摘要：文章采用相對高差法來監(jiān)控隧道因施工擾動產(chǎn)生的巖體變形，通過對隧道施工過程中隧道圍巖變形監(jiān)測，分析拱頂沉降突變、周邊收斂等現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)隧道在破壞前圍巖的變形規(guī)律，可知在隧道開挖后15天內(nèi)需進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，發(fā)生圍巖沉降突變的斷面進(jìn)行加固，對隧道圍巖變形的監(jiān)測和安全施工具有參考意義。

關(guān)鍵詞：拱頂沉降；周邊收斂；變形；監(jiān)測

中圖分類號：TU00文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

公路隧道在保證道路暢通和方便人們出行方面起著非常重要的作用，隧道的安全施工與健康運(yùn)營直接關(guān)系到人們的出行安全和社會的經(jīng)濟(jì)效益。由于隧道在修建運(yùn)營過程中常常會面臨圍巖變形、周邊收斂、應(yīng)力過大、拱頂沉降及土體塌方等很多不確定的危險工況，傳統(tǒng)的人工檢測已經(jīng)不能滿足工程監(jiān)測需要，建立完善的公路隧道安全監(jiān)測系統(tǒng)已成為研究熱點(diǎn)，預(yù)測并能找到主要預(yù)防的時間點(diǎn)將對安全施工具有重要的意義。[1]隧道施工對圍巖產(chǎn)生擾動和變形，有擾動就會有變形，變形過大發(fā)生坍塌，通過圍巖變形規(guī)律對提出早期防護(hù)措施有重要意義。傳統(tǒng)的隧道施工拱頂沉降監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)儀懸掛鋼尺法和全站儀法，此外還有強(qiáng)大的激光傳感技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測，[3]

1工程概況

某縣某隧道線路近南北走向下穿山體，隧道采用分離式設(shè)計，其中左線進(jìn)口里程ZK234+610，出口里程ZK237+400，全長2790m；右線進(jìn)口里程K234+570，出口里程K237+418，全長2848m。洞身最大埋深約286.9m。隧道沿線為低中山地貌，進(jìn)口位于西京村南側(cè)，洮河北岸的山體，地形呈馬鞍形，地面高程2337～2660m，最大高差323m，山坡坡度一般20～25°，局部可達(dá)40°，山體植被少，大部分被開墾為藥材種植地。

2監(jiān)測方案

全站儀，即全站型電子測距儀（ElectronicTotalStation），是一種集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)測量儀器，是集水平角、垂直角、距離（斜距、平距）、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。在觀測過程中，使用南方測繪的NTS362R4安全激光全站儀，可以進(jìn)行坐標(biāo)、懸高、角度、對邊測量，以及后方交會、角度偏心、距離偏心、平面偏心等參數(shù)。[5]

圖1全站儀與測點(diǎn)布設(shè)示意圖

Fig.1Schematiclayoutoftotalstationandmeasuringpoint

三角高程測量是通過觀測兩點(diǎn)間的水平距離和高度角求定兩點(diǎn)間的高差的方法，它觀測方法簡單，不受地形條件限制，是測定大地控制點(diǎn)高程的基本方法。利用全站儀觀測隧道拱頂沉降的原理如圖1所示，圖中F點(diǎn)為待測沉降點(diǎn)反光片的位置，J點(diǎn)為隧道基準(zhǔn)面埋設(shè)的固定基點(diǎn)，Q點(diǎn)為全站儀放置的位置，在施工的過程中每隔911米在隧道拱頂埋設(shè)一個反光片的預(yù)測裝置，反光片中心距離測點(diǎn)的垂直距離為V2，固定基準(zhǔn)點(diǎn)J由安裝在隧道底部埋設(shè)的鐵釘構(gòu)成，可以同時埋設(shè)多個基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行對拱頂沉降進(jìn)行校核，測量期間定期根據(jù)隧道內(nèi)部的工作基點(diǎn)高程進(jìn)行校核，測量時在工作基點(diǎn)J上放置棱鏡，棱鏡反射點(diǎn)中心點(diǎn)距基準(zhǔn)地面的距離為V1，每次測量時全站儀采取位置相對固定的自由設(shè)站法，在有預(yù)設(shè)標(biāo)志的位置架設(shè)儀器。在進(jìn)行測量時由全站儀測出儀器至J點(diǎn)的距離S1及垂直角α1，儀器至F點(diǎn)的距離S2及垂直角α2，并以此計算出J點(diǎn)及F點(diǎn)發(fā)射裝置的相對高程△h1及△h2，并以此計算出測點(diǎn)F相對于固定基點(diǎn)J的相對高差△hAB，以及F點(diǎn)的高程Hb。

