胡琴

（宣城市公路管理局宁国分局）

高等级公路隧道施工及监控技术研究

胡琴

（宣城市公路管理局宁国分局）

在高等级公路施工过程中，隧道施工是经常遇到的施工环节，它是公路工程重要组成部分。随着我国高等级公路路网建设规模不断扩大，隧道施工越来越普遍，超长长度、断面大、挖深大的公路隧道数量不断增加，在这些隧道施工过程中，传统隧道施工技术已难以保证施工安全，这就必须要创新隧道施工监控技术，为施工提供可靠的监控技术支持。本文采用实证研究方法，对宣城市营盘山公路隧道施工监控技术进行了具体分析，以为工程实践提供有益指导。

高等级公路；隧道施工；监控技术

本文采用实证研究方法，选取龙宣城市营盘山公路隧道作为分析对象，对该工程施工监控技术应用进行具体分析。针对营盘山隧道施工特点，制定了一套现场监控量测方案，全面介绍了该隧道监控方案的监测设备使用、测点布局、量测断面间距、施工监控、量测频率及量测数据采集方法和技术要点，对数据采集过程进行了深入分析和阐述，为优化施工方案和加强施工安全管理提供可靠技术支持，也为超长度、大埋深公路隧道施工提供了宝贵经验借鉴。

1 营盘山隧道工程概况

营盘山隧道位于宣州区敬亭办事处巷口桥村境内，是宣南铜高速公路重点工程项目，施工难度大、工期紧，其岩层地质是典型的“北方红层”，成岩时间短、岩层构造复杂、土层十分活跃、岩石强度较低、节理裂隙较多。由于项目工期较紧，施工前期地质勘探工作无法全面铺开，施工地质资料较少，这对工程设计来说面临着诸多不利因素。在情况下开展隧道施工活动，很容易遇到各种意外风险，可能造成不必要的生命财产损失。

对此，营盘山公路隧道采用新奥法设计和施工方案，所有现场监控量测列入设计文件，以控制施工全过程。现场监控量测对象对隧道施工周边围岩和支护系统的稳定性，为前期施工支护和模筑混凝土衬砌提供技术参数，并将监测到的数据及时反馈给施工设计部门，灵活调整和优化施工设计和方案，最大程度提高施工安全性和经济性。围岩量测是新奥法施工设计常用的一种监控技术，它在实践中积累了十分丰富的经验。本文将对营盘山隧道施工监控技术及具体应用进行具体阐述和介绍（如图1）。

图1 隧道监测信息管理流程图

2 现场监控量测实施方案

2.1 现场监控仪器及要求

隧道施工监控是在探测开挖工作面前方一段距离内围岩工程地质及水文地质条件基础上，根据施工现场地质观测情况，对可能出现的断层、岩溶、涌水等地质问题进行监控和预测，为调整施工方案和做好预防措施提供参考依据。监控技术主要有坑探、钻探（超前水平岩芯勘探）以及物探等方法，其中前两种方法及物探都要使用到地震声波监测仪，目前比较常见的设备仪器是瑞士徕卡TSP202。但是这种设备售价昂贵，经常需要停工维修保养，使用成本较高，无法满足紧张施工任务要求。对此，本文采用地质雷达探测技术，对前方30m以内施工地段地质情况进行探测，例如岩石节理、裂隙发育情况、岩溶、含水性等进行有效监控。本文采用美国产SIR-2型彩显地质雷达作为监控设备，同时辅以100MHZ雷达天线加强监测信号，它可以保证连续多个工作日监测，为施工指挥部提供最新数据参考。

过去主要采用收敛计来监测项目周边位移、拱顶下沉，收敛计精度较高，最大精度可精确到0.01mm。由于营盘山隧道地质条件比较复杂，初期支护发生整体下沉的几率较大，单纯收敛计量测不能全面监控拱顶下沉情况，而如果采用了水平仪及测杆，又会大幅降低监测精度，影响隧道施工设计优化效果。对此，本文采用瑞士徕卡最先进的TCA2003高精度全站仪，其精度完全可以满足隧道监控技术要求。

2.2 现场量测技术要求

现场监控量测项目及量测方法具体可见表1。①测点选址要科学合理，力求覆盖全面；②测试元件和设备具有较强的抗震能力，埋设后能够稳定工作；③在进行设备组装之前，要对其进行综合测试和检验，一旦发现故障要立即采取措施应对；④要保证量测数据准确可靠，避免人为、设备故障造成进度下降；⑤设备仪器测试结束后，要对其进行检查，确保所有仪器、仪表处于正常工作状态。要汇总监控数据和资料，做好存档工作。

表1 现场监控量测项目及量测方法

2.3 量测断面间距、测点布置

量测间距根据设计方案执行。测点布设情况如下：对开挖断面设置三条水平收敛线，断面拱形处水平布设一条，起拱线下1m处布置一条，路面上方1m处布设一条；正台阶开挖时水平收敛基线不少于三条，基地水平线下放1m处布设一条，起拱线下放1m深处布设一条，路面上方1m处水平布置一条。断面拱顶下沉测点沿着断面布设三个监测点。

