劉順林

（河北高速公路張承張家口管理處，河北 張家口 075000）

1 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)交通設(shè)施建設(shè)的不斷完善，公路隧道的建設(shè)步伐也日益加快。目前，我國(guó)公路隧道建設(shè)大多采用“新奧法”，且公路隧道圍巖受力變形機(jī)理復(fù)雜，監(jiān)控量測(cè)技術(shù)成為指導(dǎo)隧道施工、評(píng)價(jià)圍巖應(yīng)力狀態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)之一。國(guó)內(nèi)外學(xué)者及工程技術(shù)人員也對(duì)公路隧道施工監(jiān)控量測(cè)技術(shù)進(jìn)行了部分研究，如韓樂(lè)[1]以觀音山隧道為研究對(duì)象，歸納總結(jié)了公路隧道監(jiān)控量測(cè)中的工作流程、信息反饋和預(yù)警方法，對(duì)該隧道的周邊位移、拱頂下沉數(shù)據(jù)開(kāi)展了回歸分析，并及時(shí)地將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)論反饋到施工中；劉小俊[2]搜集了四川部分典型的公路隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)回歸分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)，得到了圍巖隨時(shí)間變形規(guī)律，并利用有限差分軟件FLAC 3D 對(duì)隧道開(kāi)挖后圍巖的變形開(kāi)展數(shù)值模擬，建立了關(guān)于圍巖塌方的三級(jí)預(yù)警機(jī)制。因此，研究公路隧道監(jiān)控量測(cè)的內(nèi)容、方法、數(shù)據(jù)分析等具有十分重要的工程意義。

2 公路隧道監(jiān)控量測(cè)目的、內(nèi)容及方法

2.1 隧道監(jiān)控量測(cè)目的

公路隧道監(jiān)控量測(cè)就是在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，采用羅盤(pán)、水準(zhǔn)儀、全站儀、收斂計(jì)等工具對(duì)圍巖的位移和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)開(kāi)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。監(jiān)控量測(cè)的主要目的是指導(dǎo)公路隧道施工，通過(guò)分析圍巖實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，來(lái)判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)能否滿足圍巖要求、提前判斷開(kāi)挖過(guò)程中可能出現(xiàn)的安全事故，并確定隧道二次襯砌的合理施工時(shí)間。

2.2 公路隧道監(jiān)控量測(cè)內(nèi)容

公路隧道監(jiān)控量測(cè)的內(nèi)容主要包括必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目[3]。其中，必測(cè)項(xiàng)目是必須要量測(cè)的，包括拱頂下沉、周邊收斂、地表下沉、洞內(nèi)外觀察。而選測(cè)項(xiàng)目測(cè)試方法復(fù)雜，量測(cè)成本高，可以根據(jù)圍巖級(jí)別、施工方法、合同約定等在局部危險(xiǎn)地段有選擇性地進(jìn)行測(cè)量，包括錨桿軸力、圍巖壓力、鋼架內(nèi)力、圍巖彈性波速等項(xiàng)目。

2.3 公路隧道監(jiān)控量測(cè)方法

2.3.1 拱頂下沉和周邊收斂

公路隧道圍巖的拱頂下沉量測(cè)可以采用水準(zhǔn)儀、鋼尺或全站儀等設(shè)備，周邊收斂量測(cè)可以采用收斂計(jì)或全站儀。測(cè)點(diǎn)布置時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能在隧道爆破開(kāi)挖24h 內(nèi)或下次爆破之前，量測(cè)點(diǎn)距離開(kāi)挖掌子面不超過(guò)2m，測(cè)點(diǎn)的布置數(shù)量、讀數(shù)頻率、停止監(jiān)測(cè)時(shí)間應(yīng)根據(jù)圍巖級(jí)別、施工方法等條件，并參考相關(guān)隧道施工規(guī)范確定[4]。同時(shí)，公路隧道圍巖拱頂下沉和周邊收斂的量測(cè)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)盡可能地放在拱頂、拱腰兩側(cè)，并對(duì)稱布置，如圖1 所示。

圖1 隧道拱頂下沉和周邊收斂量測(cè)點(diǎn)布置

2.3.2 地表下沉

當(dāng)隧道埋深小于2 倍的隧道開(kāi)挖跨度時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)地表位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。公路隧道地表下沉可以采用全站儀量測(cè)，地表下沉的測(cè)點(diǎn)是以隧道中樁為對(duì)稱軸對(duì)稱布置，測(cè)點(diǎn)布置6～10 個(gè)，靠近隧道軸線測(cè)點(diǎn)較密，反之，測(cè)點(diǎn)稀疏。同時(shí)，隧道地表下沉的量測(cè)斷面應(yīng)根據(jù)埋置深度確定。

