隧道工程监控量测技术的应用

李凯曾柯文李莹

西南科技大学环境与资源学院四川省绵阳市621010

摘要：随时监测测量技术可以快速准确地测量隧道全断面变形，及时掌握围岩稳定状态，更好地现场预测围岩变化。本文介绍了深圳葵坝公路隧道施工过程的监测方法，并对监测数据进行了回归分析。实践证明，该方法能够准确预测围岩的最终变形，判断围岩的等级和支护结构的稳定性。

关键词：监控量测；地表沉降；拱顶沉降；净空收敛

1、隧道概况

深圳市葵坝路新建工程位于龙岗区东部大鹏半岛，西接葵涌街道延安路，东至坝光化工园区，路线全长5.81km，道路等级为城市II级主干道。该工程2号隧道左洞长4850m，右洞长4792m，属于长大隧道。整个隧道隧道围岩为且I,II、IV、V级，围岩跨度变化大。因前期勘察设计深度不够，必须依据“新奥法”设计原理，及时掌握隧道开挖后围岩发挥的自身承载能力。隧道开挖后，对隧道围岩开挖面进行动态监测同时研究其变化规律，根据量测数据分析结果及时修改设计参数，指导二次衬砌施工时间，实现了隧道工程的动态化设计与信息化施工。

葵坝路公路隧道进口、出口均为东河的支沟，平时干涸无水，仅在暴雨季节有暂时性水流，水量一般不大。隧道洞身穿越黄土层，区内地下水主要为黄土孔隙裂隙水，赋存于第四系砂质黄土孔隙裂隙水中，区内降雨量少，地下水受大气降水季节性补给，补给条件有限。地下水对混凝土存在氯盐、硫酸盐及镁盐侵蚀性，侵蚀性等级为L2、H3和H1。

2监控量测目的

现场监测与测量是新奥法复合衬砌设计与施工的核心技术之一。其信息反馈数据是指导施工和动态设计的依据。其主要目的是:

(1)及时掌握和反馈围岩动力稳定性、支护、衬砌可靠性等情况，预测潜在施工风险，防止其发生，确保围岩稳定和施工安全。

(2)根据“新奥法”原则，通过对围岩的测量，确定初始支护和二次衬砌的合理应用时间。

(3)确定支护结构的形式、参数和时间，掌握支护结构的工作状态;及时修改支护参数，优化施工方案。

(4)积累经验，为施工中调整围岩水位、修改支护措施、改变施工方法提供参考依据。

3量测方法

3.1洞内、外观察

视觉观测、地质素描、地质罗盘测量、数码相机记录等方法。

(1)洞内观察。通常分为观察开挖面和建筑面积2部分,开挖面早期观察每次开挖后喷射混凝土,当地质基本没有变化可以一天一次,专注于工程地质和水文观测的工作记录,并绘制开挖面示意图(地质素描),填写关于国家形式和水平确定周围的卡片;图像数据保存在复杂的地质区域，在观测过程中发现围岩状况恶化时，立即采取相应的措施。

开挖工作面地质描述包括:

(1)地层、岩石分布、地层走向、倾角、固结度、风化变质度、硬度;

(2)断裂方向与频率、充填与性质、断层位置与走向、倾角、断裂程度;

(3)滑坡的位置和突水情况，滑坡的位置和形态。

每天至少观察一次主支撑完成部分。观察内容包括:安装位置和方向;注浆是否充分;支承板的弹性状态;(2)喷射混凝土。裂缝的厚度及其与围岩的紧密附着力、裂缝的位置、类型、宽度和长度;出水的地点和数量。(3)钢架。安装位置是否正确，不得侵入内衬段;背面是否与围岩紧密粘附;回填不应使用土块和干石头，而应使用喷射混凝土。

(2)洞外观察

重点研究孔段和孔体浅埋段。正常情况下，每2天观察一次;在特殊情况下，如洞口附近施工和雨季，每天观察一次。观测内容包括观测入口地表条件、地表沉降裂缝、边坡及高程边坡稳定性、地表水入渗等，并进行记录。

3.2地表沉降量测

隧洞明洞段边仰坡开挖前，在隧道出入口各设3个量测断面，间距5m，测点沿地面布置在隧道轴线及其两侧3～5个点，测点间距2～5m（中间间距小，两边间距大），采用全站仪测量。

