监控量测技术在隧道施工安全中的应用

肖健斌

摘 要：隧道施工安全离不开监控测量技术的应用。本文以厦蓉国家高速公路汝郴段23标亭子坝隧道施工项目为例，深入分析监控测量的数据总结，以期为同类项目的施工环境安全提供一定的借鉴。

关键词：隧道；监控量测；施工安全

中图分类号：U456.3 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）14-00148-02

Application of Monitoring and Measuring Technology in

Tunnel Construction Safety

XIAO Jianbin

（Henan Luqiao Construction Group Co.， Ltd.， Shangqiu Henan 476000）

Abstract： Tunnel construction safety is inseparable from the application of monitoring and measuring technology. In this paper， took the construction project of the 23 standard Pavilion Dam Tunnel of Ru Chen section of Xiamen national expressway as an example， and analyzed the data of monitoring and measurement in depth，in order to provide some reference for the construction environment safety of the same kind of project.

Keywords： tunnel；monitoring and measurement；construction safety

1 隧道监控量测项目概况

厦蓉国家高速公路汝郴段23标亭子坝隧道设计为双向小净距分离式隧道，左洞起讫里程桩号ZK106+940～ZK107+410，长470m；右洞起讫里程桩号YK106+885～YK107+395，长510m。隧道整体穿过第四系冲洪积堆积山体，地质条件极为复杂，围岩主要有松软含砾、粉质黏土和碎石土夹漂石、块石，含水量大，地下水位高于隧道，围岩稳定性极差，容易发生掉块、坍塌或冒顶等不可预见事故，进口左洞偏压，施工难度大。

2 隧道监控量测数据分析

2.1 必测项目位移量测

监控量测必测项目数据拱顶沉降和周边收敛显示，围岩整体变形量偏大，特别是隧道进出口浅埋段（YK106+925～YK107+020，ZK106+925～ZK106+972s），多个断面在拱顶累计沉降值在300mm以上，达到隧道开挖宽度的3%～5%，大大超出相应规范的标准；最大累计拱顶沉降达637.4mm，周边收敛值达169.29mm（YK107+020断面）。随着隧道埋深的增大，各项数据趋于相对平缓，但到了YK107+030～YK107+250段，整体位移明显变小，沉降速率最大日沉降值在1～2mm以内。由于亭子坝隧道进口开挖前期整体变形量偏大，工程设计与施工进行了相应的方案调整：采用右洞超前，保留核心土環形开挖，仰拱及时跟进，提前施作二衬，单层超前小导管改为6m长的双层小导管；钢支撑由0.8m间距调整为0.6m；锁脚锚杆加长到7.0m。监测数据显示，围岩变形得到有效控制，虽然变形周期达40d，但最终趋于稳定，拱顶沉降为0.15～0.4mm/d，周边位移0.15～0.2mm/d，基本满足二衬施作条件[1]。

2.2 地表下沉观测量测

地表下沉观测量测显示，前期开挖沉降较大，在仰拱闭合之后趋于稳定。以K107+350为例，测点3、4位于拱顶上方，沉降最大达417mm，两边沉降最小78mm，无偏压显示，与洞内沉降及周边收敛数据变形趋势一致，分别于7月29日后趋于稳定。K107+350地表沉降如图1所示。

2.3 锚杆内力量测

锚杆内力量测的目的是了解锚杆的工作状态及轴向应力的大小，判断围岩变形的发展趋势，及其强度下降的界限，评价锚杆的支护效果。锚杆内力监测结果（见图2）显示，锚杆在隧道埋深大的中部受拉应力较多，只有在进口浅埋偏压段以压应力为主，浅部2m内受力最大，为18.7MPa，深部受力最小，为4.5MPa，但在3m处仍有受力。这说明扰动范围约3m，设计锚杆长度大于3m是合适的，应力值稳定时间与围岩变形稳定时间接近。

图2的数据显示：锚杆内力偏小，最大为18.7MPa，最小为4.5MPa，相当于锚杆最大拉力值1.7kN，远低于设计值，可能与围岩松软有关，实测注浆锚杆抗拔力为70kN。这说明隧道对普通砂浆锚杆不合适，采用注浆锚杆或钢花管是合理的。

