胡琴

（宣城市公路管理局寧國分局）

高等級公路隧道施工及監(jiān)控技術(shù)研究

胡琴

（宣城市公路管理局寧國分局）

在高等級公路施工過程中，隧道施工是經(jīng)常遇到的施工環(huán)節(jié)，它是公路工程重要組成部分。隨著我國高等級公路路網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，隧道施工越來越普遍，超長長度、斷面大、挖深大的公路隧道數(shù)量不斷增加，在這些隧道施工過程中，傳統(tǒng)隧道施工技術(shù)已難以保證施工安全，這就必須要?jiǎng)?chuàng)新隧道施工監(jiān)控技術(shù)，為施工提供可靠的監(jiān)控技術(shù)支持。本文采用實(shí)證研究方法，對宣城市營盤山公路隧道施工監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行了具體分析，以為工程實(shí)踐提供有益指導(dǎo)。

高等級公路；隧道施工；監(jiān)控技術(shù)

本文采用實(shí)證研究方法，選取龍宣城市營盤山公路隧道作為分析對象，對該工程施工監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行具體分析。針對營盤山隧道施工特點(diǎn)，制定了一套現(xiàn)場監(jiān)控量測方案，全面介紹了該隧道監(jiān)控方案的監(jiān)測設(shè)備使用、測點(diǎn)布局、量測斷面間距、施工監(jiān)控、量測頻率及量測數(shù)據(jù)采集方法和技術(shù)要點(diǎn)，對數(shù)據(jù)采集過程進(jìn)行了深入分析和闡述，為優(yōu)化施工方案和加強(qiáng)施工安全管理提供可靠技術(shù)支持，也為超長度、大埋深公路隧道施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 營盤山隧道工程概況

營盤山隧道位于宣州區(qū)敬亭辦事處巷口橋村境內(nèi)，是宣南銅高速公路重點(diǎn)工程項(xiàng)目，施工難度大、工期緊，其巖層地質(zhì)是典型的“北方紅層”，成巖時(shí)間短、巖層構(gòu)造復(fù)雜、土層十分活躍、巖石強(qiáng)度較低、節(jié)理裂隙較多。由于項(xiàng)目工期較緊，施工前期地質(zhì)勘探工作無法全面鋪開，施工地質(zhì)資料較少，這對工程設(shè)計(jì)來說面臨著諸多不利因素。在情況下開展隧道施工活動，很容易遇到各種意外風(fēng)險(xiǎn)，可能造成不必要的生命財(cái)產(chǎn)損失。

對此，營盤山公路隧道采用新奧法設(shè)計(jì)和施工方案，所有現(xiàn)場監(jiān)控量測列入設(shè)計(jì)文件，以控制施工全過程?，F(xiàn)場監(jiān)控量測對象對隧道施工周邊圍巖和支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為前期施工支護(hù)和模筑混凝土襯砌提供技術(shù)參數(shù)，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給施工設(shè)計(jì)部門，靈活調(diào)整和優(yōu)化施工設(shè)計(jì)和方案，最大程度提高施工安全性和經(jīng)濟(jì)性。圍巖量測是新奧法施工設(shè)計(jì)常用的一種監(jiān)控技術(shù)，它在實(shí)踐中積累了十分豐富的經(jīng)驗(yàn)。本文將對營盤山隧道施工監(jiān)控技術(shù)及具體應(yīng)用進(jìn)行具體闡述和介紹（如圖1）。

圖1 隧道監(jiān)測信息管理流程圖

2 現(xiàn)場監(jiān)控量測實(shí)施方案

2.1 現(xiàn)場監(jiān)控儀器及要求

隧道施工監(jiān)控是在探測開挖工作面前方一段距離內(nèi)圍巖工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，根據(jù)施工現(xiàn)場地質(zhì)觀測情況，對可能出現(xiàn)的斷層、巖溶、涌水等地質(zhì)問題進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)測，為調(diào)整施工方案和做好預(yù)防措施提供參考依據(jù)。監(jiān)控技術(shù)主要有坑探、鉆探（超前水平巖芯勘探）以及物探等方法，其中前兩種方法及物探都要使用到地震聲波監(jiān)測儀，目前比較常見的設(shè)備儀器是瑞士徠卡TSP202。但是這種設(shè)備售價(jià)昂貴，經(jīng)常需要停工維修保養(yǎng)，使用成本較高，無法滿足緊張施工任務(wù)要求。對此，本文采用地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)，對前方30m以內(nèi)施工地段地質(zhì)情況進(jìn)行探測，例如巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育情況、巖溶、含水性等進(jìn)行有效監(jiān)控。本文采用美國產(chǎn)SIR-2型彩顯地質(zhì)雷達(dá)作為監(jiān)控設(shè)備，同時(shí)輔以100MHZ雷達(dá)天線加強(qiáng)監(jiān)測信號，它可以保證連續(xù)多個(gè)工作日監(jiān)測，為施工指揮部提供最新數(shù)據(jù)參考。

