摘 要：瀏陽河隧道為武廣客運專線重點控制性工程，隧道具有埋藏淺、地表建(構)筑群多、下穿瀏陽河以及多條公路主干道等特點，隧道工程地質與水文條件及其復雜，安全隱患多。為了確保隧道快速實現貫通以及地表構筑物安全穩(wěn)定，在施工中將監(jiān)控量測作為一道重要的工序來實施，在隧道洞內、地表分別埋設監(jiān)測點，采用多種的監(jiān)測儀器設備及手段，對圍巖的穩(wěn)定性狀態(tài)分析進行信息化指導施工，為施工方法的優(yōu)化、支護參數的調整、安全評估等方面的決策提供重要依據。

　　關鍵詞：隧道;非接觸測量;圍巖監(jiān)測;地表監(jiān)測

　　Abstract: In order to ensure the tunnel to achieve through fast and the security stability of surface structures during the construction will be monitoring measurement as an important process to implement, in a tunnel inside the cave, the surface, respectively, laying the monitoring points, using a variety of monitoring equipment and instruments, analysis of surrounding rock stability of the state to guide the construction of information technology, supporting the adjustment of parameters for the optimization of construction methods, safety assessment and other aspects of decision-making basis.

　　Key words: tunnel; non-contact measurement; surrounding rock monitoring; surface monitoring

　　中圖分類號：U452.1+3 文獻標識碼：A 文章編號：

　　1 工程概況

　　1.1 基本情況

　　圖1 瀏陽河隧道平面示意圖

　　瀏陽河隧道位于湖南省長沙市東郊，起訖里程DⅡK1560+785～DⅡK1570+900，全長10.115km，是武廣客運專線重點控制性工程，是我國第一條穿越河流及城區(qū)的采用鉆爆法施工的客運專線隧道，大型設備無軌運輸，隧道輔助坑道有1斜井、3個豎井。隧道進口位于星沙鎮(zhèn)至彭家港的瀟湘路附近，在穿越京珠高速與長永高速立交的牛角沖互通立交后，通過星沙開發(fā)區(qū)密集群、高地學校區(qū)與民房區(qū)后下穿瀏陽河，終于機場高速輔道南側，接入新長沙火車站(圖1)，設計為單洞雙線鐵路隧道。

　　1.2 工程特點

　　隧道圍巖級別主要為Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ三級，主要以泥質粉砂巖、鈣質砂巖、粉砂質泥巖為主，巖石呈強～弱風化狀態(tài)，巖層軟弱,較破碎巖石單軸飽和抗壓強度在2.98～24.4MPa之間，圍巖較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，地下水較發(fā)育，施工時易發(fā)生掉塊、剝落、坍塌現象。

　　瀏陽河隧道縱向斷面成“V”字形，最大埋深不足70m，最小埋深為4～8m，平均埋深約為40m。特別在下穿機場高速段埋深為8m，下穿京珠高速公路的埋深僅為4m，下穿進出口敏感建筑群區(qū)埋深均在20m左右，下穿瀏陽河河底段埋深在19.1～23.8m，全隧較多處屬于典型的淺埋、超淺埋區(qū)段。隧道所穿越的地表敏感建(構)筑物多且基礎形式薄弱，抗變形、抗震動能力差地表建筑物基礎薄弱。根據隧道所處的綜合實際情況，沉降控制標準要求高，變形控制難，在施工中如何控制隧道圍巖變形及地面沉降將是本隧道的難點和重點。為了確保隧道快速實現貫通以及地表構筑物安全穩(wěn)定，在施工過程中將監(jiān)控量測工作作為一項重要的工序工藝進行實施，在隧道初期支護圍巖表面及掌子面、隧道線路地表建(構)筑物等部位布置沉降監(jiān)測點，并在施工期間對其進行收集監(jiān)測變形數據，以掌握圍巖變形情況及穩(wěn)定狀態(tài)，及時分析反饋圍巖應力變形情況以進行信息化指導現場施工，為施工方法的完善優(yōu)化、支護參數的調整以及安全評估等方面的決策提供了重要依據。

　　2 監(jiān)控量測方法

　　監(jiān)控量測工作分別于洞內、地表同時實施。其中洞內包括拱頂沉降、周邊收斂、掌子面核心巖土的位移;地表主要針對隧道地表橫向區(qū)域及地表建(構)筑物。監(jiān)測時分別采用非接觸測量的方法，以確保監(jiān)測數據真實可靠，數據采集合理有效，以滿足信息化指導施工，優(yōu)化施工方案的要求。

