汾石高速公路隧道施工测量技术要点分析

杨玄伟,申铁军

（1.山西路桥桥隧工程有限公司,山西 朔州 036000; 2.山西路桥建设集团有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

隧道测量工作正式开展前，制定详细的隧道测量与量测专项实施方案和操作细则，上报监理工程师审查批准后方可实施[1]，在实施过程中，严格按照相关规范、规程和指南[2]。同时，根据监控量测资料，采用位移等级管理，同时参考位移时态曲线、位移速率施工管理等手段进行施工过程安全性评价并对隧道结构安全做出正确判断[3]。

1 汾石高速公路东山隧道

1.1 隧道路线线型

东山隧道为山岭土质和石质隧道，右洞长7 810.0 m，左洞长7 730.0 m。左右线的净间距12.0～27.0 m，隧道洞内正常段路面横坡：2.00%。隧道内存在大于3%的超高时，通过调整隧道内路面与起拱线相对位置满足要求。

1.2 隧道设计参数

东山特长隧道，设计为左右线分离式。单洞总长15 540 m，Ⅲ级7 676 m，占比49.0%；Ⅳ级5 848 m，占比38.0%；Ⅴ级1 959 m，占比12.6%，明洞57 m。该隧道设斜井一处1 388 m，Ⅲ级980 m，占比70.6%；Ⅳ级298 m，占比21.5%；Ⅴ级110 m，占比7.9%，明洞18 m。见表1。隧道平纵及净空断面具体如下：

（1）平面设计。隧道行车道中线相距平面设计线5.250 m，与路线设计标高位置相距4.250 m[4]。

（2）纵断面设计。根据线路纵断面设计，隧道采用单面坡，上坡为小里程向大里程方向[5]。

纵坡坡度左线为+2.5%，右线为+2.0%。

（3）内轮廓设计。采用三心圆断面，组成为：0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75；净高：5.0 m。

2 隧道施工测量技术要点

2.1 施工测量

隧道的施工测量控制主要通过左、右线同时布设导线，通过行人横通道或行车横通道的连接线去组成闭合导线网[6]。

2.1.1 测量控制网等级

依据工程测量规范采用四等控制测量使隧道的贯通误差不超标：150.0 mm 与70.0 mm 分别是横向贯通限差与高程贯通限差。洞外的横向贯通中误差与洞内的横向贯通中误差分别控制在25.0 mm 和45.0 mm；洞外的高程贯通误差与洞内的高程贯通误差均控制在25.0 mm[7]。

2.1.2 测量实施要点

（1）洞外控制测量。对设计单位提供的平面控制网、高程控制网，施工前要组织测量技术人员复测，通过加密控制点，将曲线上的特征点、洞口投点纳入施工的控制网，从而成为地面控制网的控制点，建立洞外的三维导线网[8]。

（2）洞内控制测量。采用分级布设的方法来布设洞内导线。当施工导线推进到一定的长度以后，选择一部分施工导线点敷设成为主要的导线。为提高测量精度主要导线要布设成导线环以利校核[9]。

1）洞内导线测量。洞内导线一般边长比较短，测站、目标均要严格对中，同时可采用两次读数、两次照准方法，觇标置中、减弱仪器、照准读数误差。

2）洞内高程控制测量。采取等影响分配的原则，地面、地下控制测量对贯通误差的影响为：贯通限差（公路隧道）是70.0 mm，洞内的高程贯通中误差为25.0 mm。

a.洞内的水准点，为增加检核条件须进行往返观测和多次观测；b.仪器到水准尺的距离如洞内通视条件差则不得超过50.0 m。

3）洞内中线测量。正式中线点在曲线段每隔70.0 m设1 点，其余直线段每隔200.0 m 设1 点；临时中线点在曲线段每隔5.0 m 要设1 点，其余直线段每隔10.0 m要设1 点。用极坐标法进行中线的测量时，为提高精度和防止错误要以盘右盘左分中法测量中线位置。

2.2 测量操作原则及平差方法的选用

2.2.1 测量操作原则

（1）须遵守后局部先整体的程序。

（2）须审核测量原始数据准确性，计算工作、测量放线要同步校核。

2.2.2 选用平差方法

根据平面控制测量设计的精度要求和精度去选用相应平差方法。

高等级控制测量、低等级控制测量分别采用严密平差的方法进行平差和近似坐标平差的方法进行平差。

3 量测数据处理与传输

以汾石高速公路的核桃岩隧道为例，围岩及衬砌统计见表2、表3。基于量测数据及时处理的重要性，根据量测数据的用途及信息反馈的紧急程度，通常会采取多种方式对数据进行及时传输和处理，主要采用的方法有网络、电话、传真、定时收集等。

