賴偉清，陳華國(guó)

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第五分局，四川 雙流，610225)

玉蟾山隧道施工監(jiān)控量測(cè)淺談

賴偉清，陳華國(guó)

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第五分局，四川 雙流，610225)

我國(guó)公路隧道已廣泛應(yīng)用新奧法技術(shù)進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)和施工，但由于隧道工程的復(fù)雜性及圍巖山體力學(xué)特性的模糊性，設(shè)計(jì)中要準(zhǔn)確地把握“荷載”是不可能的，因而對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)視為一種預(yù)設(shè)計(jì)。為了準(zhǔn)確把握隧道內(nèi)地質(zhì)情況、開(kāi)挖方法、支護(hù)時(shí)間及順序等對(duì)圍巖壓力的影響，就需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，掌握圍巖的實(shí)際工作狀態(tài)和變化趨勢(shì)，從而判斷圍巖的穩(wěn)定狀況，為優(yōu)化設(shè)計(jì)施工提供依據(jù)。加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，預(yù)防塌方，以便及時(shí)處理，并評(píng)價(jià)支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理性及安全性，對(duì)保證工程安全、質(zhì)量、工期，控制造價(jià)等具有重要作用。

隧道施工 監(jiān)控 測(cè)量 玉蟾山隧道

1 工程概況

玉蟾山隧道左線起訖樁號(hào)為ZK1852+840.0～ZK1854+128.0(總長(zhǎng)1288m)，右線起訖樁號(hào)YK1852+888.0～YK1854+125.5(總長(zhǎng)1237.5m)。隧道進(jìn)口左右幅凈距32.4m，采用削竹式洞門(mén)，隧道出口左右洞凈距8.16m，為小凈距隧道，采用端墻式洞門(mén)。

玉蟾山隧道穿越古佛山背斜，無(wú)活動(dòng)性斷層，區(qū)域地質(zhì)整體穩(wěn)定性較好，隧道與構(gòu)造線成垂直相交，圍巖以較軟巖泥質(zhì)砂巖、砂巖為主，灰?guī)r、泥巖、頁(yè)巖次之，隧道圍巖劃分為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)，其中Ⅲ級(jí)圍巖占20.15%、Ⅳ級(jí)圍巖占47.4%、Ⅴ級(jí)圍巖占32.45%。隧址區(qū)屬華鎣山斷裂帶地震波及區(qū)，相鄰的永川、榮昌曾發(fā)生多次3.4～5.2級(jí)地震。據(jù)四川省地震局編制的《四川地震目錄》和《川南國(guó)土規(guī)劃》的危險(xiǎn)區(qū)劃圖，本區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，地震動(dòng)峰值加速度0.05g。瀘縣及鄰區(qū)為相對(duì)穩(wěn)定區(qū)。

2 監(jiān)控量測(cè)的目的

玉蟾山隧道按新奧法設(shè)計(jì)，采用復(fù)合式襯砌，為了保證安全﹑高速﹑優(yōu)質(zhì)完成隧道的施工任務(wù)，并將隧道工程的設(shè)計(jì)﹑施工納入動(dòng)態(tài)的科學(xué)管理中，使隧道施工處于安全、經(jīng)濟(jì)、合理穩(wěn)定狀態(tài)，隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是必不可少的手段之一。根據(jù)監(jiān)控量測(cè)采集的數(shù)據(jù)，利用先進(jìn)的分析手段，對(duì)圍巖進(jìn)行有效的控制，維護(hù)和提高圍巖的自承能力。按《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》(JTSF60-2009)要求，通過(guò)對(duì)洞口地表下沉的監(jiān)測(cè)，保證洞口施工安全，順利進(jìn)洞；通過(guò)對(duì)洞內(nèi)圍巖拱頂下沉及周邊收斂以及各種結(jié)構(gòu)受力的監(jiān)測(cè)，了解圍巖的變形狀態(tài)，判定圍巖是否穩(wěn)定，支護(hù)參數(shù)是否合理，確保施工安全，同時(shí)為二次襯砌支護(hù)時(shí)間提供數(shù)據(jù)，保證施工安全順利完工。因此，實(shí)施監(jiān)控量測(cè)無(wú)論是對(duì)隧道的施工管理，還是為促進(jìn)隧道技術(shù)發(fā)展積累科學(xué)依據(jù)，都具有十分重要的意義，具體體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：

