黃鑫

摘 要：本文針對拱頂下沉、洞內周邊收斂等項目進行了監(jiān)測，以便對工程結構的穩(wěn)定性及其周圍環(huán)境的影響適時評判，及時預測和預防施工中可能出現的不利局面，動態(tài)地組織和指導施工。

關鍵詞：監(jiān)測；拱項下沉；洞內周邊；收斂

一、量測項目的確定及量測頻率

（一）量測項目的確定。地下工程監(jiān)測項目的確定、監(jiān)測斷面及測點的布置、儀器設備的選擇及元件的埋設方法。主要考慮如下因素：① 工程地質和水文地質情況；② 結構的埋深、跨度、結構的類型和施工工藝；③ 結構施工影響范圍內地表建筑物及地下結構物的結構特點。形狀及其尺寸等；④ 設計提供的變形及其它控制值以及安全儲備系數等；⑤ 業(yè)主或合同規(guī)定的需特殊注意的項目等；⑥ 監(jiān)測項目應直觀明了，且數據易于處理分析。

鑒于上述分析，量測項目如表5-1所示

說明：1.以上所設定的觀測頻率為正常情況下的固定頻率，當出現異常情況，將根據現場實際情況增加觀測頻率。2.測點數量及布置參考規(guī)范要求和設計圖紙，根據現場實際情況和量測的條件布置。

（二）監(jiān)控量測的方法及測點布置。（1） 隧道內水平收斂量測。結構內水平收斂觀測點的布置與地表沉降觀測點在同一斷面上，測點加工時應保證測點與量測儀器連接光滑密貼。埋設時保證測點錨栓與圍巖或支護穩(wěn)固連接，變形一致，并統一編號，做好明顯警示標志，防止人為損壞。測點盡量靠近開挖面布置，結構開挖后，應及時埋設測點，以測得開挖后的變形，離開挖面不得大于2m，在每環(huán)初次支護完成24h以內，在下一循環(huán)開挖前，記錄初次讀數，以三次數據的平均值作為初始讀數。采用Jss30型數顯收斂計進行量測，量測精度為0.1mm。（2） 拱頂下沉量測。拱頂下沉觀測點與水平凈空收斂觀測點布設在同一斷面內，埋設時保證測點錨栓與圍巖或初期支護穩(wěn)定連接。測點盡量靠近開挖面布置，距開挖面不大于2m，在每次初次支護完成后24h以內，在下一開挖循環(huán)開始前，初次記錄讀數，以三次平均值作為初始讀數。利用工作基點使用水準測量方法觀測，觀測精度為1mm。工作基準點設在豎井內，保證基點穩(wěn)定可靠。（3） 隧道底部隆起量測。觀測點埋設在隧道底板，每個量測斷面埋設3個測點，采用水準測量方法觀測，與拱頂下沉共用一個基準點。（4） 應力應變量測。應力應變量測包括圍巖與初次支護之間、初期支護與二次襯砌之間接觸應力的測試，支護結構內力測試。

圍巖與初期支護之間、初期支護與二次襯砌之間接觸應力的測試采用TGH型振弦式壓力盒，選擇有代表性的斷面埋設壓力盒，每個測試斷面共布置22個壓力盒，埋設時應保證壓力盒與圍巖密貼，埋設后將壓力盒的電纜線引出統一編號，并量測壓力盒的初始讀數。TGH型振弦式壓力盒，量程為0.5MPa，接收裝置為GSJ-2A型智能檢測儀。TGH型振弦式壓力盒主重要技術參數為：準確度0.5%FS～1.0%FS；重復性：0.2%FS～0.4%FS；分辨率0.01%FS。

襯砌結構鋼筋受力量測采用GGLJ-25型鋼筋應力計，可測拉應力，也可測壓應力。接收裝置為GSJ-2A型智能檢測儀。在同一個格柵支撐上選擇截面受拉，受壓最大及拐點部位埋設。應力計的安設將所測受力主筋相應部位截去與鋼筋應力計等長的部分，采用幫條雙面焊將鋼筋應力計與主筋焊成一整體。將鋼筋應力計的電纜線統一編號，并測初始讀數。

GGLJ-25型振弦式鋼筋應力計由GGLJ型振弦式鋼筋應力傳感器和GSJ-2A型多功能電腦檢測儀組成。應用時，傳感器兩端焊接在結構體內的鋼筋上（替代一段鋼筋），通過水工電纜連接到GSJ-2A型智能檢測儀。啟動電源，儀器里的激發(fā)電路使傳感器中的鋼弦振動，傳感器將鋼筋承受的拉應力或壓應力轉換為頻率信號輸出，檢測儀精確測定頻率，按傳感器的精確數學模型計算、顯示鋼筋的應力值。GGLJ型振弦式鋼筋應力計的主要性能參數為：連接桿長度：800mm；拉伸量程 0～200MPa；壓縮量程 0～150MPa；準確度0.5%FS；1.0%FS。分辨率0.01%FS。

