隋文忠

摘 要：以沪蓉国道主干线恩施至利川高速公路齐心坪隧道为例，分析研究施工过程中存在的问题，总结现场监控量测工作经验、主要量测方法和分析结果，为今后类似工程提供参考。

关键词：高速公路；公路施工；隧道施工；监控量测

中图分类号：U456.3 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0092-02

目前，我国公路隧道的设计普遍采用的是新奥法设计——复合式衬砌。为了掌握施工中围岩稳定程度和支护结构受力、变形的力学动态和信息，以判断设计、施工的安全性和经济性来确定施工工序，保证施工安全，必须将现场监控量测项目列入设计文件和施工组织计划，并在施工过程中认真实施。监控量测需要解决的问题是在隧道施工阶段和营运阶段，使用各种量测仪表和工具对围岩变化情况和支护结构的工作状态进行量测，及时提供围岩稳定程度和支护结构可靠性的安全信息，预见事故和险情，作为调整和修改支护设计的依据，并在复合式衬砌中，依据测量结果确定二次衬砌施作的时间，以达到监控隧道围岩和支护结构的变位与应力不超过设计标准。下文结合沪蓉国道主干线恩施至利川高速公路齐心坪隧道施工过程中监控量测的应用，进行以下几方面的浅谈。

1 隧道概况

齐心坪隧道位于湖北省利川市团堡乡齐心坪村境内，呈近284°方向展布，左线长789 m，右线长768 m，属分离式单向行车双线隧道，如下图1所示。

隧道左线起讫桩号为ZK268+945～ZK269+734，长789 m，路面设计标高1 172.733～1 167.741m；右线起讫桩号为YK268+976～YK269+744，长768 m，路面设计标高1 176.662～1 168.159 m，隧道最大埋深左线约152 m，右线约122 m。隧道左右线出口隧道平面均位于半径为R左-4 500圆曲线上。左线隧道纵坡为-1.0%和-0.536%的复合下坡，右线隧道纵坡为-0.7%和-1.404%的复合下坡。

根据野外调查、钻探资料和物探资料，隧道区按工程地质特性划分共2层，即亚黏土层和微风化、弱风化灰岩层。隧道围岩为3叠系下统嘉陵江组中段（T1j2）灰岩，隧道区围岩类别以V类为主，洞口处和局部地段为Ⅱ，Ⅲ类。

2 监控量测的目的、主要内容和方法

2.1 实施监控量测的目的

根据新奥法的基本原理和要求，齐心坪隧道实施监控量测的主要目的是：①掌握围岩动态，对围岩稳定性作出评价；②确定支护结构型式、支护参数和支护时间；③了解支护结构的受力状态和应力分布情况；④评价支护结构的合理性和其安全性。

2.2 监控量测内容

本次监控量测项目分为必测项目和选测项目。必测项目为日常施工管理必须进行的量测，包括地质和支护状况观测，围岩周边位移量测，拱顶下沉、仰拱隆起、底板下沉量测，地表沉降观测，围岩内部位移（洞口边仰坡设点）量测；选测项目是为未开挖地段的设计和施工计划提供数据而进行的量测项目，包括围岩压力、围岩内部位移（洞内设点）、锚杆轴力、初期支护、二次衬砌混凝土应力、围岩压力、层间支护压力和钢支撑应力量测。

2.3 量测方法

2.3.1 地质和支护状况观察

隧道各个掌子面爆破后和初喷后，通过肉眼观察、地质罗盘观察和锤击检查，描述和记录围岩地质状况、岩层产状、裂缝、溶洞、地下水和支护效果，对围岩稳定性进行评价，判断围岩类别是否与设计相符，必要时应拍照记录，并测量地下水流量，每一量测断面应有一张记录表并配图说明。

2.3.2 围岩周边位移量测

在预设点的断面隧道开挖爆破过后，尽可能早地在沿隧道周边的拱顶、拱腰和边墙部位埋设测桩。测桩埋设深度30 cm左右，钻孔直径同锚杆，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩需设保护罩。采用钢尺式周边收敛计量测周边收敛变形，隧道洞门和洞身Ⅱ，Ⅲ，Ⅴ类围岩地段各设若干个测量断面，断面之间平均间距30～40 m。

