第３９卷第２期 ２０１３年６月 湖南交通科技 Ｖ０ｌ＿３９ Ｎｏ．２ ＨＵＮＡＮ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴ１０Ｎ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｊｕｎ．２０１３ 文章编号：１００８—８４４Ｘ（２０１３）０２—０１７７—０４ 某高速公路隧道监控量测技术研究 唐峰 ４１６２００） （湖南省凤大高速公路建设开发有限公司，湖南风凰摘要：以某高速公路隧道为例，针对现场地质条件、设计相关要求及高速公路规范，制 定详细的监测方案，并对隧道施工进行了严密的监控量测，确保了施工安全和质量，同时也为 今后类似工程施工提供一定的参考价值。 关键词：隧道；监控；量测 中图分类号：Ｕ ４５６．３ 文献标识码：Ｂ １ 工程概况 某高速公路隧道为分离式隧道，其中，左线隧道 走向、分布、产状，地下水是否发育和对施工的影响， 一般情况下每次循环后观测一次。支护状况观察： 初期支护状况和二衬效果观察，比如喷射混凝土开 长度为２ ５６０ ｍ，右线隧道长度为２ ６０３ ｍ，最大埋 深约２８０ ｍ。围岩级别主要为Ⅲ级，其次为Ⅳ级和 裂部位、长度、宽度；钢支撑是否被压曲；是否有底鼓 现象等。二次衬砌的整体防水效果、裂缝情况等，每 天观察一次。 ２．３．２地表沉降量测 Ｖ级。隧道左洞洞门，进口采用环框式，出口采用削 竹式；右洞洞门，进口采用端墙式，出口采用环框式。 隧道位于低山丘陵区，地表剥蚀较强烈，山顶最大高 程为６４５．６０ ｍ，上体植被十分发育。 测点布置在洞口浅埋地段，共设置４个观测断 面，每个断面上测线垂直于隧道轴线，中心监测点布 设在隧道轴线的地表位置，其它监测点沿中心线对 ２ 监控量测方案 ２．１监控量测的目的 称设置，测点间距沿中心监测点开始往两边由密至 疏布置，具体距离按２～５ ｍ布置。监测频率为：开 挖面前后小于３０ ｍ时，监测２次／ｄ；开挖面后在３Ｏ ～监控量测的主要目的就是在隧道施工期间进行 监控量测，提供准确、可靠、及时的监测信息来评定 其在施工期间的安全性和稳定性，同时对安全隐患 或事故准确、及时地预报，以便及时采取积极有效的 措施，避免发生事故，并且为隧道工程设计与施工积 累资料。 ２．２监控量测的内容 ８０ ｍ时，监测１次／２ ｄ；开挖面后大于８０ ｒｎ时， 周边收敛 监测１次／７ ｄ，观测点布设见如图１。 ２．３．３周边收敛与拱顶下沉点布置在同一断面。具体 做法是：首先在监测点处钻孔，其次往孔中倒人藕合 剂，最后插人收敛预埋件，旋正收敛钩，尽量使两个 预埋件轴线与基线保持在同一方向上，利于收敛计 必涣０项目：①围岩地质和支护状况观察；②周 边位移；③拱顶下沉；④地表沉降。 选测项目：①围岩体内位移（洞内设点）；②锚 杆轴力及抗拔力；③围岩压力及两层支护间压力监 测；④钢支撑应力量测。根据地质情况及施工、设 计要求，以必测项目作为监测重点，开展深人研究。 ２．３监控量测方法 ２．３．１ 围岩地质和支护状况观察 的悬挂和观测。凝固以后，利用收敛计采集数据。 测点布置方式如图２。 