公路隧道监控量测及围岩稳定性的探究

彭源

摘要：高速公路隧道工程施工工艺复杂，施工环境恶劣，存在很多不可预知的影响因素。而且在隧道施工中，无论是开挖、支护还是其他操作，都会对隧道围岩的稳定性产生影响，因此，监控量测的重要性也就越发凸显。借助有效的监控量测工作，施工单位能够获取准确的围岩及支护结构受力情况，对围岩在施工中的动态变化进行分析，评价其稳定性的同时，对隧道支护体系进行相应的调整优化，切实保障公路隧道的施工安全。

关键词：公路隧道；监控量测；围岩稳定性

1、公路隧道监控量测的必要性

近年来，我国各种交通设施在经济社会中发挥了越来越重要的作用，创造了巨大的效益，国家越来越重视在交通工程方面的建设投入，各种公路项目日渐增多。由于我国地域辽阔，公路建设中可能遇到不同的地质地形条件，尤其一些隧道施工段遇到的技术难题和安全风险多，加剧了公路隧道施工技术难度。因为隧道施工与常规路段施工有所不同，在施工过程中的监控量测非常关键，准确的监控量测数据可以作为后续施工质量和成本管控、进度和技术管理等的依据。公路隧道施工具有复杂性、隐蔽性和不可预测性，施工现场往往面临恶劣的地质条件，给现场施工作业带来巨大的技术难题，甚至稍不留意就会引起坍塌、突水等施工事故，不仅造成人员和财产损失，还会影响施工质量和安全等目标的实现。因此，施工监控量测是公路隧道工程的基础性工作，目的是获取准确的监测数据，用于施工作业中相应问题的提前预测。

2、公路隧道施工监控量测的内容

2.1、锚杆抗拉拔力量测

如果锚杆有着充足的抗拔力那么就具备良好的锚固围岩效果，所以，公路隧道施工监测中重要的工作内容之一就是量测工作。施工企业应当加强分析公路隧道项目的地质环境、施工方法等，从而做好接触应力、锚杆轴力等相关参数的确定，严格控制钢拱架内力，确保能够和实际需求相吻合，能够针对性地优化支护成效并且科学地评价施工效果，最大程度地提升施工技术水平。

2.2、地表沉降量测

施工企业需要加强两侧公路隧道开挖后围岩所产生的变化情况，做好测点布置。一般地表沉降量量测需要在2倍洞径以内的埋深范围进行量测。通常在一些自稳时间不长、软弱的围岩中开挖隧道，如果操作不正规，那么地表会导致不同程度的下沉，甚至发生冒顶、塌方等不良问题。为此，施工企业应当充分发挥监控量测技术的价值，通过监测地表沉降量预测影响范围，进而对下沉稳定的时间进行充分掌握，切实有效地分析变形规律，对隧道施工的整体进度进行控制。

2.3、支护状态量测

为了保证开挖工作的顺利开展，需要充分做好施工前的勘测工作，避免开挖阶段发生坍塌等不良事故。施工人员需要有效观察围岩变化情况，同时加强把控破碎程度，保证安全地开展后续施工作业。施工企业还要通过监控量测技术对地质发育情况、岩体结构情况等进行深入地了解，对地下水流向、出露数据进行校核，明确围岩实际情况，从而合理制定支护方案、选择支护技术，保障隧道的安全。

3、公路隧道监控量测及围岩稳定性的探究

3.1、工程概况

黄坪山隧道为一座高速公路分离式特长隧道，位于湖北省大冶市。本隧道左幅全长3943m，最大埋深约为488m；右幅隧道全长3951m，最大埋深约为505.7m。项目区位于地震基本烈度Ⅵ度区，地震动峰值加速度为0.05g，需按Ⅶ度进行抗震设防。本地区属南亚热带季风气候，具有常年气候温和，阳光充足，雨量充沛，无霜期长，植被丰富，水域发达的特点。由于隧道出口用地的征迁协调等问题，影响了开工时间，导致施工时段恰好处于雨季，如果避开雨季施工，则会导致工程整体延期交付，成本会大大增加，对此，在依照施工方案正常施工的前提下，需要切实做好监控量测工作，时刻把握隧道围岩的稳定性，以保障施工安全。