(1)通過(guò)施工監(jiān)測(cè)進(jìn)行信息反饋及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，優(yōu)化施組設(shè)計(jì)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，確保隧道施工的安全與質(zhì)量，保障工程項(xiàng)目的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益；

(2)掌握圍巖動(dòng)態(tài)，了解支護(hù)結(jié)構(gòu)在不同工況時(shí)的受力狀態(tài)和應(yīng)力分布，對(duì)圍巖穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)；

(3)驗(yàn)證支護(hù)結(jié)構(gòu)型式、支護(hù)參數(shù)，評(píng)價(jià)支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工方法的合理性及安全性，為隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及施工方法調(diào)整提供依據(jù)。

3 隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)方法

根據(jù)圍巖類別、隧道工程規(guī)模、圍巖條件、支護(hù)類型和施工方法等選擇測(cè)量項(xiàng)目?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目分為必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目。必測(cè)項(xiàng)目包括①地質(zhì)與支護(hù)狀態(tài)觀測(cè)；②周邊位移量測(cè)；③拱頂下沉量測(cè)；④地表沉降觀測(cè)；⑤瓦斯監(jiān)測(cè)。選測(cè)項(xiàng)目包括①圍巖內(nèi)部位移；②噴混凝土應(yīng)力量測(cè)；③錨桿軸力；④二次襯砌壓應(yīng)力量測(cè)；⑤鋼支撐內(nèi)力。

3.1 地質(zhì)及支護(hù)狀況觀察

隧道掌子面每次爆破后和初噴后通過(guò)眼睛觀察、地質(zhì)羅盤(pán)和錘敲檢查，描述和記錄圍巖地質(zhì)情況(包括巖性、巖層產(chǎn)狀、裂隙、圍巖完整性和穩(wěn)定性，地下水情況)，判斷圍巖級(jí)別是否與設(shè)計(jì)相符，填寫(xiě)圍巖級(jí)別判定卡，必要時(shí)應(yīng)拍照；測(cè)量地下水流量，觀察支護(hù)效果。開(kāi)挖面每次開(kāi)挖后進(jìn)行一次觀察；已施工段每天至少進(jìn)行一次觀察；洞外觀察，包括洞口地表情況、地表沉陷。

3.2 拱頂下沉量測(cè)

拱頂下沉量測(cè)是在隧道開(kāi)挖毛洞的拱頂及軸線左右2m～3m共設(shè)3個(gè)帶掛鉤的錨樁，測(cè)樁深度30cm，鉆孔直徑φ42mm，用快凝水泥或早強(qiáng)錨固劑固定，測(cè)樁頭需設(shè)保護(hù)罩。用精密水準(zhǔn)儀、鋼卷尺量測(cè)拱頂下沉。

3.3 圍巖周邊位移量測(cè)

在預(yù)設(shè)點(diǎn)的斷面，隧道開(kāi)挖爆破后，沿隧道周邊的頂拱、拱腰和邊墻部位分別埋設(shè)測(cè)樁。測(cè)樁深度30cm，鉆孔直徑φ42mm，用快凝水泥或早強(qiáng)錨固劑固定，測(cè)樁頭需設(shè)保護(hù)罩。采用鋼尺式周邊收斂?jī)x量測(cè)周邊收斂變形。測(cè)點(diǎn)應(yīng)在不被爆破作業(yè)破壞下，盡可能靠近工作面埋設(shè)，一般為0.5m～2m，初始讀數(shù)應(yīng)在開(kāi)挖后12h內(nèi)讀取，最遲不得超過(guò)24h，而且在下一循環(huán)開(kāi)挖前，必須完成初期變形值的讀數(shù)。

3.4 地表沉降量測(cè)

隧道洞口淺埋地段，垂直隧道軸線方向設(shè)量測(cè)斷面，每個(gè)斷面布設(shè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)盡量布置在通視條件好、測(cè)量方便的地方，測(cè)點(diǎn)應(yīng)埋水泥樁，用精密(DSZ2)水準(zhǔn)儀量測(cè)。隧道開(kāi)挖掌子面距測(cè)點(diǎn)前30m處開(kāi)始量測(cè)，隧道開(kāi)挖超過(guò)測(cè)點(diǎn)30m，并待沉降穩(wěn)定以后停止量測(cè)。