根据地质条件设置监测断面间距，在埋设测点 时，测点距离开挖面应小于２ ｍ，第一次量测应在上 一次爆破后２４ ｈ内进行。按照有关量测频率要求 认真做好量测工作，每次读数３次，同时读取量测断 面的环境温度，并做好量测记录。 ２．３．４拱项下沉 该项主要是对作业面和支护状况观察。作业面 观察：岩石的名称、岩层产状、节理、断层等结构面的 拱顶下沉量测数据，主要用于确认围岩的稳定 收稿ＩＩ期：２０１３－０３・１５ 作者简介： 峰（１９７９一），男，工程师，主要从事高速公路建设与管理。 ｌ７８ 湖南交通科技 ３９卷 图１地面沉降观测测点布设图 Ａ 图２周边位移测点布设示意图 性。具体做法是把拱顶下沉的测点与周边位移的测 点布在同一监测断面，构成一个闭合三角形监测网， 每次用收敛计测三角形的三个边，然后利用高斯定 理来计算拱顶下沉量。 ２．４监测频率及稳定性判别 ２．４．１监测频率 监测频率不仅要满足监测工作的需要，而且依 据不同的管理等级采用不同的监测频率，见表１。 具体情况如下：①如果发生事故或其它原因引起监 测项目的变化速率变大时，应连续监测，直到彻底消 除隐患或危险为止；②如果监测项目的累计变化值 接近或超过报警值时，应加密监测次数；③如果首 次报警后，监测点继续以较大的速率变形，应根据具 体情况加大监测频率并采取相应的措施；④变形曲 线趋于平缓时，且有充分的证据可以判断变化趋于 稳定，应及时进行回归分析，推算其终值不超过监测 控制值，才能终止监测。 表１ 隧道收敛位移和拱顶下沉监测频率表 往：Ｄ为隧道宽度。 ２．４．２稳定性判别 每次观测结束后及时绘制时间一位移和应力一 位移图，并简要分析所测数据。若曲线正常，表明位 移逐渐趋于稳定；若出现反弯点，表明地表下沉出现 骤增加现象，围岩和支护已处于不稳定状态，应立即 采取补救措施。隧道稳定性综合评价标准如下： １）实测最大值或者回归预测最大值不得大于 允许值或者设计最大值。 ２）根据位移速率判别： ①当拱顶下沉速率小于０．０７～０．１５ ｍｍ／ｄ或 者周边位移速率小于０．１～０．２ ｍｍ／ｄ时，表明围岩 位移基本处于稳定状态； ②当拱顶下沉速率或者周边位移大于 １．０ ｍｍ／ｄ时，表明位移处于不稳定状态，应密切关 注围岩动态； ③当拱顶下沉速率或者周边位移大于 ５．０ ｍｍ／ｄ时，应立即报警，并进行加固。 ３）根据位移时态曲线的形态判别： ①当位移速率逐渐上升时（ｄ２ｕ／ｄｔ ＞０），时态 曲线出现反弯点，表明围岩已处于不稳定状态，应立 即停止施工，及时采取加固措施； ②当位移速率保持不变时（ｄ２ｕ／ｄｔ ＝０），表明 围岩无稳定趋势，应及时采取加强措施，必要的时候 停止施工； ③当位移速率逐渐下降时（ｄ ｕ／ｄｔ ＜０），表明 围岩趋于稳定状态，可正常施工。 ３ 监控结果与分析 监测段为进口左洞Ｚｋ１８６＋４９３～Ｚｋｌ８６＋５２０ 段，围岩主要以全风化的粘性土为主，局部夹碎石， 含有少许水，岩体破碎，松散结构总体看围岩的完整 性和稳定性极差。根据公路隧道施工规范和工程地 质条件，该里程段共设置３个断面，分别为：Ｚｋｌ８６＋ ５００、Ｚｋｌ８６＋５ＩＯ和Ｚｋ１８６＋５２０。根据有关规范及 设计要求对以上３个断面的净空收敛和拱顶下沉进 行定期监控量测，获得了详细的隧道变形数据。 