监控量测在隧道施工阶段的应用

【摘要】在现场的实际施工中，通过对监控量测数据的分析，改善初期支护的形式，对于地质条件较好的围岩，可以对设计参数进行优化，而对于地质条件较差的围岩，可以及时的进行加固，以保证施工人员的安全。总之，监控量测在施工中有着举足轻重的作用。

【关键词】隧道；监控量测；应用

为了适应铁路隧道大规模建设发展的需要，提高铁路隧道设计、施工水平，确保安全运营，结合新徘徊隧道工程的施工经验，分析一下监控量测在隧道施工阶段的应用。

1、工程概况

新徘徊隧道位于邯郸武安市徘徊镇。隧道位于低山丘陵区，地形起伏较大。植被较发育，隧道进口表层为黄土，有露基岩。下侧：约50米处有房子为徘徊镇，房屋密集，有耕地。出口表层为黄土，有露基岩，坡度30?。上侧：约100米处有线杆，约300米处为徘徊镇；下侧：有大片耕地。既有隧道进出口边坡有护坡，洞外有护坡。隧道最大埋深52.68m，本隧道位于既有徘徊隧道的右侧，隧道进口距离既有线约20m，出口距离既有线约20m。地层主要为第四系上更新统坡洪积层新黄土，下伏燕山期侵入闪长岩，隧道进出口附近表层分布第四系上更新统坡洪积层新黄土，下伏燕山期侵入闪长岩，隧道洞身通过地层为燕山期侵入闪长岩弱风化，地层描述如下：新黄土：浅黄色、褐黄色、黄褐色、坚硬～硬塑。弱风化闪长岩：灰绿色，矿物成分以长石，角闪石为主，中粒结构，块状构造，节理裂隙发育。

2、监控量测概况

2.1量测项目名称、要求和目的

设计及施工规范上明确提出了在隧道施工过程中所必须进行的量测，它包括必测项目：洞内观察、净空位移、拱顶下沉；增补项目：浅埋段地表下沉量测、洞内地中位移、锚杆轴力、衬砌应力、钢支撑应力、洞内弹性波等。其目的就是要根据观察、量测等得到的资料对已开挖的区间和掌子面前方的围岩状况进行预测，并反应到施工中去。

2.2监控量测项目的选择

结合新徘徊隧道工程地质、水文地质的勘测设计报告，在隧道开工前期，经分析首先拟根据隧道工程地质情况确定了监控量测项目，作为今后施工期实施具体监测工作的基本准则。

施工期间，依据所采取的地质雷达、TSP203隧道地震波反射探测法、加深炮孔探测、等超前地质预报手段，综合分析所得出的隧道前方地质围岩情况，确立监测项目。原则上每类围岩至少要布置2个以上，监测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。在围岩发生突变处应增设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。在通常的施工中，施工单位普遍采取净空位移及拱顶下沉两个项目进行量测，而忽视了锚杆轴力、钢支撑应力、锚杆拉拔实验等项目的监测，这就经常出现在不同的围岩状态下，支护参数不能及时的进行调整而造成初期支护变形或材料的浪费等情况。

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里程附近，立即进行下一循环的地质超前预报分析。现新徘徊隧道的超前地质预报采用的方法比较多，如TSP203、地质雷达、加深炮孔探测等。这些超前地质预报手段各有所长，TSP203每次可以预知前方150米范围内的围岩及地下水情况；地质雷达适用于对断层及其影响带、溶洞、裂隙发育带、软弱夹层以及地下水的预测预报。每次可以预知前方10～30米范围内围岩及地下水情况；加深炮孔探测根据钻机能力，可以得到掌子面前方3～5米的具体地质情况。如需准确得出前方地质情况，必须将各种超前预报综合分析，方可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资料。

其次，通过施工中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。在新徘徊隧道的具体施工中，我们按照常用的量测手段，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。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。

根据现场的实际施工情况，我们成立了专门的量测小组，专门负责对隧道内净空位移及拱顶下沉进行量测，并每半个月根据监测的各项监测数据和分析结果，来分析讨论可能发生的问题，及时的进行处理，对净空位移变化较快的地段，及时采取有效的措施进行加固，以确保现场施工的安全。

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 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、勤量测”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，与设计围岩级别存在很大的差异，软岩约占整条隧道80%以上。在现场的施工中，部分软弱围岩在按照设计所给出的支护参数支护后，不同程度的发生了净空变形量大等情况，我们根据现场所反馈的量测信息，加以分析了现有支护参数的不足之处，并根据围岩情况增加了支护措施。另外，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，根据不同情况采取台阶开挖法。循环进尺，控制在0.75～1.2米间距，并及早封闭。在此期间根据监控量测结果，如果变形量较大，建议采取增加圆木横撑或施工临时仰拱的措施，等落底仰拱施工完成后再拆除的方案。

对于采取台阶法施工时，尤其在软弱围岩段，上、下部的施工距离不宜过长，一般台阶保持在3～4米左右。从监测结果得知，隧道真正较明显的变形一般发生在施工下台阶时，如遇有特殊情况，经常出现因钢架落底不及时，钢架脚基岩软弱而造成的整体下沉情况，这样，就要根据现场的实际情况及监控量测的数据，及时的改变施工方案，加强锁脚锚杆及及时封闭成环的施工。总之，现场的监控量测数据，是指导隧道初期支护施工的重要依据。

4.2设计的修正

施工阶段应基于观察、量测的结果，判断施工现场与设计不合适时，应毫不犹豫的修正设计参数。

（1）变更未开挖部分的预设计

根据地质调查结果，并依据现场的观察、量测结果和具体的围岩状况进行合理的修正设计。

（2）变更已开挖部分的设计

开挖后净空位移收敛时，可增打锚杆、增喷混凝土厚度、仰拱临时闭合等措施，另外，要对现场的监控量测数据进行系统的分析，明确初期支护的受力形式，从而有目的的对初期支护进行加固。

5、总结

量测结果是在施工过程中获取到的定量数据，经过分析可以识别隧道围岩开挖后的变化动向，是极为有用的指标。在现场的实际施工中，通过对监控量测数据的分析，改善初期支护的形式，对于地质条件较好的围岩，可以对设计参数进行优化，而对于地质条件较差的围岩，可以及时的进行加固，以保证施工人员的安全。总之，监控量测在施工中有着举足轻重的作用。