周東亮 李海彬

摘要:隧道是一項(xiàng)投資大、建設(shè)工期長，技術(shù)復(fù)雜、地質(zhì)條件多變、風(fēng)險(xiǎn)性較大的施工項(xiàng)目。通過對隧道監(jiān)控量測環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)有效管理，防止各類安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。

中圖分類號：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

通過對我國西南地區(qū)1990至2001年十多年間隧道工程事故的統(tǒng)計(jì)分析，可以歸納出隧道工程事故具有如下特征：其中全斷面開挖出現(xiàn)事故的概率最大占46﹪，其次是臺階法占32﹪，上斷面超前開挖法也占12﹪左右；隧道拱頂發(fā)生事故的機(jī)率為50﹪左右，底板和工作面發(fā)生事故的概率也很大各占20﹪；從隧道開挖到支護(hù)過程中，隧道剛剛開挖后不久風(fēng)險(xiǎn)最大，其事故發(fā)生率約為52﹪；隧道開挖過程中和支護(hù)后事故發(fā)生的概率為19﹪左右。

結(jié)合國內(nèi)外隧道施工事故的發(fā)生原因，施工前對危險(xiǎn)因素進(jìn)行分析與評估，施工時(shí)努力做好施工監(jiān)測工作，通過科學(xué)系統(tǒng)及全面的觀測工作，及時(shí)掌握隧道的地質(zhì)與圍巖穩(wěn)定情況，為施工人員提供有效的預(yù)警信息，將施工風(fēng)險(xiǎn)降到最低，從而降低施工人員的人身安全和國家財(cái)產(chǎn)的損失程度。

關(guān)鍵詞：山嶺；隧道；施工監(jiān)測

華西路工程中的大峪子隧道工程長480米，屬于山嶺公路短隧道，采用新奧法施工，新奧法是應(yīng)用巖體力學(xué)的理論，以維護(hù)和利用圍巖的自承能力為基點(diǎn)，采用錨噴為主要支護(hù)手段，能及時(shí)地進(jìn)行支護(hù)，達(dá)到控制圍巖的變形和松弛，采用現(xiàn)場監(jiān)控、量測信息指導(dǎo)施工，即通過對隧道施工中量測數(shù)據(jù)和對開挖面的地質(zhì)觀察等進(jìn)行預(yù)測、預(yù)報(bào)和反饋。并根據(jù)已建立的量測為基礎(chǔ)，對隧道施工進(jìn)行合理調(diào)整，以保證施工安全、工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)為同類隧道工程施工提供有效借鑒。

一、工程概況

華西路（密三路～西峪水庫）工程位于北京市平谷區(qū)西北部，起點(diǎn)為平谷區(qū)劉家店鎮(zhèn)東北的密三路與胡熊路交叉口處，終點(diǎn)為平谷區(qū)西峪水庫東北側(cè)的上鎮(zhèn)村前，線路總長為8.58km。全線在K3+380～K3+860設(shè)置隧道一座——大峪子隧道。該隧道位于大峪子村東北側(cè)，隧道長480m，為公路短隧道。隧道建筑限界：凈寬11.0m（1.0m+0.75m+3.75x2m+0.75m+1.0m），凈高5.0 m。

隧道穿過的山體地表植被發(fā)育，山坡上無大的危巖體，無明顯的崩塌、滑坡、泥石流、不穩(wěn)斜坡等地質(zhì)災(zāi)害，總體看隧道區(qū)無其它不良地質(zhì)作用。本隧道所經(jīng)山體圍巖基本為不透水巖體，僅可能在雨季偶見少量基巖裂隙水，又因地形陡峻，大氣降水流失快，對地下水補(bǔ)給作用小，所以地下水量較小，對工程施工影響很小。

二、隧道施工監(jiān)測方案

1、監(jiān)測目的與任務(wù)