根据监测数据，隧道周边位移累计在开挖后的 前２５ ｄ，周边位移收敛和拱顶下沉速率比较大，经 过约６０ ｄ时间，开挖后的围岩处于稳定状态。另 外，从实测数据和分析曲线可以得出，回归曲线具有 较高的相关系数，也充分说明了拟合曲线与实际监 测数据非常吻合，反映了围岩的变形规律，所以可以 ｇ日、遥薅 嘴 一 ｐ＿Ｉｕｇ一、瓣蜊蕊菩 ｇｇ、姆疆擎＋ｌ滕 一 Ｅ∈一、讲制摇 ｕｎⅡｆ迥２期 唐峰：某高速公路隧道监控量测技术研究 １７９ 通过数据拟合，对围岩变形规律进行预测，指导施 ｌ２．０Ｏ ｌ０．Ｏ０ ８．Ｏ０ ６．００ ４．００ ２．０Ｏ ０．００ ０ ５ １０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０ ４５ ５０ ５５ ６０ ６５ 累计观测时间／ｄ ８）ＺｋＩ８６＋５００拱顶下沉累计下沉值一时间关系曲线图 【ｕｇ、 巅娶＋ｔ醋 累计观测时间／ｄ 一７ ｐ．ｇｇ一、斟煅 娶 ｂ）Ｚｋ１８６＋５００拱顶下沉速率一时间关系曲线图 １４．００ ｌ２：００ ｌＯ．００ ８．Ｏ０ ６．００ ４，Ｏ０ ２．Ｏ０ ０．Ｏ０ Ｏ ５ ｌＯ ｌ５ ２Ｏ ２５ ３Ｏ ３５ ４０ ４５ ５０ ５５ 累计观测时间／ｄ ｃ）ｇｋ１８６＋５ｌＯ拱顶下沉累计下沉值一时间关系曲线图 累计观测时间，ｄ ｄ）Ｚｋ１８６＋５１０拱顶Ｆ沉速率一时问关系曲线图 ｌ４ ＯＯ ｌ２ ００ １０．Ｏ０ ８ Ｏ０ ６．００ ４ ００ ２．Ｏ０ ０．００ ０ ５ ｌ０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０ ４５ ５０ ５５ ６０ ６５ 累计观Ｎｕ，ｔ间／ｄ ｚｋｌ８６＋５２０拱顶下沉累计下沉值一时间关系曲线图 （）．８ｆＪ ０ ７０ ０．６０ （）．５（） ０ ４０ ０．３０ ０ ２Ｏ ０．１０ ０．００ 累计观测时间／ｄ ｆ）Ｚｋｌ ８６＋５２０拱顶Ｆ沉速率一时间关系曲线圉 图３拱顶下沉值／下沉速率一时间关系曲线图 工。具体见图３和图４。 累计观测时间，ｄ ａ）Ｚｋ１８６＋５００周边位移累计收敛值一时间关系曲线图 ｇｓ、理餐 蠹蝶 累计观测时间／ｄ 一■ ＩＩｌＥ＿）～替 疆 ｂ）Ｚｋ１８６＋５００周边位移收敛速率一时问关系曲线图 １４．００ ｌ２．Ｏ０ １０．Ｏ０ ８．００ ６，Ｏ０ ４．Ｏ０ ２．Ｏ０ Ｏ．０Ｏ ０ ５ １０ １５ ２Ｏ ２５ ３０ ３５ ４０ ４５ ５０ ５５ ６０ 累计观测时间，ｄ ｃ）Ｚｋ１８６＋５１０周边位移累计收敛值一时间关系曲线图 ０ ８０ ０．７０ ０．６０ Ｏ．５０ ０．４０ ０ ３Ｏ ０．２０ Ｏ．１Ｏ ０ ００ 累计观测时间／ｄ ｄ）Ｚｋ１８６＋５１０周边位移收敛速率一时间关系曲线图 ｌ４ ｌ２ １０ ８ ６ ４ ２ Ｏ ０ ５ ｌ０ ｌ５ ２Ｏ ２５ ３０ ３５ ４０ ４５ ５０ ５５ ６０ 累汁观测时间，ｄ ｅ）ＺｋＩ８６＋５２０周边位移累计收敛值一时间关系曲线图 ０ ０ ‘Ｊ ０ ０ ０ ０ ０ Ｏ 累计观测时间／ｄ ｆ）ｚｋ１８６＋５２０周边位移收敛速率一时间关系曲线图 图４周边位移累计收敛值／收敛速率一时间关系曲线图 【ｕｇ、遥１８Ｏ 湖南交通科技 ３９卷 ｆ４］赵鹏，王永东．