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高速公路隧道已廣泛采用新奧法設(shè)計與施工,現(xiàn)場監(jiān)控量測是新奧法設(shè)計與施工的重要組成部分。通過對隧道進行監(jiān)控量測,可預(yù)測預(yù)報圍巖變化,優(yōu)化設(shè)計和指導(dǎo)施工,確保隧道施工安全,使工程投資 經(jīng)濟 合理。通過對濟邵高速公路喬莊隧道的拱頂下沉、水平收斂、地表沉降、噴層應(yīng)力、鋼拱架應(yīng)力等多項涉及圍巖穩(wěn)定性及支護合理與否的參數(shù)進行跟蹤量測, 實時確定了合理的二次襯砌施工時間,成功避免了施工中重大安全事故的發(fā)生,確保了隧道施工安全和質(zhì)量,對隧道施工具有指導(dǎo)意義。

高速公路項目的喬莊隧道穿過黃土狀亞粘土、砂巖和泥質(zhì)粉砂巖的強風(fēng)化、弱風(fēng)化層，圍巖強度較低，遇水易軟化，節(jié)理裂隙發(fā)育，隧道兩端洞口埋深較淺，自穩(wěn)能力差，嚴重威脅著施工安全。在施工的過程中,對圍巖及襯砌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移進行了跟蹤監(jiān)控,獲得了大量的原始數(shù)據(jù),且都及時反饋于施工中,為在不同圍巖情況下實施不同的施工方法提供了 科學(xué) 依據(jù),為安全順利的施工提供了保障。

1．工程概況

1.1 概況

濟（源）邵（原）高速公路工程東起河南省濟源市軹城鎮(zhèn)耿章村附近，與二（連浩特）廣（州）高速公路濟源至洛陽段連接，大致平行省道溫邵線（S312），路線沿濟源市南部山嶺向西，經(jīng)軹城鎮(zhèn)、承留鎮(zhèn)、大峪鎮(zhèn)、王屋鄉(xiāng)、下冶鄉(xiāng)、邵原鎮(zhèn)，止于河南省濟源市與山西省陽城縣交界處的西陽河，接山西省運城市境內(nèi)規(guī)劃的東（鎮(zhèn)）蒲（掌）高速公路，路線全長約59.771km，是河南省高速公路規(guī)劃網(wǎng)中的省級干線公路，也是河南省西北部通往山西省的主要出口路之一。

喬莊隧道是濟邵高速公路的重點控制工程之一，隧道進洞口位于濟源市王屋鄉(xiāng)喬莊村，出口位于王屋鄉(xiāng)官地村，屬侵蝕剝蝕低山丘陵區(qū)（Ⅱ）。隧道軸線通過處最高海拔約588m，最大相對高差約130m。山體走向近東西向。覆蓋黃土狀亞粘土，局部出露新第三系洛陽組（N1l）未膠結(jié)礫巖和三疊系二馬營組（T2er）粉砂質(zhì)泥巖。隧道為單向分離式單向行車雙車道隧道，左線全長1970m， = 4 \* ROMAN IV級圍巖1660m， = 5 \* ROMAN V級310m；右線全長1920m， = 4 \* ROMAN IV級圍巖1540m， = 5 \* ROMAN V級380m。隧道凈寬10.25m，凈高5.0m，斷面凈空面積65.24m2。

1.2水文地質(zhì)條件

隧道穿越低山丘陵區(qū)，地形起伏較大，地表逕流條件好，地表水除部分滲入地下外，多數(shù)以地表逕流的形式從溝谷中排泄到區(qū)外水系中?？傮w來說，隧道區(qū)地下水水量貧乏，主要為基巖裂隙水和松散巖類孔隙水，水文地質(zhì)條件較簡單，水質(zhì)類型為HCO3—Ca、HCO3—Ca·Mg型。

1.3施工方法

Ⅴ級圍巖采用管棚注漿或小導(dǎo)管注漿超前支護留核心土環(huán)狀開挖法施工，人工開挖或弱爆破開挖。Ⅳ級圍巖采用臺階法施工。

2．監(jiān)控量測內(nèi)容及斷面布置

2．1量測內(nèi)容及量測頻率

隧道監(jiān)控量測工作內(nèi)容,可分為直接指導(dǎo)工程施工的必測項目和進行科學(xué)研究的選測項目兩部分內(nèi)容,其兩者是相輔相成的。必測項目中的量測數(shù)據(jù),有的可以直接為隧道施工服務(wù),如地表沉降量測,有的是通過利用類比的方法判別承載結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定,如拱頂下沉、周邊位移。選測項目是著重對承載結(jié)構(gòu)內(nèi)部各種作用機理可以量化的部分得出相關(guān)數(shù)據(jù),為以后理論研究提供原始數(shù)據(jù),同時為評價承載結(jié)構(gòu)受力狀況提供 參考 。