2.4 初期支护内力量测

初期支护内力即初支喷射混凝土层内力。从监控数据来看，除个别断面偏大外，主要受力在初支上。从变形曲线来看，30d后，变形和受力基本处于稳定状态，其他基本正常均在5～8MPa，最大值在拱顶，且均处于稳定状态。

2.5 钢支撑内力量测

钢支撑内力量测的结果表明，基本都是拱顶测点的钢支撑内力最大，测点埋设后的变化很快，30d后拱顶测点的钢支撑内力已逐渐趋于稳定，除ZK107+149偏大，为284MPa，其余测点的量测值较小，且最大应力远小于20a工字钢所承受的350MPa极限。

2.6 围岩压力量测

从ZK107+149断面来看，围岩与喷射混凝土接触压力值很小，各测点的接触压力平均围岩压力测量数据在0.01～0.16MPa，且变化不大。从接触压力的时间曲线分析，本断面的接触压力已稳定。

2.7 二衬内力量测

二次衬砌内部应力中几个典型断面的二衬内的应力都在0.45～6.57MPa，最大值在ZK106+990左侧拱肩处，为6.57MPa，并且变化趋势比较稳定。

3 隧道监控量测结论

第一，实测隧道变形较大，最大水拱顶沉降637.4mm，水平收敛达169.29mm。开始阶段变形速率较大，变形值迅速增长，二次衬砌前变形基本趋于稳定，实测二次衬砌前初期支护变形速率在1～2mm/d。二次衬砌前隧道变形达到预留值的80%以上（不包括前期丢失变形），而二次衬砌变形很小，这说明二次衬砌承受一定的荷载。亭子坝隧道具有大变形隧道特征，即变形大、前期变形速率大、变形时间长，二次衬砌承受一定的荷载，因此应加强观测，确保洞室稳定。

第二，亭子坝隧道地质条件差，围岩变形大、前期变形速率大、变形时间长，且围岩压力大，围岩压力以形变压力为主，二次衬砌施作不受规范的0.2mm/d限制，如套用规范值，势必延迟二次衬砌施作时间，使变形不易控制，初支容易侵入二衬，甚至会造成塌方。较早施作二次衬砌来承担部分因初期支护不足產生的荷载对此类大变形围岩隧道是可行的，也是安全有利的。

第三，量测锚杆受拉力较多，拉力位置发生在3m左右，与围岩松软有关。隧道对普通砂浆锚杆不合适，而注浆螺旋锚杆或钢花管是适合的，且设计锚杆长度应大于3m。

第四，实测最大初支内力为5～45MPa，最大二次衬砌接触内力为0.45～6.57MPa，二次衬砌内力占初支力比例的9%～13%。初期支护围岩压力发展比二次衬砌接触压力快，在初期支护围岩压力基本稳定后，二次衬砌接触压力仍缓慢发展，这说明后期增长的围岩压力部分由二次衬砌承担。

第五，实测最大初期支护钢架应力为284MPa，最大初期支护混凝土应力为45MPa，最大二次衬砌混凝土应力为6.57MPa，均未超过材料的极限强度。

第六，隧道进出口位移、锚杆轴力、支护压力、支护应力及二次衬砌分担压力大于隧道中部（埋深较高部位），因此，施工应根据不同区段监测结果采用不同的支护参数。

第七，亭子坝隧道整体位于松软围岩中，地质条件极差，根据监控量测结果，隧道变形基本处于稳定状态，但二衬还承受一定的支护压力，隧道可能还存在整体变形下沉与不均匀沉降的隐患，因此，建议隧道完工后进行一定时期的系统监测。

实测结果表明，隧道前期变形较大，经修改设计方案和改善开挖方式和步骤后，得到控制，支护、衬砌结构基本稳定，为隧道施工环境安全工作提供了基础数据支持，并积累了复杂应力条件下隧道的环境设计施工经验。

参考文献：

[1]范洁.隧道施工环境安全研究[J].科技展望，2016（25）：225-226.