2.4 施工过程监测

（1）施工点周围水平位移（收敛）监测。测点铺设设计：喷锚支护完成后，在岩壁上钻出直径为40mm，深度为200mm的圆孔，插入固定杆之后灌入固化剂，固定杆外露长度不超过60mm，以避免受到外力损坏。要保证同一基线上的两测点在同一个水平面上，固化剂凝固后再实施量测工作。量测操作步骤：使用隧道数显收敛计量测，严格按照量测技术规范做好参数记录。

（2）拱顶下沉量测。拱顶位移量测点同样使用风枪钻凿直径为40mm，深度为200mm的圆孔，插入并固定好固定杆，同时在外露杆头处设挂钩。要严格控制测点大小，过小会影响测量扫描效果；过大容易受到外力损毁。在隧道支护结构施工过程中，要加强量测点保护，如果发现测点被岩土掩埋，要检查其是否收到损毁，以保证后期量测正常进行。

测量拱顶下沉需要使用水准仪、水准尺、挂钩式钢尺作为辅助工具，可以将测量精度提高到1mm。量测过程中，只需要使用一把6～8m长的挂钩式钢尺。

（3）地表下沉量测。测点布设要与洞内收敛、拱顶下沉量测断面保持相一致，地表下沉量测点主要布设在隧道中线周围，并在开挖处前方H+ h1处设置测量点（H为隧道埋深，h1为上半断面标高），直到开挖面后方约2B～4B处。

测量步骤：使用水准仪、水准尺作为辅助工具，可以将精度提高到2～4mm。在布设测量点时，可以使用经纬仪作为辅助，确保所有测点布设在同一个水平面上。测点钢筋固定后，将钢筋头表面打磨光滑，并在其表面做好数字标识。

2.5 量测频率

量测频率具体可见表2。

表2 量测频率表

2.6 量测数据搜集和汇总

为最大程度降低外部因素干扰影响，尽量安排在每天同一个时间段采集量测数据。将仪器采集到的数据人工输入到专用工作表格上。原始记录表格要存入技术档案当中，以备后期核验。所有数据采用电算化技术分析处理，依靠专业软件进行读取和分析，以对隧道围岩和衬砌监控情况进行科学、全面分析。

根据监测设计和工作方案，监测一段时间后，用专业软件进行位移分析，为下一阶段隧道施工提供可靠参考依据，并编制监测报告。全部监控量测结束后，对数据、资料进行汇总和分析，形成一个总体监测观察报告。

3 监控数据分析和信息反馈

根据量测搜集到的数据，绘制时间—位移曲线。一般绘制正常曲线和反常曲线（见图2）。图a是指随着绝对位移值不断减小，支护结构达到稳定状态，此时可以进行混凝土衬砌。图b是指隧道岩层位移变化异常，反弯点初期支护发生明显形变，此时要引起施工设计人员高度重视，要对该段支护采取特别措施，以避免隧道塌方；严重时要全部撤离施工人员和设备。

图2 时间-位移特长曲线图

4 营盘山隧道工程监控案例分析

营盘山隧道K401+632断面，位移-时间曲线具体见图3。从图中可以看出，4号，3号点为拱顶，1号、2号、4号、5号点分别为左、右拱脚及拱腰，拱脚1、5号水平位移距离为100mm，2号、4号拱腰为90mm、64mm，3号点拱顶下沉-39mm，且拱脚及拱腰没有发生下沉，这使得钢支撑发生折损。究其原因，主要是隧道内部存大较大的侧压力，拱顶初期支护施工完成后，回填涂料压实度偏低，存在空洞。因此，可采取对拱顶注浆措施进行加固，水平位移十分接近预设变形量，拱顶初期支护已发生损毁，因此要加强初期支护。

图3 营盘山时间-位移（垂直）曲线图

5 结语

高等级公路隧道跨度较大，地质条件十分复杂多变，十分有必要开展隧道监测工作，这是有效预防施工事故和设计风险的重要措施。由于隧道施工地质条件十分复杂，进行工程类比或者完成准确性的理论测算都是不可能完成的，因此采用现场量测判断支护设计是否科学合理，并为施工设计提供参考依据，这是监控主要功能和价值。隧道监控量测涉及多种专业技术，需要多个专业部门配合实施量测工作，要尽量选择有专业资质的单位来实施，同时采用比较先进的量测仪器和设备。

[1]《公路隧道施工技术规范》（JTJ42-94）[S].

[2]夏至光，李灿华.地下工程测试理论与监测技术[M].武汉：武汉大学出版社，2007.

U455

A

1004-7344（2016）05-0161-02

2016-2-5

胡琴（1979-），女，助理工程师，本科，主要从事于国、省道的公路、桥梁、隧道等项目管理与养护工作。