華西路大峪子隧道工程采用新奧法施工，現(xiàn)場監(jiān)測是新奧法施工的重要內(nèi)容，歸結(jié)起來，量測的目的與任務(wù)是掌握圍巖動態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)信息，利用量測結(jié)果修改設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工；預(yù)測險(xiǎn)情，以便及時(shí)采取措施，防患未然；積累經(jīng)驗(yàn)，為二次襯砌提供合理的支護(hù)時(shí)機(jī)，為后續(xù)的工程設(shè)計(jì)施工及運(yùn)營提供可靠信息。

2、監(jiān)測要求

盡快埋設(shè)測點(diǎn)。一般情況下，應(yīng)力、位移的變化在測點(diǎn)前后2倍洞徑范圍內(nèi)最大。第一次測設(shè)宜在埋設(shè)測點(diǎn)后立即進(jìn)行，以便取得初始數(shù)據(jù)，通常要求在爆破后24小時(shí)內(nèi)和下次爆破前測讀初始讀數(shù)。周邊位移及拱頂下沉的測點(diǎn)采用30-50厘米的螺紋22鋼筋制作，外漏端焊接鋼環(huán)，地表沉降的測點(diǎn)采用3×3厘米，長度50厘米左右的木樁，木樁周圍用砂漿固定，木樁頂端測設(shè)鋼釘。

每次量測的過程要迅速，量測時(shí)間宜盡量短。

測點(diǎn)設(shè)置盡量隱蔽，免遭飛石破壞，確保長期有效。地表下沉觀測點(diǎn)應(yīng)能承受雨水沖刷破壞，雨后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢查。

測設(shè)的數(shù)據(jù)要求直觀、準(zhǔn)確和可靠。

測量儀器要有足夠的精度。建立測量儀器的管理制度及臺賬，由專人負(fù)責(zé)儀器的保養(yǎng)、檢測、日常維護(hù)及校驗(yàn)工作，確保精度滿足施工要求。

3、監(jiān)測項(xiàng)目及頻率

依據(jù)華西路工程大峪子隧道的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求，我單位進(jìn)行的具體監(jiān)控量測項(xiàng)目及頻率如表2-1所示。施工中把超前地質(zhì)預(yù)報(bào)納入施工工序，建立以地質(zhì)預(yù)報(bào)工作為先導(dǎo)、以量測為依據(jù)的信息化施工管理體系，委托北京水工資環(huán)新技術(shù)開發(fā)有限公司用地球物理勘探技術(shù)陸地聲納方法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

表2-1監(jiān)控量測項(xiàng)目及頻率

項(xiàng)目名稱 布置 測試時(shí)間

1-15天 16天-1個(gè)月 1-3個(gè)月 3個(gè)月以上

應(yīng)測項(xiàng)目 地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀察 全長度開挖后及初期支護(hù)后進(jìn)行 每次爆破后及初期支護(hù)后

周邊位移 每10-50m一個(gè)斷面，每斷面2-3對測點(diǎn) 1-2次/天 1次/2天 1-2次/周 1-3次/月

拱頂下沉 每10-50m一個(gè)斷面，每斷面2-10對測點(diǎn) 1-2次/天 1-2次/天 1-2次/周 1-3次/月

錨桿拉拔力 每10m一個(gè)斷面，每斷面至少做3個(gè)錨桿 — — — —

選測項(xiàng)目 地表下沉 洞室中心線上，并與洞軸線正交平面的一定范圍內(nèi)部，設(shè)必須要數(shù)量測點(diǎn) 開挖面據(jù)測量斷面<2B時(shí)，1-2次/天

