监控量测在隧道施工阶段的应用

　　1、前言

　　随着我国改革开放不断深化，国民经济蓬勃发展，在山区公路建设中突破过去传统的修路思想，不采取盘山绕行，不破坏沿线生态环境，不增长公路里程。用设置隧道避免因采取高边坡路基带来的滑坡、塌方、滚石、泥石流等自然灾害，确保了行车的安全可靠，亦缩短了行车时间，同时又适应了建设与自然的和谐发展。

　　为了适应公路隧道大规模建设发展的需要，提高公路隧道设计、施工水平，确保安全运营，给今后隧道工程的建设积累经验，在某特长公路隧道(上、下线总长分别为：3373、3344米)中进行施工期的监控量测。

　　隧道位于云贵高原西部横断山脉南缘哀牢山主峰元江水系和阿墨江水系分水岭的坡麓地带，路线海拔高程1600～2080米，相对高差400多米，地区年平均降雨量1350毫米。

　　隧道属上三迭统一碗水组，少量属路马组T31地层，岩性比较复杂，硬岩有：板岩、含炭质板岩、弱变质灰岩、超极性浸入岩。软岩有：砂岩、泥岩。由于受哀牢山大断裂及次一级构造的影响，隧道基本上出露灰黑和深黑色板岩、炭质板岩表层强风化破碎。围岩范围内板岩基本上呈弱风化碎块状或大块状，节理裂隙较发育不均匀风化，容许承载力约1500Kpa;弱变质深灰色灰岩及超基性侵入岩为弱风化大块状，容许承载力约2000Kpa;隧道围岩出现的浅色砂岩和紫红色泥岩属软岩，容许承载力约1000Kpa.地表覆盖层以第四系残坡积层为主，为灰褐色亚粘土夹碎石、碎石土，容许承载力约250Kpa，覆盖层对隧道进出口及穿过河谷地带时有影响。

　　隧道岩体受构造及岩浆侵入活动的影响，节理裂隙较发育，透水性较强，地表因河谷切割较深，地下水向沟谷迅速排泄，由于隧道中段顶部为哀牢山分水岭，南溪河之源头，又有三条地表常流水汇入，而且两次穿过南溪河，基岩裂隙接受大气降水、地表水和其它水源的补给，水力梯度大，排泄移运速度快，所以，隧道地下水较为丰富。

　　2、监控量测概况

　　2.1量测项目名称、要求和目的根据行业标准——《公路隧道施工技术规范》(JTJ042—94)及施工图中有关要求。

　　2.2监控量测项目的选择结合隧道工程地质、水文地质的勘测设计报告，我们经分析研究，首先拟定了监控量测项目与隧道围岩岩性、地下水关系，作为确立施工期实施具体监测工作的基本准则。

　　施工期间，依据隧道地质超前预报及掌子面所揭露的围岩、地下水情况，确立监测项目。原则上每类围岩至少要布置2～10个项目较为全面的监测断面，至于选几个合适，要视监测结果而定。在围岩发生突变处增设了监测断面和监测项目。通过监测仪器能够较详细的了解到围岩受施工影响的变形规律，才能判断施工措施是否合理、设计方案是否经济科学。

　　3、监测数据的管理

　　首先，在开工之初或施工至上次同类地质超前预报的桩号附近，立即进行下一循环的地质超前预报。地质超前预报采取GPR地质雷达配合TSP203进行中长距离预报，GPR地质雷达每次可以预报前方20米范围内的地质情况，而TSP203每次可以预知前方150米围内的围岩及地下水情况。通过以上两种方法的预测，可以准确地了解前方将要遇到的围岩状况及地下水情况，从而为我们制定具体的施工组织准备赢得了时间，使得施工计划的制定更加科学;同时也为设计方案的完善提供了更加可靠的参考资料。