2.3.3 拱顶下沉、仰拱隆起、底板下沉量测

拱顶下沉、仰拱隆起、底板下沉量测是周边位移量测的补充，在周边位移量测同一断面中轴线处的拱顶处设置1个拱顶下沉量测锚桩，锚桩的埋设要求同周边位移收敛计测桩相同；在中轴线处隧道底板处埋设底板下沉量测与仰拱隆起量测测点，根据隧道设计是否有仰拱来决定测点为仰拱隆起量测测点还是底板下沉量测测点。用DSZ6高精度水准仪、铟钢尺量测或者采用SWJ-Ⅲ型周边位移计量测。

2.3.4 地表沉降观测

在隧道浅埋段处设置量测断面，在选定的量测断面区域内设一个通视条件较好、量测方便、牢固的基准点。测点沿地面在隧道轴线和其两侧共计13个测点，测点采用如下方式制作：在20 cm×20 cm×20 cm的土坑中打入直径20 mm、长50 cm的钢筋，外露5 cm并用混凝土填实。测量放线定位，用高精度水准仪和平板测微器进行沉降观测，隧道开挖至距测点30 m处时开始量测，隧道开挖超过测点30 m，在沉降稳定后停止量测。作为必测项目，可视施工现场需要适当加密沉降观测点。

2.3.5 围岩内部位移量测

隧道明洞和洞门开挖过后，破坏了原地貌的稳定坡脚，因此边仰坡防护完成过后对边仰坡的变形监测是很必要的。洞口边仰破围岩内部位移量测采用多点杆式位移计进行量测，多点杆式位移计按照原地貌坡度埋设，4点深度按照6 m、4 m、2 m、0.5 m埋设，设置测量基准板，采用深度游标卡尺进行读数，读数精度达到0.01 mm。

2.4 数据采集

监控量测断面的设置和数据采集的频率应不少于规范要求，在必要时应该加密量测断面、增加数据采集的频率。数据采集频率见下表1.

每次采集的数据都应该及时输入计算机，进行线性回归分析，并将分析结果制成图表，及时报送现场施工人员和业主，以指导施工。通过分析所采集的数据可知，当围岩达到基本稳定后，以1次/周的量测频率量测2～3周后，可结束量测。endprint

2.5 选测项目

隧道围岩的变形和应力状态是隧道建设者最关心的问题之一，是直接与围岩稳定状态相联系的宏观物理量，它是围岩和周围环境等各种因素综合作用的结果。围岩变形信息是岩体开挖时发出的信息，是工程围岩稳定性的真实反映。此外，围岩的应力状态也不可忽视，探明隧道开挖前后的应力状态能更好地指导施工，可以防止工程施工中岩爆等重大地质灾害的发生。

根据齐心坪隧道的工程地质资料和相关文件，研究内容主要包括：①通过Ansys软件建立模型计算，对隧道工程区域岩体在天然状态下应力场的分布特征进行分析；②对隧道开挖后，在初期支护条件下，分析围岩应力场的分布特征和隧道断面的围岩变形趋势；③隧道在二次衬砌支护的条件下，对隧道支护措施给出综合的评价。

2.5.1 研究方法和技术路线

本项研究依照了地质原型调研和地质过程分析的传统，遵循“地质模型现场调查—地质工程机制分析—量化评价”的学术思想和系统工程地质分析原理，通过研究、分析隧道开挖岩体结构特征和隧道开挖后变形趋势模式，采用基于有限元理论的Ansys软件建立模型，计算分析隧道围岩应力场变化和其变形趋势，综合评价隧道支护系统的合理性。研究的技术路线如下图2所示。

2.5.2 模型的建立

模型以隧道中轴为起点，向两边延伸6倍隧道的开挖宽度为边界；X轴与隧道的中轴线平行，并指向开挖的方向；Y轴与隧道近于垂直，并指向岩体内部；Z轴竖直向上自高程1 100.00～1 252.00 m。隧道整体模型共划分了513 424个单元和113 431个节点。该模型的力学边界采用两边侧面（X方向）、前后侧面（Y方向）水平约束，底面（Z方向）垂直方向约束，地面为自由面。根据上述原则建立如图3所示的齐心坪隧道三维模型。

由于隧道属于细长结构物，即隧道的横断面相对于纵向的长度来说很小，可以假定在围岩荷载作用下，其纵向不发生位移，只有横向发生位移。所以，隧道的力学分析采用弹性理论中的平面应变模型，在结构设计中采用荷载结构法进行二次衬砌的设计；用平面应变模型进行隧道施工方法选择和初期支护参数的确定；用三维模型进行隧道纵向分析，以便得出隧道随着纵向的开挖其纵向围岩的应力变化及其所引起的变形。

2.5.3 参数的选取

工程区部位的应力场以重力场为主；根据隧道勘查报告和《公路隧道设计规范》（JTJ 026—90）等规范，结合其他相关工程资料，进行综合取值，所涉及到的各种物理单元力学参数见下表2.