過去主要采用收斂計(jì)來監(jiān)測項(xiàng)目周邊位移、拱頂下沉，收斂計(jì)精度較高，最大精度可精確到0.01mm。由于營盤山隧道地質(zhì)條件比較復(fù)雜，初期支護(hù)發(fā)生整體下沉的幾率較大，單純收斂計(jì)量測不能全面監(jiān)控拱頂下沉情況，而如果采用了水平儀及測桿，又會大幅降低監(jiān)測精度，影響隧道施工設(shè)計(jì)優(yōu)化效果。對此，本文采用瑞士徠卡最先進(jìn)的TCA2003高精度全站儀，其精度完全可以滿足隧道監(jiān)控技術(shù)要求。

2.2 現(xiàn)場量測技術(shù)要求

現(xiàn)場監(jiān)控量測項(xiàng)目及量測方法具體可見表1。①測點(diǎn)選址要科學(xué)合理，力求覆蓋全面；②測試元件和設(shè)備具有較強(qiáng)的抗震能力，埋設(shè)后能夠穩(wěn)定工作；③在進(jìn)行設(shè)備組裝之前，要對其進(jìn)行綜合測試和檢驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)故障要立即采取措施應(yīng)對；④要保證量測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，避免人為、設(shè)備故障造成進(jìn)度下降；⑤設(shè)備儀器測試結(jié)束后，要對其進(jìn)行檢查，確保所有儀器、儀表處于正常工作狀態(tài)。要匯總監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和資料，做好存檔工作。

表1 現(xiàn)場監(jiān)控量測項(xiàng)目及量測方法

2.3 量測斷面間距、測點(diǎn)布置

量測間距根據(jù)設(shè)計(jì)方案執(zhí)行。測點(diǎn)布設(shè)情況如下：對開挖斷面設(shè)置三條水平收斂線，斷面拱形處水平布設(shè)一條，起拱線下1m處布置一條，路面上方1m處布設(shè)一條；正臺階開挖時(shí)水平收斂基線不少于三條，基地水平線下放1m處布設(shè)一條，起拱線下放1m深處布設(shè)一條，路面上方1m處水平布置一條。斷面拱頂下沉測點(diǎn)沿著斷面布設(shè)三個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。

2.4 施工過程監(jiān)測

（1）施工點(diǎn)周圍水平位移（收斂）監(jiān)測。測點(diǎn)鋪設(shè)設(shè)計(jì)：噴錨支護(hù)完成后，在巖壁上鉆出直徑為40mm，深度為200mm的圓孔，插入固定桿之后灌入固化劑，固定桿外露長度不超過60mm，以避免受到外力損壞。要保證同一基線上的兩測點(diǎn)在同一個(gè)水平面上，固化劑凝固后再實(shí)施量測工作。量測操作步驟：使用隧道數(shù)顯收斂計(jì)量測，嚴(yán)格按照量測技術(shù)規(guī)范做好參數(shù)記錄。

（2）拱頂下沉量測。拱頂位移量測點(diǎn)同樣使用風(fēng)槍鉆鑿直徑為40mm，深度為200mm的圓孔，插入并固定好固定桿，同時(shí)在外露桿頭處設(shè)掛鉤。要嚴(yán)格控制測點(diǎn)大小，過小會影響測量掃描效果；過大容易受到外力損毀。在隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程中，要加強(qiáng)量測點(diǎn)保護(hù)，如果發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)被巖土掩埋，要檢查其是否收到損毀，以保證后期量測正常進(jìn)行。

測量拱頂下沉需要使用水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺、掛鉤式鋼尺作為輔助工具，可以將測量精度提高到1mm。量測過程中，只需要使用一把6～8m長的掛鉤式鋼尺。

（3）地表下沉量測。測點(diǎn)布設(shè)要與洞內(nèi)收斂、拱頂下沉量測斷面保持相一致，地表下沉量測點(diǎn)主要布設(shè)在隧道中線周圍，并在開挖處前方H+ h1處設(shè)置測量點(diǎn)（H為隧道埋深，h1為上半斷面標(biāo)高），直到開挖面后方約2B～4B處。

