓、脫落、擠入等破壞現(xiàn)象。這些質(zhì)量問題和破壞現(xiàn)象，是判斷圍巖變形發(fā)展趨勢(shì)更為直觀和必不可少的依據(jù)。

7 結(jié)論與建議

1)在監(jiān)測(cè)工作實(shí)踐中，只有解決好對(duì)監(jiān)測(cè)過程的有效控制，同時(shí)解決好監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際現(xiàn)象的對(duì)照，才能保證預(yù)警的準(zhǔn)確、及時(shí)。這是監(jiān)測(cè)工作的基本準(zhǔn)則。

2)在保證合理的人員、設(shè)備投入的前提條件下，執(zhí)行基點(diǎn)聯(lián)測(cè)、檢核避錯(cuò)等6項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作制度，是保證獲得可信的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效途徑。

3)在保證能有效觀測(cè)到圍巖變形量波動(dòng)值的前提條件下，適當(dāng)降低監(jiān)測(cè)儀器的精度要求，并采取與施工過程密切配合的施測(cè)方法，能顯著提高監(jiān)測(cè)效率。

但測(cè)點(diǎn)及塔尺掛鉤、塔尺接頭、手持式激光測(cè)距儀的定向裝置的技術(shù)設(shè)計(jì)問題，還有待與儀器設(shè)備供應(yīng)廠商合作研究開發(fā)，以保證將此類偶然誤差對(duì)觀測(cè)值的影響控制在最低程度。在實(shí)際工作中，還需考慮如何對(duì)監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行有效的技術(shù)培訓(xùn)，以保證將人為偶然誤差對(duì)觀測(cè)值的影響控制在最低程度。

深入研究監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法、儀器精度等與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，研究監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與施工過程之間的關(guān)系，不僅可以指導(dǎo)監(jiān)測(cè)技術(shù)的改進(jìn)和儀器設(shè)備的研發(fā)，更可以為隧道施工提供有效的安全預(yù)警和過程調(diào)控依據(jù)。

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