王　伟, 徐林生, 夏英宣,2, 陈国福

(1. 重庆交通大学, 重庆 400074； 2. 重庆市江北区交委, 重庆 400025;

3. 重庆市建设工程质量检验测试中心, 重庆 400020)



明月山公路隧道施工地质超前预报与围岩变形监控量测研究

王伟1, 2, 徐林生1, 夏英宣1,2, 陈国福3

(1. 重庆交通大学, 重庆 400074； 2. 重庆市江北区交委, 重庆 400025;

3. 重庆市建设工程质量检验测试中心, 重庆 400020)

【摘要】根据明月山隧道地勘资料预计可能存在的主要地质问题，采取以地质调查法为基础，针对不同围岩段落以超前钻探法为主，结合地质雷达短距离探测和TGP长距离探测相印证的物探方法，进行综合超前地质预报；结合施工实践，对该隧道的地表沉降、拱顶下沉及水平位移收敛、锚杆轴力、钢架内力及外力等进行跟踪监控量测与分析研究工作，为该隧道动态设计施工提供了有效的科学决策依据。

【关键词】隧道；超前地质预报；监控量测；动态设计施工

明月山隧道位于重庆市江北区境内，是连接复盛镇与五宝镇的重要交通干道，隧道全长2 415 m，属长隧道，按二级公路标准设计，设计时速60 km/h。

隧道沿线地形、地貌为构造剥蚀低山、丘陵地貌单元，跨越大盛场向斜、明月峡背斜、洛碛向斜，最高海拔667.30 m，中部形成岩溶槽谷，两侧地形陡峭，为丘陵地貌(图1)。隧道主要穿越第四系堆积层、侏罗系上沙溪庙组及三叠系嘉陵江组地层，岩层为：粉质黏土、泥岩和砂岩、白云岩和灰岩等，岩溶主要发育在底部白云质灰岩与嘉陵江组薄层灰岩接触部位。隧道穿越地区发育有滴水岩断层带，滴水岩断层带由

三个同向断层叠加组成，位于明月山背斜轴部，断层走向与背斜轴线一致，倾向南东，倾角40°～70°，形成宽100～150 m的破碎带。且该区域属长江水系，浅层地下水丰富，主要为裂隙水，预计最大水量约2 000 m3/d。

图1　明月山公路隧道工程纵剖面

地勘资料反应出该隧道地质水文条件较为复杂，对后期施工影响较大，为确保施工安全和质量，及时准确掌握隧道地质情况，为隧道施工管理者决策提供科学依据，该隧道建设单位与施工单位分别委托了第三方机构对隧道开展地质超前预报和围岩变形监控量测工作，最大限度降低了施工风险，为隧道动态设计施工提供科学决策依据。明月山隧道施工的主要工程地质问题有：(1)洞口边坡及浅埋段地表稳定问题；(2)断层破碎带、掌子面及拱顶围岩自稳能力较差，存在塌落风险以及诱发断层带围岩变形；(3)岩溶及裂隙水发育，存在涌水、涌泥等灾害，少量页岩地质下可能存在瓦斯危害。

1隧道施工的地质超前预报

1.1预报方法

隧道施工地质超前预报方法很多，主要有：地质调查法、超前钻探法、物探法和超前导坑预报法等，各预报方法主要内容为：(1)地质调查法：包括隧道地表补充地质调查、洞内开挖工作面地质素描和洞身地质素描、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、地质作图等。(2)超前钻探法：包括超前地质钻探、加深炮孔探测及孔内摄影。(3)物探法：包括弹性波反射法(地震波反射法、水平声波剖面法、负视速度法和陆地声呐法等)、电磁波反射法(地质雷达探测)、红外探测、高分辨直流电法等。(4)超前导坑预报法：包括平行超前导坑法、正洞超前导坑法等。

明月山隧道由于地质条件较为复杂，采用了以地质调查法为基础，针对不同围岩段落以超前钻探法为主，结合地质雷达短距离探测和TGP长距离探测相印证的物探法进行综合超前地质预报。

1.2超前预报实例

K36+366段围岩预报方法：在地表和掌子面观测，掌子面地质素描；超前5 m及30 m水平钻孔相结合，分析预报地质水文情况；采用地质雷达和TGP探测相结合的方法预报掌子面前方岩层完整性，并全程进行瓦斯监测。

图2为掌子面地质素描、超前钻孔布置及雷达测线理想布置示意图，图3为地质雷达扫描成果图。通过超前钻孔，地质雷达和TGP探测数据综合分析认为，前方0～30 m范围岩体完整性一般，节理发育；距掌子面0～10 m范围内水文信号明显，裂隙水发育。建议：(1)控制炸药用量及开挖进尺，及时做好开挖段围岩支护并埋设盲管；(2)开挖前做好超前支护，开挖过程中注意排危；(3)密切注意水的发展，加强排水措施。