二次襯砌混凝土受力量測采用HGBJ型混凝土應變計，接收裝置為GSJ-2A型智能檢測儀。

二、監(jiān)測數據的處理與反饋

采用如下三種方法進行處理

（1） 列表法：根據量測的預期目的和內容，設計數據的規(guī)格和形式，利于數據的填寫和比較，重要數據和計算結果表示突出，該方法用于平時的數據積累和單報表的填寫。（2） 圖形表示法：在選定的坐標系中，根據量測數據畫出幾何圖形來表示量測結果。該方法用于各階段量測數據分析，直觀、形象地反映量測項目的變化趨勢，為分析報告的主要內容。（3） 解析法：通過對量測數據的計算，求出各變量之間關系的經驗公式（回歸公式），推算出最終位移值。該方法用于階段性的量測數據分析、預測，為分析預測、預報的主要內容。

現場量測數據經過及時進行整理，繪制位移或應力的時態(tài)變化圖，適時進行回歸分析，以預測該測點可能出現的最大位移或應力值，掌握位移及應力變化規(guī)律，評價施工、結構及可能影響的構筑物的安全度。

三、監(jiān)控量測的成果與分析

（一）結構洞內水平收斂。從本結構施工過程中對各洞室進行水平收斂量測來看，結構水平收斂主要發(fā)生在結構的開挖支護結束后，噴射混凝土未達到設計強度之前，此時洞內水平收斂速率最大。由圖1結構水平收斂歷時曲線圖可以看出，待支護結構充分發(fā)揮本身的強度后，水平收斂基本穩(wěn)定，且最大收斂值為 15 mm。

（二）頂板下沉。頂板下沉主要體現在初期支護結構穩(wěn)定前和初期支護結構穩(wěn)定后的整個結構下沉兩方面。在結構開挖后，初期支護未達到設計強度之前，頂板下沉主要由豎向圍巖壓力引起，沉降速率由2～3mm/d逐漸見小。初期支護結構穩(wěn)定后，由于結構底部承載力不夠，會產生結構整體下沉而引起頂板沉降。施工支護過程中，加強對結構底部及鎖腳的注漿加固，可以減少結構的頂板沉降，這一點從圖2頂板典型斷面沉降歷時曲線圖和圖3頂板沉降速率歷時曲線圖可以看出，頂板在后期的沉降很小。最大拱頂沉降為 54 mm。

（三）結構底部隆起。從監(jiān)測的情況看結構底部隆起基本與頂板下沉同步，但與同期拱頂下沉速率相比偏小，具體見圖4。最大底部隆起值25mm。

（四）圍巖與襯砌之間的接觸應力。圍巖壓力是隧道結構受力與安全的關鍵因素，可以動態(tài)地了解在開挖與支護中圍巖應力場的分布狀態(tài)，有利于調整初次襯砌的參數，達到安全施工的目的。圖5-14為本工程的典型量測斷面的圍巖接觸應力大致分布圖，該圖是應力盒埋設結束后的18天圍巖與初次支護之間的接觸應力的結果。從圖中可以看出，圍巖與初次支護接觸應力最大的位置分布在結構底部、邊墻與頂板的拐角、底板與邊墻的拐角位置，其應力在0.07～0.65MPa，因此在結構施工中應加強這3個位置的監(jiān)測力度，確保施工安全。

從圖中可以看出，淺埋暗挖法施工的隧道，因其上方無法形成承載拱，理論上應按頂板以上全部土柱的重量計算地層的豎向壓力。以本工程的平均覆土深度5m來計算，根據地質勘測資料，頂板覆土的平均容重為18.0kN/m，側壓應力系數取為0.5，則理論上地層的豎向壓力應為0.09MPa，側向壓應力為0.045MPa。實測的地層豎向壓力較理論值偏小，側向土壓力較理論值偏大，分析其原因一是由于地鐵與隧道多次施工，土體開挖，圍巖多次受擾動造成一定量的水土損失，二是兩邊對打Φ159mm大管棚，管棚支撐在支架上，相當于在隧道頂部形成一個板梁，則板梁可承載一部分土壓力，且向兩邊傳遞。在側向則不具備此效應，且由于側向管棚的類墻作用，產生應力集中，因此側向土壓力較理論值偏大。小導管注漿更加大了這一管棚效應。

（五）格柵支撐的內力。地下結構主要采用Φ28的主筋加工的格柵鋼支撐，針對主筋的工作狀態(tài)及受力情況，對部分格柵進行不同部位的主筋受力量測，圖5-15為格柵鋼支撐的鋼筋應力分布圖，從圖中可以看出，應力較大值分布于結構的側邊墻、頂板與邊墻的拐角、結構的底部，在結構的底部最大應力為

119.237MPa，開挖跨度大的部位與頂板與邊墻的拐角處應力較高，但均未超過180 MPa。

結論：（1） 從施工監(jiān)測結果看，在施工過程中，地下管線及地下結構本身是安全的，這就說明該工程制定的超前大管棚支護、超前小導管注漿加固、掌子面及時封閉、臨時型鋼支撐、短臺階法等施工方法是成功的。（2） 圍巖壓力，理論值與實測值有所差別，究其原因雙向對打超前大管棚支護的作用不可忽視。

參考文獻：

[1] 王夢恕. 地下工程淺埋暗挖技術通論. 北京： 科學出版社， 2004

[2] 施仲衡. 淺埋暗挖法設計理論論述. 現代隧道技術， 2005， 42（2）： 37-39