Δhab=Δh2+V2-Δh1+V1（1）

HB=HA+ΔhAB（2）

測量實(shí)施過程中F點(diǎn)為固定反射裝置，故V2在每次測量時都是為定值。在每次測量時都采用同一棱鏡放置在J點(diǎn)，因此V1也為定值。根據(jù)式（1）及式（2），F(xiàn)點(diǎn)的高程相對于初次測量值的變化即拱頂沉降△h為

Δh=Δh02-Δh01-Δhi2-Δhi1+ΔHA（3）

ΔHA=hiA-H0A（4）

式中：Δh02、Δh01分別為初次測量時A及B點(diǎn)相對儀器的高差；Δhi2、Δhi1分別為第i次測量時A和B點(diǎn)相對儀器的高差；ΔHA為固定基點(diǎn)的高程變化，根據(jù)定期高程校核的結(jié)果得出。由此可以看出，F(xiàn)點(diǎn)的高程變化的測量精度與儀器架設(shè)高度及棱鏡高度無關(guān)，而只與儀器的測距及測距誤差相關(guān)。在進(jìn)行拱頂數(shù)據(jù)觀測時，測量點(diǎn)F是將棱鏡置于固定基準(zhǔn)點(diǎn)之上，由于每次都采用同一固定基點(diǎn)，因此測量結(jié)果也與棱鏡高度無關(guān)。[5]

3數(shù)據(jù)分析

從2017年7月30日到2017年8月13日起在隧道內(nèi)部布設(shè)三個反光片，在控制斷面每天進(jìn)行一次測量記錄數(shù)據(jù)，選取四個控制斷面進(jìn)行說明，四個控制斷面同時開始測量，測量的內(nèi)容包括隧道的拱頂沉降和周邊收斂。其中ZK235+067和YK234+988每天進(jìn)行測量一次，一共測量15次，直到隧道二襯混凝土澆筑掩埋后結(jié)束測量；其中ZK235+092和YK234+952為測量15天后，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測，每隔一天測量一次，監(jiān)控隧道隨后的沉降的變化。

從表格分析可得：選取拱頂沉降G1點(diǎn)和周邊收斂BC分析觀測期間的累計值，在開挖后的15天之內(nèi)YK234+988的累計沉降值為236.0mm，超出設(shè)計允許沉降值的一半，開挖后15天之后的測量累計值大幅度的減小，15天的累計值都不超過3mm，由此可得拱頂沉降在開挖后的一段時間將會發(fā)生大的變化，然后趨于穩(wěn)定，周邊收斂同拱頂沉降。

為了直觀的比較數(shù)據(jù)的變化情況，利用前一天與當(dāng)天的測量數(shù)據(jù)的差值來表示，[2]從ZK235+067和YK234+988曲線圖上可以看到，在隧道剛開挖的12天時沉降（反彈）變化特別明顯，然后進(jìn)入一個平穩(wěn)的變化期，經(jīng)過910天時將會又一次出現(xiàn)沉降量的

突然變化，這個時候隧道內(nèi)的應(yīng)力重新分布完成，這兩個時刻點(diǎn)在隧道開挖的過程中是要特別注意防護(hù)，是容易發(fā)生施工安全事故的時間節(jié)點(diǎn)。從ZK235+092和YK234+952曲線圖上可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過兩次突變以后，隧道應(yīng)力達(dá)到自我平衡，安全事故的出現(xiàn)的頻率會很大程度的減少。

4結(jié)論與建議

本文通過利用相對高差法對拱頂沉降和周邊收斂的數(shù)據(jù)分析，可得隧道圍巖變形規(guī)律的以下初步結(jié)論：

（1）隧道在開挖后由于擾動會產(chǎn)生很大的圍巖變形，然后進(jìn)入一個穩(wěn)定期，過程中不斷積累變形能量，積累到一定的程度會產(chǎn)生達(dá)到第二次形變，兩次的圍巖變形要經(jīng)歷一個時間段。（2）由觀測的數(shù)據(jù)可知，該隧道圍巖變形主要在開挖完成后15天之內(nèi)完成，在此過程中要進(jìn)行重點(diǎn)觀測，防治安全事故的發(fā)生。（3）影響第二次圍巖變形的因素有圍巖巖性、結(jié)構(gòu)面、洞室埋深、地下水的影響等。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇道振，駱建軍.大斷面軟弱地層隧道施工圍巖變形試驗(yàn)及預(yù)測[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2016（a02）：40294039.

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[3]肖林萍.連拱隧道圍巖變形規(guī)律研究[D].西南交通大學(xué)，2009.

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[5]劉鑫，楊洋，廖偉.淺談全站儀在隧道拱頂沉降測量中的運(yùn)用[J].西部交通科技，2014（6）：8890.

[6]WangXQ，ShiRM，CaoXL，etal.MoonMountainTunnelSurroundingRockDeformationandStability[J].ScienceTechnology&Engineering，2017.

作者簡介：齊飛（1991），男，學(xué)生，主要從道路與鐵路建設(shè)設(shè)計方面研究。