　　2.1 洞內監(jiān)控量測

　　瀏陽河隧道監(jiān)控量測將洞內沉降、周邊收斂以及掌子面核心土變形作為必測項目和監(jiān)測重點，其具體情況見下表。

　　表1 洞內監(jiān)控量測項目及方法表

　　序號項目名稱測量方法布點部位

　　1拱頂沉降全站儀配反射膜片隧道拱頂

　　2周邊收斂全站儀配反射膜片隧道兩側

　　3掌子面量測全站儀配反射膜片掌子面

　　4預收斂、擠壓變形應力計、應變計或多點位移計圍巖內部

　　2.1.1 監(jiān)測點埋設

　　圖2 臺階法布點示意圖

　　在隧道噴錨支護施作后，最好在開挖后24h內、下一循環(huán)開挖前，立即進行布設監(jiān)測點，布點時采用風鉆鉆孔，孔深宜0.5～0.8m，孔底必須深入圍巖內，監(jiān)測點采用φ22鋼筋，長度為0.6～0.9m，外露10cm。拱頂沉降點埋設在中線頂部，兩側收斂點在同一里程斷面、同一水平線上，監(jiān)測收斂點分別在上、下臺階各設置一組。埋點前將鋼筋埋設外露端頭用切割機切成45°斜平狀或者焊接一個角鋼，然后用砂漿或錨固劑固定，端頭斜面背向掌子面，待點位凝固穩(wěn)定后，將反射膜片貼在鋼筋頭斜面上，完畢后在監(jiān)測點旁邊標識詳細顯目的監(jiān)測斷面里程牌。

　　2.1.2 量測方法

　　埋點完成后，將取初始觀測值，監(jiān)測儀器采用高精度的徠卡1201全站儀，精度達到0.1mm，可以滿足要求，監(jiān)測時將拱頂沉降原始觀測高程值為H0，兩側收斂點的坐標讀數記錄下來，包括縱向里程(Y0)、橫向支距(X0)、豎向高程(Z0)等三維坐標全部記錄下來。監(jiān)測量測方法為非接觸測量，每次量測時采集數據不少于三次，取平均值為該次觀測讀數。

　　2.1.3 監(jiān)測變形值計算

　　2.1.3.1拱頂沉降變形

　　其中累計沉降變形量為：ΔH= Hn—H0

　　式中ΔH為累計變形量，Hn為最后觀測值，H0為初始觀測值。

　　當日(或單位時間段內)沉降變形量為：Δh=Hn—Hn-1 ，式中Δh為當日(或單位時間段內)沉降變形量，Hn本次觀測值，Hn-1為上次觀測值。通過該數據還可以計算圍巖變形速率，即

　　υ=Δh/t=(Hn—Hn-1)/t

　　式中υ為變形速率，t為兩階段時間差，將變形速率求出后，可以根據數據分析應力變化趨勢及掌握圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)。

　　2.1.3.2周邊收斂變形量測

　　瀏陽河隧道開挖斷面大，工程地質條件差，在隧道施工中采用“以大化小”的理念，即采用對隧道斷面進行豎向分臺階、橫向分部的方法，靈活采用二臺階法、三臺階臨時仰拱法、雙側壁導坑法、中隔墻法等施工方法。

　　臺階法施工可以直接按照對邊測量進行收斂監(jiān)測，采集數據。如按照分部開挖法，兩側齊頭不在同一斷面上時，對圍巖收斂監(jiān)測時按照傳統(tǒng)的收斂儀監(jiān)測實施起來難度大，很難進行現場實際操作。但是在瀏陽河隧道施工過程中，結合實際情況，對隧道邊墻監(jiān)測點根據施工先后埋設，采用非接觸測量分別對圍巖監(jiān)測點的坐標位移監(jiān)測，建立圍巖監(jiān)測點的三維坐標體系，將縱向里程(Y0)、橫向支距(X0)、豎向高程(Z0)等三維坐標全部進行監(jiān)測記錄，待兩側施工完成后再將各點變化值累加統(tǒng)計收斂量。監(jiān)測過程中按照監(jiān)測頻率及有關技術規(guī)范進行，圍巖變形位移量可根據監(jiān)測坐標變化狀態(tài)進行計算，并分析結論以評估周邊圍巖變形情況及穩(wěn)定狀態(tài)。