根據(jù)喬莊隧道的地質(zhì)、水文特性以及施工要求，量測內(nèi)容的重點除了規(guī)范規(guī)定的4項必測內(nèi)容之外根據(jù)研究的需要,進行了初期支護的噴射混凝土層應(yīng)力和鋼拱架應(yīng)力的量測工作，另外，由于隧道的兩端洞口圍巖均為 = 5 \* ROMAN V級，圍巖強度底，自穩(wěn)能力差，巖性變化大，如施工工藝不當易造成圍巖失穩(wěn)，因此在隧道洞口進行了地表沉降的量測。

2.2 量測斷面的布置

代表性斷面以及測點的布設(shè)的選取，是監(jiān)控量測的首要工作。根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》TJT042-94要求，在施工過程中，按照10－50m的標準選定斷面，以及拱頂，拱肩，施工地板上1.5m等典型位置布置測點。喬莊隧道設(shè)計中將拱頂下沉和圍巖凈空收斂量測的斷面間距初步定為， = 5 \* ROMAN V級和 = 4 \* ROMAN IV級均為20m；根據(jù)隧道圍巖的實際情況確定了兩個安裝斷面進行初期支護的噴射混凝土層和鋼拱架應(yīng)力量測；對于隧道洞口地段，由于覆蓋層小于40m，而且圍巖類別較低，埋設(shè)了地表沉降觀測斷面，其布點均按規(guī)范進行。

3．數(shù)據(jù)的采集與分析

為了能對圍巖及支護結(jié)構(gòu)的性態(tài)作較全面的分析,并且能獲得完整的數(shù)據(jù),同時又使各項數(shù)據(jù)間能相互比較、相互驗證,因此必測項目和選測項目的各項量測內(nèi)容應(yīng)盡量布置在同一個斷面上。各量測斷面的測點應(yīng)在靠近開挖面及時安裝，范圍控制在2m以內(nèi)，并在工作面開挖后12ｈ內(nèi)和下一次開挖之前測取初始讀數(shù)。在實際的安裝埋設(shè)中，有時因為施工干擾或避免測點遭到破壞，測點安裝位置會離開挖面遠些，此時在利用此數(shù)據(jù)分析判別時，應(yīng)考慮圍巖初期的變形釋放。量測頻率也可以根據(jù)施工具體情況調(diào)整,由產(chǎn)生的最大位移速率來確定。喬莊隧道已測數(shù)據(jù)表明,量測時間以30～50ｄ為宜。

3．1隧道拱頂下沉及凈空收斂量測

隧道拱頂是隧道周邊上的一個特殊點，其位移情況具有較強的代表性，通過對隧道拱部下沉的絕對值量測,了解斷面變形情況、判斷拱頂?shù)姆€(wěn)定性,該手段是防止塌方的有效措施之一，因此應(yīng)加強拱頂位移的監(jiān)測；洞內(nèi)凈空位移收斂量測是目前洞內(nèi)監(jiān)測的主要內(nèi)容之一,因為周邊位移是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化的最直觀反映,量測周邊位移可為判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠的信息，而且還可以根據(jù)變位速率判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度，為二次襯砌提供合理的支護時機。

3．2 隧道內(nèi)目測觀察及錨桿抗拔力檢測

通過肉眼觀察、地質(zhì)錘和地質(zhì)羅盤測量,描述和記錄圍巖地質(zhì)情況、巖層產(chǎn)狀、斷層破碎帶、褶皺、地下水及支護效果,對圍巖穩(wěn)定性進行評價,判斷圍巖類別是否與設(shè)計相符,必要時拍照,測量地下水流量,每一量測斷面要有一張記錄表并填圖。

通過錨桿抗拔力檢測,可以測定錨桿的錨固力是否達到設(shè)計要求,判斷所使用的錨桿長度是否適宜以及檢查錨桿安裝質(zhì)量。采用快速量測法,使用設(shè)備為ＭＬ型錨桿拉力計,檢測值根據(jù)設(shè)計要求的錨固力不小于50KN作為標準,采用非破壞性試驗。

3．3地表沉降觀測

喬莊隧道入口為 = 5 \* ROMAN V級圍巖，隧道埋深較淺，圍巖穩(wěn)定性差，在隧道入口地段（ZK42+358～ZK42+365）共埋設(shè)地表下沉測點7個,具體布置見圖2，測點間距為2～5m。用水準儀和塔尺進行地表下沉的觀測,歷時65天，從獲取的量測數(shù)據(jù)來看,最大值為2ｍｍ,考慮測量誤差,地面無明顯沉降，不會對洞室周圍建筑物產(chǎn)生大的影響。

