公路隧道监控量测运用综述

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目前，公路隧道普遍采用的施工方法为新奥法(即复合式衬砌)，其基本原理为充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护结构的监控、测量来指导地下工程的设计与施工。隧道监控量测是隧道新奥法设计和施工的重要组成部分，对于及时了解隧道开挖后的变形状况，确定和研究隧道支护效果及隧道安全施工具有十分重要的意义。其主要作用有:(1)确保施工安全及结构的长期稳定性;(2)验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性，为调整支护参数和施工方法提供依据并优化设计，以达到动态设计的目的;(3)确定二次衬砌施作时间;(4)积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。

1工程概况

阿尔格勒特山隧道为一座上、下行分离式的四车道高速公路长隧道，右线全长2515m，左线全长2479m。隧道最大埋深约95m，暗洞最小埋深约6m。隧道基本处于基岩裸露区，基岩为泥盆系呼吉尔斯特组和朱鲁木特组(D2h+3z)安山岩、安山玢岩等。地质构造相对复杂，隧址区为一短轴背斜轴部，发育有一系列断层和褶皱，在隧道拟穿越地段，发育有两条断裂。隧道围岩为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，对应的隧道结构设计类型为Ⅲ、Ⅳq、Ⅳa、Ⅳb、Ⅴq、Ⅴ型衬砌，采用光面控制爆破，Ⅲ级围岩按全断面开挖;Ⅳ、Ⅴ级围岩按上下台阶法开挖。隧道支护衬砌参数见表1。

2施工监测设计

2.1监测项目、方法及频率

根据设计图纸和施工规范要求，本隧道施工监测项目、方法及频率见表2。

2.2监测控制标准

位移控制基准见表3。

3施工监测分析

3.1地质和初期支护观察

3.1.1观测内容

3.1.1.1对开挖后没有支护的围岩(1)岩质种类和分布状态，近界面位置的状态;(2)岩性特征:岩石的颜色、成分、结构、构造;(3)地层时代归属及产状;(4)节理性质、组数、间距、规模、节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，充填物的类型和产状等;(5)断层的性质，产状，破碎带宽度、特征;(6)溶洞的情况;(7)地下水类型，涌水量大小，涌水压力，湿度等;(8)开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象;(9)核准围岩级别。

3.1.1.2开挖后已支护段(1)初期支护完成后对喷层表面的观测及裂缝状况的描述和记录;(2)有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象;(3)喷混凝土是否产生裂隙或剥离，要特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏;(4)有无锚杆和喷混凝土施工质量问题;(5)格栅钢架有无被压弯现象;(6)是否有底鼓现象。

3.1.1.3洞外观察主要是了解洞口、洞身和浅埋段的地表变形、开裂情况，判别松动区范围。

3.1.2观测方法

利用地质素描、照相或摄像技术将观测到的有关情况和现象进行详细记录，观测中，如发现异常现象，要详细记录地质和支护状态信息，发现的时间、具体的里程位置。

3.1.3测试仪器地质罗盘，地质锤，放大镜，数码照相机。

3.1.4结果分析

监测过程中，通过人工肉眼观察(必要时进行拍照和量测)，描述和记录隧道掌子面和支护的地质情况、岩层产状、裂隙、地下水、溶洞、渗水等影响工程施工的因素;同时描述和记录围岩支护效果，以此对围岩稳定性做出经验性的评价，判断围岩类别是否与设计相符，从而指导施工安全、高效地进行。实践证明，对隧道掌子面的工程地质与水文地质的观察和描述，对于判断围岩稳定性和预测开挖面前方地质条件十分重要;掌子面附近初期支护的观察和裂缝描述，对于围岩稳定性的判断和开挖方法及支护参数的检验也是不可缺少的。

3.2地表下沉

3.2.1测点布置

在隧道浅埋地段，洞室开挖的扰动会直接影响到地面，通过对地面沉降的监测，可直接判断施工状态的好坏。在隧道左、右洞进、出口，垂直于隧道轴线共埋设了5个主断面，在每个主断面按照设计间距布置各监控点。对地面沉降，现选取隧道进口右洞某断面对变形加以分析，监控点埋设布置情况见图1。

3.2.2量测数据各监控点编号以距离隧道中心线上方地表处的距离值进行编号，各监控点累计沉降量表4，根据表绘制各监控点累计沉降量见图2。

3.2.3地表沉降分析

由图2可以看出:地表沉降最大值发生在隧道中心上方地表处，并沿衬砌中心线向两边递减扩散。

3.3水平净空收敛和拱顶下沉

3.3.1数据整理

选取隧道内Ⅲ级围岩某断面开挖时的拱顶沉降和水平净空收敛监测数据进行分析，其拱顶沉降和水平净空收敛监测数据见表5。

3.3.2水平净空收敛回归计算

将表5水平净空收敛数据分别按指数函数、对数函数、双曲函数进行回归计算得到以下三个方程:指数函数:u=21.4682×e(－1.9268/t)相关系数r=－0.9885对数函数:u=24.8844－7.3965/lg(1+t)相关系数r=－0.9482双曲函数:u=t/(0.2383+0.0315t)相关系数r=0.9916结论:以上三种回归方程中双曲函数的相关系数R的绝对值最趋近1，其回归精度较高，故选用u=t/(0.2383+0.0315t)代表该断面水平净空收敛水平测线的收敛情况(图4)。

3.3.3拱顶沉降回归计算

将表5拱顶沉降收敛数据分别按指数函数、对数函数、双曲函数进行回归计算得到以下三个方程:指数函数:u=33.1320×e(－1.5854/t)相关系数r=－0.9913对数函数:u=38.2610－10.3934/lg(1+t)相关系数r=－0.9669双曲函数:u=t/(0.1056+0.0244×t)相关系数r=0.9961结论:以上三种回归方程中双曲函数的相关系数R的绝对值最趋近1，其回归精度较高，故选用u=t/(0.1056+0.0244×t)代表该断面拱顶沉降的收敛情况(图5)。

3.3.4分析及应用

3.3.4.1水平净空收敛分析根据选定的双曲函数方程回归曲线进行分析，求得其最终总位移量为1/B=31.75mm，当开挖后23d后，其位移量为21.21mm，为总位移量的67%，根据求导公式求得第23d的位移速率为0.26mm/d，根据公路隧道施工技术规范(JTJ042－2004)9.

3.4可判定围岩及初期支护水平净空收敛在开挖23d后还未稳定，不能进行下道工序二次衬砌施工，需继续进行监测。

3.3.4.2拱顶沉降分析根据选定的双曲函数方程回归曲线进行分析，求得其最终总位移量为40.98mm，当开挖23d后，其位移量为31.35mm，为总位移量的76%，根据求导公式求得第23d的位移速率为0.24mm/d，根据公路隧道施工技术规范(JTJ042－04)9.3.4可判定围岩及初期支护拱顶沉降在开挖23d后还未稳定，不能进行下道工序二次衬砌施工，需继续进行监测。

3.3.4.3综上分析，可得出以下结论:此段围岩在开挖23d后围岩周边位移及拱顶沉降均未稳定，不得进行二次衬砌施工，需继续进行监控量测。

4结束语

通过监控量测在本隧道中的应用，可及时掌握围岩和初期支护在施工过程中的变形和稳定情况，确定二次衬砌的施工时间，保证了施工安全和施工质量，各种支护结构形式相对稳定，同时为修正设计提供了依据，说明监控量测是隧道新奥法施工过程中必不可少的重要程序。