　　其次，通过对各项监测结果的分析，可以预知围岩的变形趋势以及支护方案的可靠性、施工措施的合理性。在隧道的具体实践中，我们采取以围岩周边位移和拱顶下沉作为基本参考量，兼顾其它项目的监测结果为辅助，进行综合分析。根据以往隧道施工设计经验，结合本隧道的客观情况，确定了隧道各类围岩的周边允许收敛和拱顶允许下沉值，如果某段的监测结果趋近于允许变形值的70%，而且其变化率的导数大于或等于零，则认为该段变形已出现异常。此时应采取增大观测频率、密切关注变形趋势，同时分析围岩位移、锚杆轴力、围岩压力、喷射混凝土应力等其它监测项目的监测结果。根据实践经验，我们总结了分析围岩变形状态、支护变化结果的流程框图——监测数据管理流程图。总之，不能孤立地、单方面地根据某项监测数据就判断或采取处理措施，这样可能造成不必要的浪费或更大的经济损失或安全事故。

　　每月根据监测月报的各项监测数据和可能发生的问题及有关施工注意事项，制定下月计划。

　　4、设计参数及施工方法

　　根据隧道施工期监测实践认为，承包人的施工管理、设计单位现场的密切配合，是完善隧道的设计方案和施工措施的好方法。

　　4.1 按照隧道所揭露的围岩情况，采取的具体设计参数

　　4.2 具体施工方法影响隧道施工的因素除了围岩本身特性、设计方案之外，就是施工措施。施工时结合隧道的客观情况，在施工过程中制定了施工控制的“重地质、管超前、短进尺、弱爆破、少扰动、早封闭、勤测量”二十一字方针。尤其是开挖过程中，坚持能机械或人工开挖时决不允许爆破，即使必须采取爆破施工时，爆破措施应严格实行微振动光爆技术，尽量减少对周边围岩的扰动。

　　从隧道掘进的围岩情况看，软岩约占整条隧道70%以上，针对软弱围岩的施工，除了按照所制定的二十一字方针之外，在开挖措施上，根据不同情况采取先顶后墙法、分层开挖法、留核心土倒梯形法等方案。循环进尺，控制在一榀工字钢间距，并及早封闭。在此期间根据监控量测结果，如果变形量较大，建议采取先施做临时仰拱，等落底仰拱施工完成后再拆除的方案。

　　对于采取上、下分部开挖方案施工时，上、下部的施工距离不宜过长，一般以上部施工方便为宜。从监测结果得知，隧道真正较明显的变形一般发生在下部施工之后，二衬混凝土的施工在初期支护变形达到基本稳定后进行，这样上部开挖掌子面距二衬混凝土的施工距离就会较长，对施工安全等有一定的不利因素。落底开挖之后应及早施工底部混凝土，以防止因围岩变形而发生安全事故。如果在落底开挖时，围岩左右两边岩性不一致，应采取先施工围岩较弱的一侧。

　　5、几点体会

　　5.1对局部富水地段地下水的处理，大家都知道采取疏、堵相结合的综合治理措施，采取何种方式效果较好?我们认为：首先考虑隧道所揭露的围岩的节理发育、渗透水情况以及地下水的物理化学性质，如果围岩节理较发育且渗透性较好，采取以排为主的效果较好。但是我们还知道：岩石的主要成份是碳酸盐，它们在大气中容易发生化学反应形成可溶性碳酸盐如：CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2，而这些可溶性碳酸盐又不稳定，如遇高温又会发生分解，形成不溶于水的碳酸盐如：Ca(HCO3)2= CaCO3+H2O+CO2，这就是石头搬家的道理。通过隧道的施工实践，我们发现有些预埋环向排水管已被这些碳酸盐所堵塞，所以建议，对富水地段最好设置环向盲沟代替埋设环向排水管或二者兼顾。

　　5.2对于Ⅲ类及以上较好围岩，二衬混凝土最好增设一层钢筋，如果隧道埋深较大，来自上方的压力较大;隧道上方围岩情况不能仅通过隧道所揭露的岩性做出准确的判定;根据混凝土抗压不抗拉的特殊性，如果混凝土受到隧道上方不均匀的压力，极易造成二衬混凝土的开裂。

　　5.3浅埋隧道或隧道的进出口，应进行较详细的地质勘探，探明覆盖层厚度、地质特性及可能的滑动区。如果隧道受侧向压力偏差较大，由于受地形、地质构造、施工等因素的影响，很有可能造成因隧道周边受力不平衡而变形过大，导致衬砌开裂等病害。在设计上，对这些特殊地区，建议采取基础处理、偏压衬砌、特殊衬砌、上部治理等其它综合防治措施。