测点埋入地表以下30～50cm,采用混凝土灌注，外露钢筋头3～4cm。开挖前进行初始值测量，施工过程中全程监控，直到沉降稳定以后停止测量。

3.3拱顶下沉及水平收敛量测

隧道开挖后，尽可能早的在隧道的拱顶、拱肩、拱腰等部位分别埋设观测标。测量监控断面每隔5m设置，每个断面埋设11个，分别布置与拱顶中心及拱顶中心两侧水平间距2.5m处，拱顶120°加角线处、开挖最大净空断面处、内规顶面处、仰拱中心两侧水平间距4.75m处。

（1）测标要求在开挖后12h内完成初读书，最迟不得大于24h且在下一循环开挖前必须完成。

（2）隧道浅埋地段地表下沉的量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内，采用全站仪量测收敛变形。

（3）观测标埋设深度50cm左右，钻孔直径同锚杆，采用早强锚固剂固定，测标表面用保护罩防护；

4量测数据的整理与分析

监测组测量点对应断面的隧道净空高度收敛测量与拱顶下沉同步测量，记录，并将所有监测数据上传到监测信息管理平台”，由监测平台组织数据进行回归分析、非线性回归计算、加速度、相应的围岩收敛变形速率和时间曲线绘制间隙水平收敛、拱顶下沉时间曲线;施工单位、监理单位和业主可以通过测井、监测、测量系统随时随地掌握隧道围岩变形情况，并对隧道支护段的施工提出相应的处理措施，确保施工安全。对工作面前方未开挖部分的地质条件进行了预测，有利于施工提前采取有效的预防措施，提高了工程的进度和效率。

(1)拱顶下沉测量

采用全站仪对拱顶沉降进行了测量。后数据上传”监测信息管理平台,平台根据测量数据进行了分析,绘制拱顶下沉,相应的时间ts一元非线性回归关系计算,同时画拱顶下沉和时间t的光滑曲线,判断拱顶沉降率的变化相对较小,变形表现出收敛趋势和围岩的稳定。

（2）水平净空收敛量测

葵坝路公路隧道水平净空收敛均采用全站仪量测，隧道净空水平收敛量测数据上传监控量测信息系统后，系统根据测量成果绘出周边位移s与时间t的对应分散点，同时进行一元非线性回归计算，绘出周边位移s与时间t的圆滑变化曲线。如葵坝路公路隧道出口DK929+610断面净空水平收敛时态曲线图，可判断净空水平收敛的变化速率相对较小，变形呈收敛趋势，围岩趋于稳定。

(3)地表下沉量测

地表沉降量测采用全站仪，根据测量记录，对量测数据进行一元非线性回归分析，作出地表下沉时态曲线。

(4)回归分析

在实际量测中，由于量测人员、条件等因素的限制，必然产生偶然误差，量测散点在图中呈上下波动。由于监控量测数据一般不具有线性关系，而是曲线关系，需进行一元非线性回归分析。

5结束语

通过对葵坝路公路隧道及隧道现场施工监测数据的分析，可以得出以下主要结论:

(1)整个隧道围岩相对贫穷,弱稳定、仰拱,没有应用的主要支持开挖后,拱变形较大,三个步骤的早期阶段开挖与支护的作用是有限的,应该可以调整长度的过程中开挖步骤,加快仰拱关闭时间,确保施工安全。

(2)在监测过程中，若发现间隙位移过大或变形趋势不稳定，应采取以下加固措施:

(1)加锚或锁脚锚管，锚定钢架;必要时增加临时横撑。

(2)根据监测数据和地质预报围岩情况，与设计单位沟通，勘察现场，改变支护类型。

参考文献

[1]张彦.长大隧道施工地质灾害及其控制技术[D].昆明理工大学,2005.

[2]伍毅敏.隧道位移实时监测系统开发及其数据应用技术研究[D].长安大学,2004.

[3]宋秀清.隧道监控量测技术在鹰嘴山隧道的应用[D].长安大学,2010.

[4]刘长祥.山区软弱砂岩地区大跨度隧道稳定性研究[D].同济大学,2007.

[5]郭伟伟.隧道施工超前地质预测预报综合技术方法研究[D].西南交通大学,2006.