3 公路隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 依托工程概況

本文以某山區(qū)公路隧道為研究對(duì)象，隧道全長(zhǎng)3.23km，設(shè)計(jì)荷載為公路-I 級(jí)，地質(zhì)條件較為復(fù)雜。設(shè)計(jì)隧道為雙向分離式，左線起訖樁號(hào)為ZK1+260～ZK4+490、右線起訖樁號(hào)為K1+265～K4+495，隧道斷面選擇三心圓曲墻式，并選擇復(fù)合式襯砌進(jìn)行支護(hù)。同時(shí)，隧道進(jìn)口段存在偏壓、埋置深度較小，隧道穿越強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化灰?guī)r，巖體較破碎～較破碎，主要是Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)圍巖。該公路隧道超過(guò)3 000m，屬于特長(zhǎng)隧道，且圍巖較弱，開(kāi)挖期間必須進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。

3.2 隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)處理內(nèi)容

公路隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)處理包括量測(cè)數(shù)據(jù)整理、繪制時(shí)間-位移曲線、數(shù)據(jù)回歸分析、結(jié)論等內(nèi)容[5]。其中，量測(cè)數(shù)據(jù)處理主要是剔除個(gè)別明顯異常的數(shù)據(jù)，以免給曲線繪制和回歸分析產(chǎn)生干擾。同時(shí)，隧道的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)一般具有離散型，不易分析位移隨時(shí)間或空間的變化規(guī)律，需要對(duì)其進(jìn)行回歸分析。數(shù)據(jù)回歸分析常用的數(shù)學(xué)模型主要有雙曲線函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等，回歸分析軟件可采用Excel 或Origin。

3.3 隧道監(jiān)控量測(cè)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)

公路隧道監(jiān)控量測(cè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)控制基準(zhǔn)建立相應(yīng)的預(yù)警機(jī)制，筆者結(jié)合公路隧道施工技術(shù)規(guī)范，提出了表1 所示的預(yù)警機(jī)制。

表1 公路隧道監(jiān)控量測(cè)預(yù)警機(jī)制

3.4 拱頂下沉和周邊收斂監(jiān)測(cè)結(jié)果

筆者針對(duì)該隧道ZK4+055 斷面的拱頂下沉和周邊收斂數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理分析，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2 所示。

圖2 隧道拱頂下沉（H）和周邊收斂量（L）監(jiān)測(cè)結(jié)果

由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，ZK4+055 斷面隧道在開(kāi)挖后前3d 拱頂下沉量較大，隨著開(kāi)挖時(shí)間的增加，圍巖的拱頂變形速率逐漸減小并趨于穩(wěn)定，隧道在開(kāi)挖后第6d 圍巖的拱頂基本不再變形。同理，ZK4+055 斷面隧道在開(kāi)挖后前5d 周邊收斂速率較大，隨著開(kāi)挖時(shí)間的增加，圍巖的邊收斂速率逐漸減小并趨于穩(wěn)定，隧道在開(kāi)挖后第8d 圍巖量測(cè)變形基本保持不變。因此，ZK4+055 斷面隧道應(yīng)當(dāng)做爆破開(kāi)挖8d 后，可以開(kāi)始二次襯砌的施工。

4 結(jié)語(yǔ)

本文深入分析了公路隧道監(jiān)控量測(cè)的目的、內(nèi)容、方法、數(shù)據(jù)處理方法、預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)等，主要得到以下幾個(gè)方面的結(jié)論：（1）公路隧道監(jiān)控量測(cè)包括必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目，其中必測(cè)項(xiàng)目包括拱頂下沉、周邊收斂、地表下沉、洞內(nèi)外觀察，選測(cè)項(xiàng)目測(cè)試方法復(fù)雜，量測(cè)成本高，可以根據(jù)圍巖級(jí)別、施工方法、合同約定等有選擇性地量測(cè)；（2）隧道圍巖的拱頂下沉和周邊收斂的應(yīng)當(dāng)在隧道爆破開(kāi)挖24h 內(nèi)或下次爆破之前布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)的布置數(shù)量、讀數(shù)頻率、停止監(jiān)測(cè)時(shí)間應(yīng)根據(jù)圍巖級(jí)別、施工方法等條件確定；（3）公路隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)處理包括量測(cè)數(shù)據(jù)整理、繪制時(shí)間-位移曲線、數(shù)據(jù)回歸分析、結(jié)論等內(nèi)容；（4）公路隧道監(jiān)控量測(cè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)測(cè)位移和距開(kāi)挖面1B 范圍內(nèi)的位移關(guān)系建立相應(yīng)的預(yù)警機(jī)制。