開挖面據(jù)測量斷面<5B時(shí)，1次/2天

開挖面據(jù)測量斷面>5B時(shí)，1次/周

4、監(jiān)測細(xì)則

（1）地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀察

地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀察首先進(jìn)行人工觀測，并借助羅盤儀進(jìn)行測量巖層和斷層的產(chǎn)狀（走向、傾向、傾角等）。每次爆破施工后，先進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，然后由專業(yè)的爆破人員進(jìn)洞查看爆破效果并確認(rèn)安全后，監(jiān)理及我單位的技術(shù)人員進(jìn)入洞內(nèi)，對地質(zhì)情況進(jìn)行觀察與描述，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與原設(shè)計(jì)的地質(zhì)情況描述出入較大時(shí)，及時(shí)與業(yè)主、設(shè)計(jì)、地質(zhì)勘察單位代表聯(lián)系，尋求最佳的解決方案和襯砌支護(hù)形式，確保施工安全。在隧道開挖過程中，關(guān)于地質(zhì)情況的原因而修改設(shè)計(jì)支護(hù)形式，最終的圍巖與原設(shè)計(jì)圍巖對比情況如表2-2所示。

表2-2隧道圍巖情況對比表

原設(shè)計(jì) 變更后

序號 原設(shè)計(jì)段落 長度m 襯砌形式 段落 長度m 襯砌形式

1 K3+380-K3+400 20 Ⅴ級 K3+380-K3+395 15 明洞

2 K3+400-K3+430 30 Ⅳ級 K3+395-K3+407 12 ⅤA1加強(qiáng)

3 K3+430-K3+535 105 Ⅲ級 K3+407-K3+413 6 ⅤA1

4 K3+535-K3+800 265 Ⅳ級 K3+413-K3+425 12 Ⅳ加強(qiáng)

5 K3+800-K3+860 60 Ⅴ級 K3+425-K3+452 27 Ⅳ

6 K3+452-K3+460 8 Ⅲ

7 K3+460-K3+473 13 Ⅳ

8 K3+473-K3+480 7 ⅤB

9 K3+480-K3+528 48 Ⅳ

10 K3+528-K3+567 39 Ⅳ加強(qiáng)

11 K3+567-K3+765 198 Ⅳ

12 K3+765-K3+790 25 ⅤA3

13 K3+790-K3+820 30 ⅤB

14 K3+820-K3+845 25 ⅤA2

15 K3+845-K3+860 15 明洞

總計(jì) 480 總計(jì) 480

（2）周邊位移及拱頂下沉

隧道洞壁變形分為周邊位移與拱頂下沉，是華西路大峪子隧道工程的必須觀測項(xiàng)目。測線布置如圖2-1所示。

圖2-1周邊位移與拱頂下沉測線布置圖

周邊位移反映隧道凈空變化，采用JSS30A收斂計(jì)進(jìn)行量測，操作步驟大致分為3步：第一步預(yù)估2測點(diǎn)件的距離，將鋼尺固定在所需的長度上，懸掛儀器，調(diào)整鋼尺張力，調(diào)整螺旋千分尺，直至內(nèi)導(dǎo)桿與套上的刻度重合。第二步讀數(shù)，鋼尺讀數(shù)為長度首數(shù)，螺旋千分尺讀數(shù)為尾數(shù)，測距=首數(shù)＋尾數(shù)，每條基線應(yīng)重復(fù)測3次，并取平均值，當(dāng)3次讀數(shù)極差大于0.05毫米時(shí)，應(yīng)重新測量。記錄有效數(shù)據(jù)并進(jìn)行溫度修整。第三步數(shù)據(jù)分析，計(jì)算收斂值及收斂速率。

拱頂下沉是通過觀測拱頂測點(diǎn)的不同時(shí)刻高程，求出2次差值，即為該點(diǎn)的下沉值，每次高程均觀測3次，取平均值。采用水準(zhǔn)儀、測距儀及收斂計(jì)等進(jìn)行觀測。進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，推算最終位移和掌握位移變化規(guī)律，水平收斂小于0.2mm/d，拱頂下沉小于0.15 mm/d，而且位置達(dá)到總位移值的80%以上時(shí)，可以進(jìn)行二次襯砌施工。