3.5 圍巖內(nèi)部位移量測(cè)

沿隧道的拱頂、拱腰和邊墻埋設(shè)多點(diǎn)桿式位移計(jì)，埋設(shè)傳感器的孔深3.5m～5m，孔徑均為φ50mm。量測(cè)斷面盡可能靠近掌子面，及時(shí)安裝，測(cè)取讀數(shù)。

3.6 系統(tǒng)錨桿軸力量測(cè)

沿隧道的拱頂、拱腰和邊墻埋設(shè)錨桿軸力計(jì)，每根錨桿軸力計(jì)設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)，埋設(shè)在圍巖不同深度，對(duì)錨桿不同深度的受力情況進(jìn)行量測(cè)。埋設(shè)錨桿軸力計(jì)的孔深為3.5m～5m，孔徑均為φ50mm。

3.7 初期支護(hù)噴射混凝土內(nèi)應(yīng)力量測(cè)

沿隧道的拱頂、拱腰和邊墻在噴射混凝土內(nèi)埋設(shè)應(yīng)力計(jì)。圍巖初噴以后，在初噴面上將應(yīng)力計(jì)固定，再?gòu)?fù)噴將應(yīng)力計(jì)全部覆蓋并使應(yīng)力計(jì)居于噴層的中央，噴射混凝土初凝時(shí)開(kāi)始測(cè)取讀數(shù)，量測(cè)噴射內(nèi)應(yīng)力。

3.8 鋼支撐內(nèi)力量測(cè)

鋼支撐內(nèi)力量測(cè)為Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖設(shè)有鋼支撐的地段，采取鋼筋計(jì)量測(cè)。把鋼筋計(jì)焊接在鋼支撐上，量測(cè)鋼支撐內(nèi)力。鋼支撐安裝完成以后即可測(cè)取讀數(shù)。量測(cè)斷面的點(diǎn)布置位置與噴射混凝土軸向應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置位置相同。

3.9 二次襯砌壓力應(yīng)力量測(cè)

沿隧道的拱頂、拱腰和邊墻埋設(shè)壓力傳感器，將雙膜鋼弦式壓力盒埋設(shè)在噴射混凝土與二次襯砌之間，且在掛防水板之前進(jìn)行安裝，測(cè)取初期支護(hù)與二次模注混凝土襯砌間的接觸壓力?；炷吝_(dá)到初凝強(qiáng)度以后開(kāi)始測(cè)取讀數(shù)。

3.10 瓦斯監(jiān)測(cè)

全面、實(shí)時(shí)掌握隧道內(nèi)瓦斯信息是采取相應(yīng)防治措施、防止瓦斯災(zāi)害事故的重要依據(jù)。根據(jù)有關(guān)規(guī)程規(guī)定，結(jié)合玉蟾山隧道實(shí)際施工情況，施工期瓦斯監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)采用系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控和人工檢測(cè)相結(jié)合的方式，即通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)(監(jiān)測(cè)系統(tǒng)覆蓋隧道重點(diǎn)部位和易發(fā)生瓦斯積聚的部位)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警；通過(guò)人工監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)全隧道范圍的瓦斯數(shù)據(jù)補(bǔ)充采集及驗(yàn)證。

3.10.1 瓦斯自動(dòng)監(jiān)測(cè)

瓦斯監(jiān)測(cè)是防止瓦斯事故的主要措施之一，對(duì)隧道開(kāi)挖和回風(fēng)流的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)并及時(shí)分析，實(shí)現(xiàn)隧道施工過(guò)程中瓦斯的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、預(yù)警及控制。根據(jù)有關(guān)規(guī)程規(guī)定，結(jié)合玉蟾山隧道實(shí)際施工情況，對(duì)隧道施工過(guò)程中瓦斯、一氧化碳和風(fēng)速等參數(shù)的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控和記錄，隧道瓦斯監(jiān)控項(xiàng)目有：掌子面瓦斯?jié)舛取O濃度、H2S濃度；二襯臺(tái)車前方瓦斯?jié)舛龋换仫L(fēng)瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速；風(fēng)機(jī)開(kāi)停安設(shè)斷電儀，實(shí)行“風(fēng)電閉鎖、瓦電閉鎖”。