3.2、量测方案

3.2.1、做好测点布置

隧道开挖爆破后，围岩的应力会重新分布。在布设量测点时，必须尽可能靠近掌子面，同时确保测点不会受到施工破坏。一般情况下，测点与掌子面的距离在1.5~2.0m，在下一次爆破前得到初始读数（开挖后12~24h内），施工人员需要在下一次循环掘进前，确定围岩的初期变形值，观测点的布置需要综合考虑地质水文、施工流程、断面位置及洞口埋深等。在该工程施工中，采用台阶法开挖的方式，需要施工人员结合施工现场的实际情况，在边墙和拱腰位置，各设置1条水平测线，一些应力集中或变形较大的区域，需要对观测点进行加密。必须在隧道两侧边墙及拱腰水平方向埋设带沟膨胀螺栓，将埋设深度控制在30~50mm，以红漆做标记，避免施工破坏测点。

3.2.2、图表绘制

作业人员需要结合监控量测结果，获取隧道围岩的位移变化，绘制出位移测量结果和位移速度变化图表，为围岩稳定性分析和支护体系调整优化提供参考依据。围岩的物理量分析需要借助随时间变化的动态曲线，得到围岩位移和变化的规律，确定围岩是否稳定可靠。在公路隧道施工中，需要做好隧道周边围岩及拱顶下沉情况的监控量测，了解围岩的位移方向、位移速度以及位移量，看其是处于哪一种状态（升高或下降），当达到某个限值后，围岩的位移速度会趋于稳定。结合绘制出的图表，施工人员可以直观地掌握隧道围岩的变化情况，预测其变化趋势，为隧道施工的顺利进行提供指导和参考。

3.3、回归分析

3.3.1、回归曲线

在对公路隧道进行监控量测的过程中，通过对采集到的数据信息进行分析，可以明确隧道周边围岩的收敛情况、隧道拱顶的下沉情况与隧道开挖时间t存在密切关联，但这种联系无法通过函数关系表达，对此，可以借助回归分析的方式对隧道监控量测数据与开挖时间的关系进行分析。在当前技术条件下，隧道围岩量测数据处理通常都是采用回归分析的方法，这种方法可以帮助施工技术人员更好地对最终值进行预测，了解隧道围岩在不同变形阶段的变形速度。回归分析法的核心是最小二乘法，需要找出相应的回归曲线，确保所有已知点到曲线的偏差最小。

3.3.2、数据分析

在该隧道监控量测中，涉及的数据信息量较大，从方便分析的角度选择其中一个断面ZK48+500的观测数据，观测1d，周边位移1.94mm，拱顶下沉2.03mm；观测4d，周边位移5.68mm，拱顶下沉6.07mm；观测7d，周边位移7.52mm，拱顶下沉8.02mm；观测10d，周边位移8.48mm，拱顶下沉9.12mm；观测13d，周边位移9.15mm，拱顶下沉9.82mm；观测16d，周边位移9.48mm，拱顶下沉10.15mm；观测19d，周边位移9.58mm，拱顶下沉10.29mm。

3.3.3、结果分析

依照JTG/T3660-2020《公路隧道施工技术规范》的相关要求，公路隧道围岩变形释放率需要达到80%~90%，周边位移变形速率应不能超过0.1mm/d，拱顶下沉速率不能超过0.07mm/d。以此为参照，可以计算出隧道围岩变形的基本稳定时间，技术人员可以将这个时间作为核心参数，指导施工人员及时进行二次衬砌工作。对照相关标准可知围岩变形基本趋于稳定，可以开展二次衬砌施工。

结合该公路隧道工程实际情况，借助最小二乘法，对监控量测数据进行相应的回归分析，依照选择的最佳回归曲线，对隧道围岩的稳定性进行判断，预测围岩变形情况。依照上文对于某断面回归分析的结果可知，开挖后的第7d，围岩的变形速度增长较快，然后增速减缓，逐渐趋于稳定，开挖第20d，隧道围岩周边位移和拱顶沉降的收敛速度全部达到90%以上，可以对隧道实施二次衬砌施工。因为是在雨季施工，隧道涌水对隧道整体的施工安全会产生较大的隐患，对此，施工人员应该充分重视起来，切实做好监控量测工作，时刻关注围岩的稳定性，加大对于地表下沉的量测频率，同时强调管棚与超前小导管支护，做好注浆施工控制，降低单次开挖的距离，边开挖边支护，将隧道围岩的位移和变形程度控制在相关标准允许的范围内，避免因过度变形引发的安全事故，最大限度地保障公路隧道工程的施工安全。

参考文献：

[1]林敢志,钱瑞轩.基于施工监控量测技术的公路隧道围岩稳定性研究[J].绿色环保建材,2018(06):126-127.

[2]刘小俊. 基于施工监控量测技术的公路隧道围岩稳定性研究[D].西南交通大学,2017.