3 结束语

在齐心坪隧道施工过程中，制订了详细的监控量测计划，并将监控量测计划写入了施工设计中。根据现场监控量测必测项目量测所采集到的数据，进行线性回归分析得出，隧道在开挖过后围岩整体稳定性都比较好；根据监控量测选测项目量测中所采集到的数据，与设计计算结果相对比，隧道支护结构上的应力和应变均能符合设计要求。通过对齐心坪隧道监控量测施工的分析，比较其数据结果，及时对局部不稳定围岩进行加固，避免了安全事故的发生，保证了今后隧道的营运安全。

参考文献

[1]招商局重庆交通科研设计院有限公司.JTJ 042—94 公路隧道施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，1995.

[2]黄成光.公路隧道施工[M].北京：人民交通出版社，2001.

〔编辑：李珏〕endprint

2.5 选测项目

隧道围岩的变形和应力状态是隧道建设者最关心的问题之一，是直接与围岩稳定状态相联系的宏观物理量，它是围岩和周围环境等各种因素综合作用的结果。围岩变形信息是岩体开挖时发出的信息，是工程围岩稳定性的真实反映。此外，围岩的应力状态也不可忽视，探明隧道开挖前后的应力状态能更好地指导施工，可以防止工程施工中岩爆等重大地质灾害的发生。

根据齐心坪隧道的工程地质资料和相关文件，研究内容主要包括：①通过Ansys软件建立模型计算，对隧道工程区域岩体在天然状态下应力场的分布特征进行分析；②对隧道开挖后，在初期支护条件下，分析围岩应力场的分布特征和隧道断面的围岩变形趋势；③隧道在二次衬砌支护的条件下，对隧道支护措施给出综合的评价。

2.5.1 研究方法和技术路线

本项研究依照了地质原型调研和地质过程分析的传统，遵循“地质模型现场调查—地质工程机制分析—量化评价”的学术思想和系统工程地质分析原理，通过研究、分析隧道开挖岩体结构特征和隧道开挖后变形趋势模式，采用基于有限元理论的Ansys软件建立模型，计算分析隧道围岩应力场变化和其变形趋势，综合评价隧道支护系统的合理性。研究的技术路线如下图2所示。

2.5.2 模型的建立

模型以隧道中轴为起点，向两边延伸6倍隧道的开挖宽度为边界；X轴与隧道的中轴线平行，并指向开挖的方向；Y轴与隧道近于垂直，并指向岩体内部；Z轴竖直向上自高程1 100.00～1 252.00 m。隧道整体模型共划分了513 424个单元和113 431个节点。该模型的力学边界采用两边侧面（X方向）、前后侧面（Y方向）水平约束，底面（Z方向）垂直方向约束，地面为自由面。根据上述原则建立如图3所示的齐心坪隧道三维模型。

由于隧道属于细长结构物，即隧道的横断面相对于纵向的长度来说很小，可以假定在围岩荷载作用下，其纵向不发生位移，只有横向发生位移。所以，隧道的力学分析采用弹性理论中的平面应变模型，在结构设计中采用荷载结构法进行二次衬砌的设计；用平面应变模型进行隧道施工方法选择和初期支护参数的确定；用三维模型进行隧道纵向分析，以便得出隧道随着纵向的开挖其纵向围岩的应力变化及其所引起的变形。

2.5.3 参数的选取

工程区部位的应力场以重力场为主；根据隧道勘查报告和《公路隧道设计规范》（JTJ 026—90）等规范，结合其他相关工程资料，进行综合取值，所涉及到的各种物理单元力学参数见下表2.