玉蟾山隧道進(jìn)出口分別布置1套獨(dú)立的KJ73N瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。自動(dòng)監(jiān)測(cè)及預(yù)警還包括瓦斯自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)配置及布設(shè)、瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的安裝與維護(hù)、報(bào)警斷電及復(fù)電點(diǎn)的設(shè)置、瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析及安全評(píng)價(jià)、瓦斯監(jiān)測(cè)值分級(jí)預(yù)警、瓦斯異常和超限時(shí)采取的施工安全措施、監(jiān)控人員操作規(guī)程等內(nèi)容。

3.10.2 瓦斯人工監(jiān)測(cè)

采用重慶生產(chǎn)的光干涉甲烷便攜式瓦檢儀CJG-10進(jìn)行人工監(jiān)測(cè)，隧道進(jìn)、出口端每班各安排3名專職瓦檢員檢查瓦斯，實(shí)行24h不間斷巡查檢測(cè)，降低事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，確保施工安全。瓦斯檢查必須符合有關(guān)規(guī)章制度規(guī)定，并做到持證上崗。

4 監(jiān)測(cè)管理

4.1 監(jiān)控量測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)

在監(jiān)控量測(cè)中，為了判斷隧道施工工藝的可行性、設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性，更有效地預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定制定監(jiān)控量測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)。

4.1.1 內(nèi)力控制標(biāo)準(zhǔn)

在監(jiān)控量測(cè)中，噴射混凝土內(nèi)部應(yīng)力、二次襯砌內(nèi)部應(yīng)力、鋼拱架內(nèi)力及錨桿軸力量測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)均按照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD07-2004》的要求進(jìn)行制定，具體控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 噴射混凝土、二次襯砌內(nèi)部應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)

名 稱強(qiáng)度種類C20混凝土C25混凝土噴射混凝土壓應(yīng)力10.0MPa12.5MPa拉應(yīng)力1.1MPa1.3MPa二次襯砌壓應(yīng)力15.5MPa19.0MPa拉應(yīng)力1.7MPa2.0MPa

鋼拱架內(nèi)力及錨桿軸力的控制標(biāo)準(zhǔn)按鋼筋的容許應(yīng)力乘以相應(yīng)的面積來(lái)確定，HPB235鋼筋的容許應(yīng)力為130MPa，HRB335鋼筋的容許應(yīng)力為180MPa。

4.1.2 變形控制標(biāo)準(zhǔn)

為了使隧道變形不產(chǎn)生有害松動(dòng)，其變形控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 隧道允許相對(duì)位移值 單位：%

注：①相對(duì)位移指實(shí)測(cè)位移值與兩點(diǎn)間距離之比或拱頂下沉實(shí)測(cè)值與隧道寬度之比；②脆性圍巖取表中較小值，塑性圍巖取表中較大值；③本表所列數(shù)值可在施工過(guò)程中通過(guò)實(shí)測(cè)和資料累計(jì)作適當(dāng)修正。

4.2 管理等級(jí)

建立監(jiān)測(cè)變形管理等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，管理等級(jí)分3級(jí)管理，見(jiàn)表3。

表3 變形管理等級(jí)

管理等級(jí)管理位移施工狀態(tài)ⅠU02Un/3采取特殊措施

注：①U0為實(shí)測(cè)變形值，Un允許變形值；②Un的確定：應(yīng)考慮圍巖類別、隧道埋置深度等因素并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件選擇。

4.3 量測(cè)數(shù)據(jù)的處理及應(yīng)用

按照《國(guó)道321線納溪至瀘縣一級(jí)公路改建工程玉蟾山隧道監(jiān)控量測(cè)及質(zhì)量監(jiān)測(cè)施工方案》，在各相關(guān)方配合支持下，玉蟾山隧道的監(jiān)控量測(cè)工作順利開(kāi)展。玉蟾山隧道監(jiān)控量測(cè)共埋設(shè)105個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，包括4個(gè)地表沉降、99個(gè)必測(cè)斷面和2個(gè)選測(cè)斷面?，F(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)利用Excel軟件的統(tǒng)計(jì)繪圖功能，繪制位移——時(shí)間曲線，在位移——時(shí)間曲線趨平穩(wěn)時(shí)進(jìn)行回歸分析，以推算最終位移和掌握位移變化規(guī)律。當(dāng)最終收斂值大于允許收斂值的80%且無(wú)明顯減緩趨勢(shì)，或當(dāng)位移——時(shí)間曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)即位移出現(xiàn)反常的急驟增加現(xiàn)象，表明圍巖和支護(hù)已呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)應(yīng)停止施工，采取必要的安全措施。