图2　隧道施工的掌子面地质素描、超前钻孔布置及雷达测线布置示意

图3　地质雷达扫描成果

1.3预报结果

根据数据统计，明月山隧道地质预报吻合率约为93 %，依据预报结果调整围岩支护等级309 m，占比约13 %，有效指导了动态设计，对预报围岩发育较差的段落提高围岩支护等级；反之则降低围岩支护等级，对裂隙水调整了排水措施增设盲管。达到了超前预报促进动态设计施工的目的，为明月山隧道平安顺利贯通提供了科学依据。

2隧道施工的监控量测

2.1监测项目

监测项目分为必测项目和选测项目，根据明月山隧道情况，选择的必测项目包括：洞内外观察、周边位移、拱顶下沉、地表下沉；选测项目包括：锚杆轴力、钢架内力及外力、围岩压力、两层支护间压力、瓦斯浓度及摄像监控等。

2.2监测管理

为确保明月山隧道施工安全，建立了明月山隧道监控量测和超前地质预报会商制度。一般情况下，监测预报单位每周将近期测量结果分送各参建单位，每周召开会商，确定上周监测结果与施工情况符合程度，依据本周监测结果指导本周将开展的隧道施工。如遇预报围岩级别与原设计不一致或开挖围岩与预报结果及原设计不一致等情况时，填报围岩分级判定卡，召集参建各方会商，确定围岩级别。如遇监测预报结果发现隧道已支护段或掌子面前方异常，须立即通知相关单位，及时采取有效措施处置。

2.3监测结果与分析研究

2.3.1位移变形量测

位移变形量测包括地表下沉、拱顶下沉及水平收敛等指标，通过数据采集，函数拟合进行回归分析，了解围岩稳定性特征，指导隧道施工。明月山隧道典型地表下沉数据见图4，典型拱顶下沉及水平收敛数据见图5。通过分析位移累计值速率可知，随时间推移累计变化量逐渐降低，反映出隧道正趋于稳定。

2.3.2受力变形量测

受力变形量测选取的锚杆应力见图6，钢架应力见图7。两项结果进行分析，通过累计值速率图，可知受力变形有如下特点：一是受力单位各测点受力规律基本相同，元件埋设

图4　K34+390地表下沉监测数据

图5　K34+391拱顶下沉及水平收敛监测数据

图6　K36+339锚杆应力监测数据

图7　K34+430钢架应力监测数据

30 d内受力增长快，基本达到最大值的90%以上，之后趋于稳定；二是量测元件和围岩刚度不匹配，可能引起应力集中，但不影响测点应变随时间的变化规律。

通过监控量测与分析研究工作，可以及时对隧道个别围岩失稳趋势的区段提供了预报，这就为施工单位及时调整支护参数以及合理确定二次衬砌时间提供了可靠的科学依据。通过量测分析发现,明月山隧道开挖及初期支护后大约30 d后围岩应力基本释放完毕，初期支护体系基本上稳定，因此建议施工单位及时跟进施作二次衬砌。

3结束语

明月山公路隧道施工历时近3年时间，未发生过一起伤残或死亡事故，完工通车3年后也未发现二衬裂缝及大面积渗水情况，是一个较为优质的工程。回顾发现，隧道围岩及支护结构进行超前预报和监控量测对保证隧道工程安全和质量具有重要作用，并总结经验和教训如下：

(1)在复杂地质条件下修建隧道，开展动态反馈设计，实施信息化施工是非常必要的，其方法主要采用隧道地质超前预报和围岩稳定性监控量测。

(2)明月山隧道施工地质超前预报取得成功，源于以地质调查法为基础，针对不同围岩段落以超前钻探法为主，结合地质雷达短距离探测和TGP长距离探测相印证的物探法进行综合超前地质预报。尤其是钻探法中采取5 m与30 m探孔相结合，物探法中雷达30 m与TGP150 m探测相结合，并将地质法、钻探法与物探法综合的预报方式，相互验证，提高了预报准确性。

(3)围岩变形监测对隧道开挖方法、支护参数的确定、衬砌施做时间的选择非常重要，应根据现场地质调查、地质超前预报、现场监控量测等信息进行综合分析。

(4)为确保隧道施工质量安全，避免重大施工事故发生，建立会商制度非常必要，确保预报及量测数据及时用于指导隧道设计施工，不要让预报量测工作流于形式。

参考文献

[1]JTGT D70-2010 公路隧道设计细则 [S].

[2]JTGF60-2009 公路隧道施工技术规范[S].

[3]JTGT F60-2009 公路隧道施工技术细则[S].

[4]重庆市建设工程质量检验测试中心.明月山隧道监控量测及地质超前预报总结报告[R].2012.

【文献标志码】B

【中图分类号】U456.3

[作者简介]王伟(1983～)，男，本科，主要从事质量安全监督工作。

[定稿日期]2015-09-07