3 结束语

在齐心坪隧道施工过程中，制订了详细的监控量测计划，并将监控量测计划写入了施工设计中。根据现场监控量测必测项目量测所采集到的数据，进行线性回归分析得出，隧道在开挖过后围岩整体稳定性都比较好；根据监控量测选测项目量测中所采集到的数据，与设计计算结果相对比，隧道支护结构上的应力和应变均能符合设计要求。通过对齐心坪隧道监控量测施工的分析，比较其数据结果，及时对局部不稳定围岩进行加固，避免了安全事故的发生，保证了今后隧道的营运安全。

参考文献

[1]招商局重庆交通科研设计院有限公司.JTJ 042—94 公路隧道施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，1995.

[2]黄成光.公路隧道施工[M].北京：人民交通出版社，2001.

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2.5 选测项目

隧道围岩的变形和应力状态是隧道建设者最关心的问题之一，是直接与围岩稳定状态相联系的宏观物理量，它是围岩和周围环境等各种因素综合作用的结果。围岩变形信息是岩体开挖时发出的信息，是工程围岩稳定性的真实反映。此外，围岩的应力状态也不可忽视，探明隧道开挖前后的应力状态能更好地指导施工，可以防止工程施工中岩爆等重大地质灾害的发生。

根据齐心坪隧道的工程地质资料和相关文件，研究内容主要包括：①通过Ansys软件建立模型计算，对隧道工程区域岩体在天然状态下应力场的分布特征进行分析；②对隧道开挖后，在初期支护条件下，分析围岩应力场的分布特征和隧道断面的围岩变形趋势；③隧道在二次衬砌支护的条件下，对隧道支护措施给出综合的评价。

2.5.1 研究方法和技术路线

本项研究依照了地质原型调研和地质过程分析的传统，遵循“地质模型现场调查—地质工程机制分析—量化评价”的学术思想和系统工程地质分析原理，通过研究、分析隧道开挖岩体结构特征和隧道开挖后变形趋势模式，采用基于有限元理论的Ansys软件建立模型，计算分析隧道围岩应力场变化和其变形趋势，综合评价隧道支护系统的合理性。研究的技术路线如下图2所示。

2.5.2 模型的建立

模型以隧道中轴为起点，向两边延伸6倍隧道的开挖宽度为边界；X轴与隧道的中轴线平行，并指向开挖的方向；Y轴与隧道近于垂直，并指向岩体内部；Z轴竖直向上自高程1 100.00～1 252.00 m。隧道整体模型共划分了513 424个单元和113 431个节点。该模型的力学边界采用两边侧面（X方向）、前后侧面（Y方向）水平约束，底面（Z方向）垂直方向约束，地面为自由面。根据上述原则建立如图3所示的齐心坪隧道三维模型。

由于隧道属于细长结构物，即隧道的横断面相对于纵向的长度来说很小，可以假定在围岩荷载作用下，其纵向不发生位移，只有横向发生位移。所以，隧道的力学分析采用弹性理论中的平面应变模型，在结构设计中采用荷载结构法进行二次衬砌的设计；用平面应变模型进行隧道施工方法选择和初期支护参数的确定；用三维模型进行隧道纵向分析，以便得出隧道随着纵向的开挖其纵向围岩的应力变化及其所引起的变形。

2.5.3 参数的选取

工程区部位的应力场以重力场为主；根据隧道勘查报告和《公路隧道设计规范》（JTJ 026—90）等规范，结合其他相关工程资料，进行综合取值，所涉及到的各种物理单元力学参数见下表2.

3 结束语

在齐心坪隧道施工过程中，制订了详细的监控量测计划，并将监控量测计划写入了施工设计中。根据现场监控量测必测项目量测所采集到的数据，进行线性回归分析得出，隧道在开挖过后围岩整体稳定性都比较好；根据监控量测选测项目量测中所采集到的数据，与设计计算结果相对比，隧道支护结构上的应力和应变均能符合设计要求。通过对齐心坪隧道监控量测施工的分析，比较其数据结果，及时对局部不稳定围岩进行加固，避免了安全事故的发生，保证了今后隧道的营运安全。

参考文献

[1]招商局重庆交通科研设计院有限公司.JTJ 042—94 公路隧道施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，1995.

[2]黄成光.公路隧道施工[M].北京：人民交通出版社，2001.

〔编辑：李珏〕endprint