測量步驟：使用水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺作為輔助工具，可以將精度提高到2～4mm。在布設(shè)測量點(diǎn)時(shí)，可以使用經(jīng)緯儀作為輔助，確保所有測點(diǎn)布設(shè)在同一個(gè)水平面上。測點(diǎn)鋼筋固定后，將鋼筋頭表面打磨光滑，并在其表面做好數(shù)字標(biāo)識。

2.5 量測頻率

量測頻率具體可見表2。

表2 量測頻率表

2.6 量測數(shù)據(jù)搜集和匯總

為最大程度降低外部因素干擾影響，盡量安排在每天同一個(gè)時(shí)間段采集量測數(shù)據(jù)。將儀器采集到的數(shù)據(jù)人工輸入到專用工作表格上。原始記錄表格要存入技術(shù)檔案當(dāng)中，以備后期核驗(yàn)。所有數(shù)據(jù)采用電算化技術(shù)分析處理，依靠專業(yè)軟件進(jìn)行讀取和分析，以對隧道圍巖和襯砌監(jiān)控情況進(jìn)行科學(xué)、全面分析。

根據(jù)監(jiān)測設(shè)計(jì)和工作方案，監(jiān)測一段時(shí)間后，用專業(yè)軟件進(jìn)行位移分析，為下一階段隧道施工提供可靠參考依據(jù)，并編制監(jiān)測報(bào)告。全部監(jiān)控量測結(jié)束后，對數(shù)據(jù)、資料進(jìn)行匯總和分析，形成一個(gè)總體監(jiān)測觀察報(bào)告。

3 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析和信息反饋

根據(jù)量測搜集到的數(shù)據(jù)，繪制時(shí)間—位移曲線。一般繪制正常曲線和反常曲線（見圖2）。圖a是指隨著絕對位移值不斷減小，支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)可以進(jìn)行混凝土襯砌。圖b是指隧道巖層位移變化異常，反彎點(diǎn)初期支護(hù)發(fā)生明顯形變，此時(shí)要引起施工設(shè)計(jì)人員高度重視，要對該段支護(hù)采取特別措施，以避免隧道塌方；嚴(yán)重時(shí)要全部撤離施工人員和設(shè)備。

圖2 時(shí)間-位移特長曲線圖

4 營盤山隧道工程監(jiān)控案例分析

營盤山隧道K401+632斷面，位移-時(shí)間曲線具體見圖3。從圖中可以看出，4號，3號點(diǎn)為拱頂，1號、2號、4號、5號點(diǎn)分別為左、右拱腳及拱腰，拱腳1、5號水平位移距離為100mm，2號、4號拱腰為90mm、64mm，3號點(diǎn)拱頂下沉-39mm，且拱腳及拱腰沒有發(fā)生下沉，這使得鋼支撐發(fā)生折損。究其原因，主要是隧道內(nèi)部存大較大的側(cè)壓力，拱頂初期支護(hù)施工完成后，回填涂料壓實(shí)度偏低，存在空洞。因此，可采取對拱頂注漿措施進(jìn)行加固，水平位移十分接近預(yù)設(shè)變形量，拱頂初期支護(hù)已發(fā)生損毀，因此要加強(qiáng)初期支護(hù)。

圖3 營盤山時(shí)間-位移（垂直）曲線圖

5 結(jié)語

高等級公路隧道跨度較大，地質(zhì)條件十分復(fù)雜多變，十分有必要開展隧道監(jiān)測工作，這是有效預(yù)防施工事故和設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)的重要措施。由于隧道施工地質(zhì)條件十分復(fù)雜，進(jìn)行工程類比或者完成準(zhǔn)確性的理論測算都是不可能完成的，因此采用現(xiàn)場量測判斷支護(hù)設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，并為施工設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，這是監(jiān)控主要功能和價(jià)值。隧道監(jiān)控量測涉及多種專業(yè)技術(shù)，需要多個(gè)專業(yè)部門配合實(shí)施量測工作，要盡量選擇有專業(yè)資質(zhì)的單位來實(shí)施，同時(shí)采用比較先進(jìn)的量測儀器和設(shè)備。

[1]《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ42-94）[S].

[2]夏至光，李燦華.地下工程測試?yán)碚撆c監(jiān)測技術(shù)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2007.

U455

A

1004-7344（2016）05-0161-02

2016-2-5

胡琴（1979-），女，助理工程師，本科，主要從事于國、省道的公路、橋梁、隧道等項(xiàng)目管理與養(yǎng)護(hù)工作。