（3）錨桿拉拔力

錨桿拉拔力是指錨桿承受的最大拉力，它是錨桿材料、加工與施工安裝質(zhì)量優(yōu)劣的綜合反映。通過測定錨桿的錨固力可以監(jiān)測是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而判斷錨桿的長度是否適宜，同時(shí)檢查錨桿的安裝質(zhì)量。本工程采用HC-10-100系列錨桿拉拔儀，測量范圍為0-100kn，操作步驟大致分為3步：第一步對儀器進(jìn)行檢查，查看液壓缸是否退回缸體內(nèi)，油量是否達(dá)到4/5高度，液壓系統(tǒng)混有的空氣是否排凈。第二步錨桿監(jiān)測，液壓油缸與被測錨桿連接好后，均勻壓動手動泵，壓力增加直至增加到最大值，此時(shí)數(shù)值即為抗拉最大值。第三步數(shù)據(jù)整理與分析，本工程所測的錨桿拉拔力范圍為56.12-78.80kn，設(shè)計(jì)要求錨桿拉拔力為50.00kn，實(shí)測錨桿抗拔力大于設(shè)計(jì)要求50.00kn，監(jiān)測結(jié)果合格。

（4）地表下沉

主要量測隧道施工引起的地表變形值，本工程采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行量測，首先測定隧道頂原地面高程，算出埋置深度，通過埋置深度與隧道開挖寬度的關(guān)系確定開挖范圍，即確定測量的范圍，在測量區(qū)域內(nèi)布置測點(diǎn)，地表下沉觀測點(diǎn)布置如圖2-2所示。地表沉降的測點(diǎn)采用3×3厘米，長度50厘米左右的木樁，木樁周圍用砂漿固定，木樁頂端測設(shè)鋼釘。雨季施工時(shí)，應(yīng)保護(hù)好測點(diǎn)，防止雨水沖刷擾動或破壞測點(diǎn)，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。首次觀測時(shí)，對觀測點(diǎn)進(jìn)行3次觀測，取平均值為初始高程。依據(jù)開挖斷面與量測斷面的距離，確定量測的頻率。通過觀測高程與初始高程的比較得出地表下沉值。通過量測發(fā)現(xiàn)，地表沉降值在10-14d出現(xiàn)最大值，進(jìn)口最大沉降值為18.6mm，出口最大沉降值為16.3mm，均不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

圖2-2地表下沉觀測點(diǎn)布置圖

5、數(shù)據(jù)分析及信息反饋

監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的分析包括以下工作：數(shù)據(jù)校核、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)分析并對隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)，以反饋施工。繪制位移與時(shí)間變化的曲線，如圖2-3所示。當(dāng)曲線變化較為平緩時(shí)，為正常曲線，此時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，推算最終位移和掌握位移變化規(guī)律，水平收斂小于0.2mm/d，拱頂下沉小于0.15 mm/d，而且位置達(dá)到總位移值的80%以上時(shí)，可以進(jìn)行二次襯砌施工。當(dāng)曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)時(shí)，為反常曲線，即位移出現(xiàn)急劇增長現(xiàn)象，圍巖和支護(hù)呈不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)加密觀測和與設(shè)計(jì)單位聯(lián)系，更改支護(hù)形式，必要時(shí)停止施工。為施工人員提供預(yù)警信息，避免人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的事件發(fā)生。

位移u（mm） 位移u（mm）

時(shí)間t（d）時(shí)間t（d）

正常曲線 反常曲線

圖2-3位移與時(shí)間變化曲線圖

結(jié)語

雖然隧道是一項(xiàng)投資大、建設(shè)工期長，技術(shù)復(fù)雜、地質(zhì)條件多變、風(fēng)險(xiǎn)性較大的施工項(xiàng)目。但是通過科學(xué)系統(tǒng)及全面的觀測工作，是可以減少甚至避免傷亡事故的發(fā)生，大峪子隧道工程以“零”傷亡事故順利完成施工任務(wù)。為類似工程施工提供有效借鑒。

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