李娜

（中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司,山東 濟(jì)南 250000）

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

小寨山隧道位于云南省臨滄市耿馬傣族佤族自治縣境內(nèi),左線全長(zhǎng)3124m,最大埋深約557m；右線全長(zhǎng)3101m,最大埋深約504m。隧道左右洞均為下坡,坡率-2.5%,隧道建筑限界為8m×5m。

隧道區(qū)地表高程介于940～1514m 之間,相對(duì)高差574m,屬深切割高中山地貌區(qū),地形坡度介于10°～35°之間,地形起伏較大。

為確保隧道施工安全,根據(jù)施工實(shí)際工況對(duì)隧道凈空收斂及拱頂沉降進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)。

1.2 圍巖地質(zhì)情況

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及鉆孔芯樣顯示,隧道區(qū)域范圍內(nèi)主要地質(zhì)為粉質(zhì)黏土、角礫巖、糜棱巖,巖性如下：

洞口段以土黃色粉質(zhì)黏土為主：棕黃色、灰褐色,硬塑狀,略顯濕潤(rùn),含砂礫及白色小粒徑碎石。切面比較光滑,韌性較差,干強(qiáng)度一般。

洞身段斷層角礫巖、古生代變質(zhì)地層片巖為主：

斷層角礫巖：呈灰褐色、灰色,主要以片巖、白云巖角礫在斷層擠壓下破碎后 在膠結(jié)而成,巖質(zhì)軟,巖體較破碎。

古生代變質(zhì)地層片巖：灰白、灰黑色,強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化,主要由長(zhǎng)石、云母及石英等礦物質(zhì)組合形成。鱗片狀變晶結(jié)構(gòu),呈片狀構(gòu)造,巖質(zhì)較軟。片理傾角為45°～55°,裂隙結(jié)合一般,巖體破碎,節(jié)理裂隙較發(fā)育,呈碎裂狀散體結(jié)構(gòu)。

洞身巖體自穩(wěn)能力較差,易產(chǎn)生塑性變形,開挖過(guò)程中易發(fā)生掉塊,存在裂隙水的情況下極易發(fā)生滑坍,施工過(guò)程中要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率,實(shí)時(shí)了解圍巖穩(wěn)定性情況。

2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

隧道在進(jìn)行開挖及支護(hù)施工完成后,拱頂量測(cè)點(diǎn)位的沉降和拱腳的收斂變化是圍巖受力形態(tài)最直接、最直觀的反映和體現(xiàn)。

對(duì)隧道進(jìn)行拱頂沉降及凈空收斂監(jiān)控,根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果優(yōu)化調(diào)整初期支護(hù)的支護(hù)參數(shù)、預(yù)留沉降量,以保證現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量、安全。若數(shù)據(jù)變化異常,可以提前預(yù)警安全事故,以便及時(shí)撤離人員,采取有效加強(qiáng)措施,防范于未然。所以拱頂沉降和凈空收斂作為本隧道的主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

3 隧洞監(jiān)測(cè)斷面及點(diǎn)位的布置原則

3.1 監(jiān)測(cè)斷面的布置原則

依據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范規(guī)定,Ⅴ級(jí)圍巖不宜大于30m；斷層和破碎帶每隔5～10m 設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,對(duì)于軟弱地層或地質(zhì)較差的段落,監(jiān)測(cè)斷面應(yīng)適當(dāng)加密。小寨山隧道洞身段屬于Ⅴ類軟巖,圍巖穩(wěn)定性差,現(xiàn)場(chǎng)按整數(shù)里程間隔5m 布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,每個(gè)斷面埋設(shè)5 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（1 個(gè)拱頂沉降觀測(cè)點(diǎn),4 個(gè)凈空收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)）。

3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布置原則

根據(jù)Ⅴ類軟巖的特性及斷面結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)選擇合適的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置位置,凈空收斂采用錨固環(huán)形式,拱頂沉降采用反射片形式布置在拱頂位置,點(diǎn)位布置如圖1 所示。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置圖

3.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的安裝

錨固環(huán)采用φ8 圓鋼制作,直徑5cm,將錨固環(huán)螺栓焊接在Φ16 螺紋鋼筋的一側(cè),再將鋼筋用錨固劑或水泥砂漿固定于各測(cè)點(diǎn)的鉆孔中,確保鋼筋與圍巖聯(lián)系牢固,能直接反應(yīng)圍巖的穩(wěn)定性,反射片形式是貼在焊好的鋼板（帶40～50cm 鋼筋）上,再用上述方法固定在各測(cè)點(diǎn)的鉆孔中。兩種點(diǎn)位安裝型式如圖2 所示。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置圖