從采集的數(shù)據(jù)利用計(jì)算機(jī)軟件分析得出以下施工結(jié)論：

(1)隧道圍巖變形的位移——時(shí)間特征曲線總體上呈“廠”型，即經(jīng)歷了加速沉降——緩慢沉降——穩(wěn)定這三個(gè)階段。根據(jù)位移變化速率判斷圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)變化速率大于10mm/d～20mm/d時(shí)，需加強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)；當(dāng)變化速率小于0.2mm/d時(shí)，認(rèn)為圍巖達(dá)到基本穩(wěn)定；

(2)襯砌混凝土施作時(shí)間，選擇在各測(cè)試項(xiàng)目顯示位移速度明顯減緩并已基本穩(wěn)定。其判斷標(biāo)準(zhǔn)為：各項(xiàng)位移已達(dá)到預(yù)計(jì)位移量的80%～90%(預(yù)計(jì)位移量可通過(guò)回歸分析得到)，位移速度小于0.15mm/d，測(cè)量過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，及時(shí)提出并修改支護(hù)參數(shù)；

(3)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)情況和量測(cè)資料納入竣工資料，以備后續(xù)運(yùn)營(yíng)查詢。

5 結(jié)語(yǔ)

由于隧道工程的特殊性、復(fù)雜性和隧道圍巖的不確定性，對(duì)隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，是保證工程質(zhì)量和安全必不可少的手段。通過(guò)量測(cè)，及時(shí)對(duì)隧道個(gè)別圍巖失穩(wěn)趨勢(shì)的區(qū)段提供預(yù)報(bào)，為現(xiàn)場(chǎng)施工及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)以及合理確定二次襯砌時(shí)間提供可靠的科學(xué)依據(jù)。通過(guò)大量量測(cè)發(fā)現(xiàn)，隧道開(kāi)挖及支護(hù)后大約20d左右圍巖基本上穩(wěn)定，于是建議現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)施作二次襯砌。同時(shí)由于監(jiān)控措施得當(dāng)，及時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工及修改設(shè)計(jì)，從而保證了隧道施工的安全、經(jīng)濟(jì)。但由于監(jiān)控量測(cè)工作是一項(xiàng)具體而又復(fù)雜的工作，在實(shí)際過(guò)程中尚需不斷積累經(jīng)驗(yàn)和完善相關(guān)理論，做好監(jiān)控量測(cè)內(nèi)容選擇、量測(cè)斷面位置選擇和量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置；將監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的采集和施工狀態(tài)變化情況緊密結(jié)合，分析數(shù)據(jù)變化和施工狀態(tài)的關(guān)系；做好量測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用、量測(cè)數(shù)據(jù)變化的準(zhǔn)確分析和判斷以及量測(cè)的及時(shí)反饋，指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工和修改支護(hù)參數(shù)。

玉蟾山隧道從2014年4月開(kāi)始進(jìn)場(chǎng)施工至2015年10月份完成二次襯砌的混凝土施工，工作共歷時(shí)18個(gè)月，通過(guò)有效的隧道監(jiān)控量測(cè)工作，從而確保隧道安全、預(yù)防隧道塌方施工，工程得以順利完成。

〔1〕JTSF60-2009.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

〔2〕JTGD07-2004.公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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U456.3

B

2095-1809(2017)02-0038-04

賴偉清(1977-)，男，江西萬(wàn)安人，四川瀘州納溪至瀘縣一級(jí)公路改建工程項(xiàng)目總承包部項(xiàng)目副經(jīng)理，工程師，從事公路工程施工技術(shù)和管理工作；

陳華國(guó)(1974-)，男，四川廣元人，四川瀘州納溪至瀘縣一級(jí)公路改建工程項(xiàng)目總承包部項(xiàng)目經(jīng)理助理，從事公路工程施工技術(shù)和管理工作。