表2 隧道右洞围岩及衬砌统计表

表3 隧道左洞围岩及衬砌统计表

3.1 项目气候条件

境内年平均气温为10.2 ℃，极端最低气温为−22.6 ℃，极端最高气温为39.2 ℃。一年中1月最冷，月平均温度为−6.0 ℃。7月最热，月平均气温23.4 ℃。冻土日数在140 天以下，初日在11月上旬（立冬），终日在3月中旬（春分前）。最大冻土深度96 cm，一般出现在1—2月。年降雨量550 mm，雨季集中在6—9月份，霜冻期为9月下旬至次年4月下旬，无霜期180～190 天。

3.2 水文地质特征

该项目位于石楼和交口两县境内，属溶蚀剥蚀中山区和黄土覆盖中山区，地表土质疏松，在地表水的侵蚀剥蚀作用下，表现为黄土梁、冲沟、沟壑等地貌。东山特长隧道穿越东山国有林场，林区内植被丰富。

3.3 工程重、难点

（1）东山特长隧道快速施工。东山隧道分左、右线双洞属于特长隧道，是该项目的节点工程，隧道贯通时间早可以确保工期目标的实现，同时确保路面施工标段的连续性，是该工程的重点。

（2）斜井与正洞交叉口施工。斜井断面与正洞断面尺寸相近，交叉口处断面大且应力集中，随着挑顶工序的展开推进，应力不断重新分布。施工过程中如工序不当，会存在变形、拱顶下沉、支护开裂、结构失稳等施工风险，是该工程的重点。

（3）隧道施工通风。施工通风是隧道施工的重要工序之一，特别是特长隧道施工且大断面大坡度长斜井承担主洞施工，通风更是制约隧道快速安全施工的重要因素，是该工程的难点之一。

（4）斜井及井底行车管理。斜井至井底承担正洞任务后，在施工高峰期，投入主要设备4 台挖机、6 台装载机、18 台25 t 出碴车、8 台10 立方混凝土罐车、6 台农用车、1 台通勤车。同时施工四个开挖面、四个二衬作业面和四个仰拱铺底作业面，每日预计开挖21 m、二衬18 m3、仰拱或铺底20 m。每日出碴量约2 100 m3，喷射混凝土约300 m3，二衬及仰拱混凝土约370 m3，需出碴约260 车，混凝土约90 车，农用车约30 车次，交通及指挥车约30车次，共计410 车次，约4 min 通过1 辆车，车流量大，是该工程的难点。

（5）斜井二衬施工。二衬需紧跟开挖掌子面自上而下施作。若采用6 m 二衬台车，自重约70 t，混凝土67 m3约160 t，共计230 t。在不考虑动载情况下，模板台车下行、定位、浇筑过程中，存在台车下溜、倾倒等安全风险，对开挖掌子面、二衬施工面造成较大安全隐患，安全管理不可控，既是该工程的重点也是该工程的难点。

3.4 施工对策

（1）针对重点难点工程，采用三臂凿岩台车，制定专项施工方案，专项控制，施工前严格进行技术交底，确保施工质量、安全处于可控状态。

（2）加强隧道的监控量测和围岩的变形量测，做好各项工序的衔接安排，以缩短工期。及时掌握围岩和支护在施工过程中的稳定程度，保障施工安全。与设计院沟通，加强开挖支护措施，加大对掌子面的稳固，减少对卵石层的扰动。

（3）从施工安排上挤时间，争取及早进洞，抓紧施工准备，积极与当地政府及相关林场协调，一旦条件具备立即开始隧道施工。

4 隧道及地下工程施工智能化监测与信息管理系统

采用隧道及地下工程智能化监测与信息管理系统。此系统是隧道与地下工程施工智能化监测与信息管理系统，系统基于云平台、人工智能、物联网技术开发，涵盖隧道及地下工程施工期监控量测、地质预报、质量检查和周边建筑物监测业务，投入该系统，可提升监管水平、规范现场工作、提高工作效率。系统充分结合规范要求和行业需求，设计了以云数据库为中枢实现不同终端类型、多个终端用户进行实时数据同步的系统架构。系统由App 智能采集端、App 远程管理端、Web 智能管理端和后台数据分析系统3 部分组成。“两端四通道”使系统具备业务全覆盖、流程全参与、高时效性、高系统性的特点。系统进行多源数据智能采集，App 智能采集端可实现现场施工进度、监控量测、超前地质预报和质量检查的信息采集，包括数据、照片、视频、素描等种类信息，同时实现对应关联存储，也把更多复杂的采集参数做到更多的点选操作，提高便捷程度，如掌子面地质描述，通过便捷的点选式操作大大提升了现场数据记录效率；通过数据库既有数据的整合分析，实现对大部分内容的自动化填写，如通过当天的施工进度自动计算监测位置与掌子面距离并自动填写当次量测值与第一次差值等内容；每次填写后实现智能判断是否触发预警条件以及进行提示和记录推送。

5 结束语

测量操作须遵守后局部先整体的程序并且要审核测量原始数据的准确性，测量放线要同步校核计算工作。隧道测量数据尽可能在现场整理分析，每次应在2 h 内，量测结束后进行资料整理并尽快提交设计、业主、监理、施工单位，以此合理安排施工进度并及时调整支护参数。