4 監(jiān)測(cè)儀器及技術(shù)指標(biāo)

萊卡全站儀（1"級(jí)）1 臺(tái),精度可到0.1mm,要求無(wú)棱鏡測(cè)距、自動(dòng)測(cè)量功能；收斂尺2 套,精度±0.01mm,鋼卷尺范圍20m,鋼尺張力10Kgf。

5 監(jiān)測(cè)方法及頻率

5.1 監(jiān)測(cè)方法

5.1.1 拱頂沉降全站儀觀測(cè)法

利用全站儀對(duì)拱頂下沉進(jìn)行量測(cè)。測(cè)量時(shí)讀取反射片十字中心高程,通過(guò)現(xiàn)有高程點(diǎn)高程計(jì)算出反射片高程。觀測(cè)點(diǎn)前后兩次的高程差即測(cè)點(diǎn)的變化值。若第一次高程為G1,第二次高程為G2。

則測(cè)點(diǎn)位置下沉值Δh=G1-G2

計(jì)算結(jié)果：若Δh＞0,則拱頂處于受壓下沉狀態(tài)；若Δh＜0,則拱頂處于兩側(cè)擠壓上移狀態(tài)。

5.1.2 凈空收斂?jī)x觀測(cè)法

測(cè)量前先根據(jù)兩測(cè)點(diǎn)的距離（BC 或DE）,將鋼尺固定在所需長(zhǎng)度上,將定位孔固定在定位銷內(nèi)。測(cè)量時(shí)將收斂?jī)x一端固定在錨固環(huán)（B 或E 位置）上,拉出收斂?jī)x上的鋼卷尺,另一端固定在同高度錨固環(huán)（C 或E）上。將螺旋千分尺旋到最大讀數(shù)位置（25mm）,并將儀器兩軸孔分別掛于事先埋設(shè)好的圓柱測(cè)點(diǎn)上,一手托住儀器另一只手緩慢旋進(jìn)螺旋千分尺,當(dāng)內(nèi)導(dǎo)桿上的刻度線與向套上的刻度線重合時(shí),停止旋轉(zhuǎn)螺旋尺,立即讀數(shù)。反復(fù)3次,3 組讀數(shù)分別填入記錄表格。每條測(cè)線分別重復(fù)進(jìn)行。注意對(duì)每條測(cè)線,每次量測(cè)時(shí)收斂?jī)x都固定在同一側(cè)的測(cè)樁上。

5.2 監(jiān)測(cè)頻率

隧洞施工期收斂監(jiān)測(cè)頻次是根據(jù)位移速度和距離開挖面距離兩大因素決定,應(yīng)從附表（表1 和表2）中選擇相對(duì)較高的一個(gè)監(jiān)測(cè)頻率。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖狀態(tài),拱頂沉降與凈空水平收斂量測(cè)采用相同頻率。

表1 施工期凈空收斂監(jiān)測(cè)（位移速度）頻次表

表2 施工期凈空收斂監(jiān)測(cè)（距開挖面距離）頻次表

當(dāng)出現(xiàn)圍巖極其不穩(wěn)定,存在局部或者大范圍塌方跡象時(shí),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案,加密監(jiān)測(cè)斷面并提高監(jiān)測(cè)頻率,在保證安全的情況下做到全程監(jiān)控,及時(shí)反饋圍巖穩(wěn)定性情況。

6 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、處理及分析

6.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集

按照規(guī)定的監(jiān)測(cè)方法及頻率觀測(cè)完成后立即對(duì)所觀察和量測(cè)的結(jié)果進(jìn)行有效性計(jì)算、整理,測(cè)量人、記錄人、日期簽署齊全,錄入計(jì)算機(jī)。

凈空收斂：每條測(cè)線每次測(cè)取三組讀數(shù),讀取間隔2～3 分鐘,計(jì)算平均值作為本次的凈空值。

拱頂下沉：根據(jù)全站儀測(cè)出初始值后按規(guī)范要求監(jiān)測(cè)頻率采集高程值,計(jì)算每次的高程值與初始值的高差。

6.2 計(jì)算變化值

凈空收斂：本次測(cè)得的凈空值與上次測(cè)得凈空值之差,即凈空收斂值。

拱頂下沉：每次測(cè)得的高差值與上次測(cè)得高差值的差,得到兩次高差值的變化,即拱頂下沉值。

凈空收斂值、拱頂下沉值按下式計(jì)算:

Δd=d(i)-d(i-1)

式中：Δd-變化值；

d(i) -本次測(cè)取讀數(shù)；

d(i-1) -上次測(cè)取讀數(shù)。

6.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)完成后盡快進(jìn)行數(shù)據(jù)資料整理,分析數(shù)據(jù)有效性,并得出監(jiān)測(cè)結(jié)果。計(jì)算過(guò)程應(yīng)用計(jì)算機(jī)編程完成,并自動(dòng)生成拱頂沉降曲線和凈空收斂曲線圖。

沉降及收斂曲線如圖3 所示。

圖3 拱頂沉降和凈空收斂曲線變化圖

監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的搜集整理、計(jì)算分析與上報(bào)應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）當(dāng)時(shí)間-位移曲線趨于平緩時(shí),可以得出斷面凈空收斂和拱頂沉降速率趨于穩(wěn)定,推斷出現(xiàn)的位移最大值的時(shí)間和沉降、收斂變化速度,掌握圍巖狀態(tài)及初期支護(hù)的受力變化規(guī)律。

（2）當(dāng)時(shí)間-位移曲線出現(xiàn)較大變動(dòng)時(shí),可以推斷出圍巖和支護(hù)處于不穩(wěn)定狀態(tài),此時(shí)需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率,分析是否會(huì)出現(xiàn)局部坍塌情況,必要時(shí)暫停開挖。并及時(shí)對(duì)不穩(wěn)定部位、段落采取加固措施。

7 注意事項(xiàng)和預(yù)警機(jī)制

7.1 注意事項(xiàng)

7.1.1 監(jiān)控量測(cè)工作應(yīng)與隧道施工相結(jié)合,盡量減少現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)隧道監(jiān)測(cè)工作的影響。

7.1.2 監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的整理和分析應(yīng)及時(shí)有效,并建立檢查制度,以保證起到指導(dǎo)施工的目的。

7.1.3 定期對(duì)監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè),確保其可用性和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

7.1.4 監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)埋設(shè)應(yīng)穩(wěn)固,并做好標(biāo)識(shí),以免施工過(guò)程中遭到破壞。量測(cè)點(diǎn)的布設(shè)位置應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。凈空收斂、拱頂下沉觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)同時(shí)對(duì)稱埋設(shè)在相同斷面里程且凈空收斂左右兩側(cè)錨固環(huán)應(yīng)處于相同高度。

7.1.5 固定專人管理監(jiān)測(cè)儀器,按規(guī)定期限進(jìn)行核核,以確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

7.1.6 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí),及時(shí)匯報(bào)項(xiàng)目總工程師和安全總監(jiān),必要時(shí)加密觀測(cè)頻率。

7.1.7 根據(jù)圍巖狀態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)情況,判斷是否需要增設(shè)斷面,必要時(shí)增加監(jiān)控量測(cè)斷面。

7.1.8 監(jiān)控量測(cè)工作需要圍巖、初期支護(hù)外觀觀察與儀器測(cè)量相結(jié)合,以達(dá)到監(jiān)測(cè)工作能夠指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工和為設(shè)計(jì)單位提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)的目的。

7.2 預(yù)警機(jī)制

根據(jù)圍巖支護(hù)完成后變形量和變化速率雙控指標(biāo)進(jìn)行安全預(yù)警判斷。

監(jiān)測(cè)結(jié)果累計(jì)值達(dá)到預(yù)警狀態(tài)時(shí),及時(shí)上報(bào)項(xiàng)目指揮部、設(shè)計(jì)院及建設(shè)單位,以防止緊急情況的發(fā)生。

發(fā)現(xiàn)圍巖出現(xiàn)大變形現(xiàn)象,提交預(yù)警緊急報(bào)告,對(duì)異常段落安排專人盯守,并進(jìn)行加密觀測(cè)。

結(jié)束語(yǔ)

云南臨清高速公路小寨山隧道的拱頂沉降及凈空收斂進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè),根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果可以確認(rèn)圍巖的性質(zhì),判斷支護(hù)參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)及施工要求,為選擇合適的初期支護(hù)參數(shù)提供依據(jù),有效預(yù)防安全事故的發(fā)生,確保施工過(guò)程中施工安全。