秦岭ｌ号特长公路隧道施工监控量测［Ｊ］．公路 ４ 结论 隧道，２００６，５３（１）：２５—２８． 在隧道施工过程中引入监控量测制度，是加强 ［５］邵传恒．挂牌岭隧道监控量测［Ｊ］．辽宁省交通高等专科学校学 报，２０１０，１２（３）：７～ｌ１． 工程安全、质量管理，避免发生重大事故的有力措 ［６］王胜涛，梁小勇，周亦涛．隧道监控量测的数据回归分析探讨 施，同时也是检验施工组织是否科学，校核设计是否 ［Ｊ］．隧道建设，２００９，２９（６）：６２９—６３２． 满足强度、经济性要求和为围岩变更提供科学根据 ［７］王培传．大南山隧道监控量测技术研究［Ｊ］．有色金属，２００９，６１ 的有力保障。在某高速公路隧道施工过程中，通过 （１）． 实时监控，不仅确保了施工安全和质量，为其顺利贯 ［８］邹文斌．公路隧道施工围岩安全信息监控与预警研究［Ｄ］．长 通奠定了坚实的基础，也为今后类似工程施工提供 沙：中南大学。２０１０． ［９］秦之富，唐健．高速公路隧道监控量测及应用［Ｊ］．公路交通技 一定的参考价值。 术，２００６（２）． ［１Ｏ］赵河．西太平山隧道监控量测与稳定性分析研究［Ｊ］．北方交 参考文献： 通，２００９（８）． ［１］ＪＴＧ Ｄ７０—２００４，公路隧道设计规范［ｓ］． ［１１］龚斌，周小波．磨石隧道监控量测技术［Ｊ］．湖南交通科技。 ［２］ＪＴＧ Ｆ６０—２００９，公路隧道施工技术规范［ｓ］． ２０１１（１）． ［３］张英富．马鞍山隧道监控量测技术研究［Ｊ］．土工基础，２０１０，２４ ［１２］刘永江．平榆高速公路狮子凹隧道水平岩层围岩稳定性研究 ［Ｄ］．西安：长安大学，２０１１． （２）：２０—２３． （上接第５２页） 班费用节约了５００元，即该项费用数控模式是传统 ３）机械台班费用：采用数控模式施工机械台 模式的７７．３％。见表７。 表７机械台班费计算表 综合上述三项汇总计算结果如下： 益也是非常可观的。 传统施工模式下：人工费１ １４０元＋燃油消耗 ４ ４８８元＋机械台班费２ ２００元＝７ ８２８元； ３ 结论 数控施工模式下：人工费２７０元＋燃油消耗 目前，我国交通、市政基础工程建设飞速发展， ３ ３３２元＋机械台班费１ ７００元＝５ ３０２元。 对施工工期、成本、质量的控制要求越来越高，传统 由此可见，按２００ ｍ道路精加工施工为例，两种 机械模式施工越来越难以满足要求，而数控机械化 施工模式下的实际直接成本，采用数控机械化施工 施工的多机、多标段联机作业不但为施工单位安全、 费用是传统机械施工模式下费用的６７．７％，相比节 高效、优质施工提供了保障，也为业主智能化、数字 约３２．３％，由此可见，如果推广数控机械施工，较之 化管理、及时掌控工程进展和质量以及安全施工管 传统机械模式的施工方法，即使不计传统模式下可 理提供了一个可靠的平台，数控机械化施工以其安 能返工造成的材料浪费和工期延误产生的损失等费 全、高效、优质和能及时掌控现场施工情况等特点， 用，数控机械化施工直接费用的减少以及随着施工 将成为今后土建工程施工的发展方向。 效率提高、进度加快、工期缩短所带来的社会经济效