　　2.1.3.3掌子面位移監(jiān)測

　　為準確了解掌子面圍巖變化情況，在瀏陽河隧道河底段快貫通時，在掌子面布設位移觀測點，采用應力計、應變計或多點位移計埋設在圍巖內部，對掌子面圍巖變形位移情況進行監(jiān)測，以獲取前方核心巖土的穩(wěn)定性狀態(tài)，關注掌子面的巖土變形以擬定超前加固措施及參數。

　　圖3 監(jiān)測點縱向布置剖面

　　圖4 掌子面位移監(jiān)測

　　圖5 深部圍巖變形量測

　　2.2 地表監(jiān)控量測

　　由于隧道埋深淺、地表建筑物、地下管線較多，地表沉降控制要求嚴格，為了確保地面構筑物安全穩(wěn)定。地表建筑物主要為以磚木結構為主的民居，基礎型式薄弱，抗震能力差。技術人員在該段地面上在隧道中線兩側各50m范圍內進行詳細調查地表建(構)筑物(圖6)，并測量隧道上部建筑物基礎的覆蓋層厚度、隧道埋深情況。在隧道兩側布設地面沉降觀測網，洞內與地表的沉降觀測點盡量布置在同一斷面上，以便掌握變形關系及規(guī)律。量測原則是：觀測斷面超前隧道開挖掌子面，超前距離按太沙基理論計算而定，一般為20～30m。對于該段的地表沉降沿隧道縱向在建筑物周圍布設觀測點并及時觀測，通過觀測洞內拱頂下沉和圍巖變形均在6～10天左右基本達到穩(wěn)定狀態(tài)，累計變形量基本在18mm以內，地表下沉最大累計也在5mm以內，對地表的建筑物未造成任何影響。

　　圖6 瀏陽河隧道地表監(jiān)測點布置示意圖

　　對于穿越敏感建筑群區(qū)的地段，地表沉降沿隧道縱向在建筑物周圍布設觀測點并及時觀測，通過觀測洞內拱頂下沉和圍巖變形均在6～10天左右基本達到穩(wěn)定狀態(tài)，累計變形量基本在18mm以內，地表下沉最大累計也在5mm以內，對地表的建筑物未造成任何影響。

　　由于瀏陽河隧道是采用弱爆破法施工，地面建筑物主要為2～3層磚混結構的民居，大部基礎薄弱或無基礎，基礎一有擾動，房屋極易產生不均勻沉降及開裂。為了取保安全下穿敏感建筑群區(qū)，施工期間為此專門進行現場爆破震動監(jiān)測分析，從而準確確定該種實際情況下各項參數，以優(yōu)化調整循環(huán)進尺、裝藥量等爆破參數，達到控制爆破震動對地面建筑物的影響，確保地面建筑物安全。

　　3 結束語

　　3.1以前監(jiān)控量測主要利用收斂儀直接量測兩點之間長度的變化，人為誤差較大，要利用裝載機將人端起才能量測，特別是大斷面隧道，全斷面開挖以后即使利用裝載機也較難對拱頂及拱腰部位進行量測，量測過程麻煩，且影響施工。先采用特殊裝置并監(jiān)測，該裝置安裝方便，利于監(jiān)控點的保護，測量時直接利用全站儀自帶的軟件及功能可直接量測，操作高效，監(jiān)測數據準確。

　　3.2在監(jiān)控量測實施過程中，由于其他因素導致監(jiān)測點被破壞的，要及時將點補上并讀取數據，以確保數據的連續(xù)性，同時要認真保護好監(jiān)測點。

　　3.3對于緊鄰建筑物的淺埋暗挖大斷面隧道施工，控制沉降是首要而又關鍵的問題。同時要控制爆破產生的地震速度在建筑物允許的安全速度之內。施工中應堅持二十一字方針——“管超前、嚴注漿、短開挖、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測”。一方面通過采取分部開挖超前支護注漿加固的方法施工;另一方面加強監(jiān)控量測、及時反饋，做到信息化施工。

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　　作者簡介：

　　1、張雪玲(1976—)，女，工程師，2009年畢業(yè)于長安大學，管理學碩士。