3．4噴射混凝土層和鋼拱架應(yīng)力量測

喬莊隧道出入洞口為 = 5 \* ROMAN V級圍巖，其余為 = 4 \* ROMAN IV級圍巖。各級圍巖地段的初期支護形式如表3 所示。　　根據(jù)實際地質(zhì)情況，在喬莊隧道左線選取了兩個斷面進行初期支護的應(yīng)力量測（ZK42＋665，ZK42＋798）。選取的兩個斷面中，ZK42＋665斷面埋深為58m，地表處于一個大的沖溝范圍內(nèi)，地形呈左高右低走勢，存在偏壓現(xiàn)象。該斷面附近洞段巖性主要為泥巖和泥質(zhì)粉砂巖互層，巖體呈典型的塊碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴重，節(jié)理裂隙普遍發(fā)育，同時隧道內(nèi)有大量的地下水滲入，與設(shè)計圖紙中的“隧道區(qū)地下水水量貧乏”地質(zhì)情況不符，施工中時有掉塊現(xiàn)象，圍巖穩(wěn)定性較差，因而該斷面在隧道軟弱圍巖段中具有典型代表性。

采用XJH-2型振弦式混凝土應(yīng)變計和XJD-2(B)型鋼板應(yīng)變計分別進行噴射混凝土層和鋼拱架應(yīng)力量測。在初期支護的施工過程中，先將混凝土應(yīng)變計布置在噴射混凝土層的兩側(cè)，將鋼板應(yīng)變計焊接在測試鋼拱架的上下翼緣，待初期支護完畢后采用PZX-1型振弦頻率檢測儀進行量測。

從量測的數(shù)據(jù)可以看出，初期支護的受力狀態(tài)與實際相吻合，且初期支護的應(yīng)力偏大，應(yīng)加強支護。鑒于該支護體的實際受力情況，為保證施工安全，對后序施工采用淺眼爆破，控制總藥量，延長注漿持壓時間等措施，同時加強監(jiān)控量測的頻率。當施工到ZK42+672時，圍巖條件依舊很差，而且裂隙水多，滲水嚴重，開挖后坍塌掉塊嚴重，在隧道拱頂左側(cè)形成一個64m3左右的錐形坍塌空間。通過對現(xiàn)場采集監(jiān)測數(shù)據(jù)以及實際地質(zhì)情況綜合分析后，采取對坍塌空間用噴砼（分層）＋錨桿（多層）＋鋼筋網(wǎng)（多層）形式回填處理，對后續(xù)圍巖較差地段按Ⅴ級圍巖（原設(shè)計為Ⅳ圍巖）初期支護的施工方案，并采用注漿小導(dǎo)管進行超前支護，在施工過程中加強監(jiān)控量測。監(jiān)控數(shù)據(jù)表明：加強初期支護后，數(shù)據(jù)逐漸趨于穩(wěn)定，截至斷面ZK42＋686，施工安全渡過破碎帶，初期支護又調(diào)整為Ⅳ級圍巖支護。

5．結(jié) 論

由于隧道工程的特殊性、復(fù)雜性和隧道圍巖的不確定性，對隧道圍巖及支護結(jié)構(gòu)進行監(jiān)控量測是保證隧道工程質(zhì)量、安全的必不可少的手段。通過量測，及時對喬莊隧道個別圍巖失穩(wěn)趨勢的區(qū)段提供了預(yù)報，為施工單位及時調(diào)整支護參數(shù)以及合理確定二次襯砌時間提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。通過大量量測發(fā)現(xiàn)隧道開挖及初期支護后大約30d圍巖基本上穩(wěn)定，于是建議施工單位及時施作二次襯砌。同時由于監(jiān)控措施得當，及時的指導(dǎo)施工和修改設(shè)計，從而保證了隧道施工的安全、 經(jīng)濟 、收到了良好的效果。但由于監(jiān)控量測工作是一項具體而又復(fù)雜的工作，在實際過程中尚需不斷積累經(jīng)驗和完善相關(guān)理論，因此，對隧道監(jiān)控量測及數(shù)據(jù)的整理分析及應(yīng)用應(yīng)該做好以下幾點：

（1）　監(jiān)控量測內(nèi)容的選擇，量測斷面位置選擇和量測測點的布置；

（2）　監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的采集和施工狀態(tài)變化情況緊密結(jié)合，分析數(shù)據(jù)變化和施工狀態(tài)的關(guān)系；

（3）　量測數(shù)據(jù)的應(yīng)用，量測數(shù)據(jù)變化的準確分析和判斷，量測信息的及時反饋，指導(dǎo)設(shè)計、施工和修改支護參數(shù)；

（4）　通過監(jiān)控量測保證隧道安全，預(yù)防隧道塌方。