八盘山公路隧道施工安全监理与监控量测

第３期（总第１８０期）　２００６年６月　山西交通科技　ＳＨＡＮＸＩ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＯＦ　ＣｏＭＭＵＮＩＣＡＴＩｏＮＳ　八盘山公路隧道施工安全监理与监控量测　魏瑞芬　（山西省交通建设工程监理总公司，山西太原０３００１２）　摘要：以离军高速公路八盘山公路隧道为实例，从监控量测、数据处理、安全评估等方面论　述了公路隧道的施工安全监理、监控量测的具体方法、步骤及效果。　关键词：隧道；施工；安全；监理；监控；量测　中图分类号：Ｕ４５８　文献标识码：Ａ文章编号：１００６—３５２８（２００６）０３—００５９—０３　Ｏ　弓Ｉ－ｇ　八盘山公路隧道是离（石）军（渡）高速公路建设　项目的控制性工程，设计为双洞四车道，全长４　ｌ１７　ｍ　（右洞）＋４　１２ｌ　ｍ（左洞），其中Ⅱ类围岩总长ｌ　ｌ１７　ｍ，　Ⅲ类总长４　５５２　ｍ，１Ｖ类围岩总长２　３５２　ｍ，明洞总　长７２　ｍ．隧道净宽１０．２５　ｍ，行车道宽度７．５　ｍ，限　高５　ｍ．隧道穿越地段地质情况基本为砂岩和泥岩，　局部有裂隙水渗出，平时水量较小，雨季水量较大，　题，为今后现场监理隧道工程提供参考。　１　监控量测　１．１　地层一支护反应曲线　新奥法的核心在于充分利用围岩的自承能力，　允许围岩变形同时应采取措施抑制其有害变形。地　层一支护曲线（图１）可以恰当地解释这一原理。在　隧道开挖后，根据支护的施做时机，支护的方式一般　可以划分为３种，即：立即支护、适时支护和延迟支　护。立即支护承受较大的围岩压力；适时支护接近最　呈线状、点状分布，施工中顶板有漏水、渗水现象；岩　层基本上为水平岩层。　小的围岩压力；延迟支护承受松散压力，但这时围岩　已经失稳，支护往往需要更大的刚性，因而承受的围　岩压力比适时支护的更大。　沿隧道全长采用新奥法施工，复合式衬砌结构，　洞内路面采用沥青混凝土。由于隧道绝大多数地段　位于水平岩层中，设计采用了超前支护，洞口地段设　计了大管棚支护。初期支护采用湿喷砼＋钢拱架（花　拱架）＋挂网；二衬根据围岩情况的不同，分别采用　钢筋砼和素砼，厚度为３５　ｃｍ和４５　ｃｍ；排水采用直　径５０　ｍｍ弹簧波纹管作横向排水，纵向采用直径　１００　ｍｍ弹簧波纹管通过三通连接横向排水系统和　洞内排水，防水结构采用ＥＶＡ复合防水板＋Ｓ８防　水砼。　蓄　田　依据对监测数据的分析判断围岩和初期支护的　位移发展趋势，决定二衬施做的最佳时机对隧道施　工安全和二衬的长期安全承载是重要的。监理的任　图１　地层一支护曲线　监控量测的关键在于判定围岩的最终稳定状态　是否存在？如果存在，它在何时出现？理论上的适时　支护时机受到施工工序安排的影响，一般找不到围　务之一，是根据初支或围岩的拱顶沉降和周边位移　的收敛或发散情况，决定是否要求施工单位加强支　护，是否允许其进行二衬施工，因此，正确判读前述　位移的性质是隧道工程监理工作的关键环节之一。　本文根据八盘山公路隧道的监控量测实践，从　监理的角度介绍了监控量测过程中需要注意的问　收稿日期：２００６—０１—２５；修回日期：２００６—０４—２４　岩压力的最小值点，而是由围岩和初支共同承担围　岩压力，实际测到的拱顶下沉和收敛值是围岩和支　护共同作用的结果，因此，一般情况下，通过调整支　护强度和加固围岩来达到围岩＋初支联合支护的最　终稳定状态。　作者简介：魏瑞芬（１９６９＿－），女，山西武乡人，工程师，１９９２年毕业于太原工业大学。　维普资讯 http://www.cqvip.com

－６０－　山西交通科技　２００６年第３期　根据地层一支护反应曲线，可以根据地层和支　护睛况，及时、安全地调整施工开挖进度，保证合同　工期。　１．２位移监测布置图　根据隧道断面的大小和地质情况，位移监测断　面一般有３点式和５点式２种。监测的内容主要有　拱顶下沉、周边收敛和水平收敛。　监测断面沿隧道长度的布置密度按照规范要　求¨ｌ，在不同级别的围岩中有所不同。但是，在实际　情况下，由于围岩中节理、裂隙、地下水和岩性等因素　的不确定性，使得监测断面沿隧道长度方向的布置密　度随前述因素必须有所调整，以反映围岩的真实状　况。此外，也应考虑到设计对于位移监测的要求。　对于八盘山公路隧道项目，设计的监测频率和　密度见表１。　袁１　八盘山公路隧道设计的监测频搴和密度‘　量测时段　量测断面设置间隔　周边收敛　拱顶下沉　ｌ　ｄ—ｌ５　ｄ　每１０ｍ一５Ｏｍ一　１次／ｄ　２次／ｄ　１次／ｄ一２次／（１　１６　ｄ—１个月　个断面．测点应在ｌ挖面２　ｍ范围内尽　珏　一　１次／２　ｄ　１次／２（１　１个月一３个月　快设置，在爆破后　１次／周　２次／周　１次／周　２次／周　３个月以后　前测读初次读数　２４　ｈ内或下次爆破　１次／月　３次／月　１次／月　２次／月　八盘山公路隧道的地质基本为平层，从开挖暴　露的地质情况来看，毛洞边墙的稳定性较好，需要进　行密切监控的部位在于拱顶和起拱线部位。施工过　程中发现，拱顶的水平岩层受到爆破振动和冲击的作　用，往往裂缝较多，潜在的浮石也较多；而起拱线部位　是隧道轮廓曲线的变化处，超挖和破碎岩块较多，因　此，在此隧道中，测点布置形式采用３点式（图２）。　＼　Ｃ　图２　三点式布置示意圈　圉３　五点式布置示意图　２　数据处理　２．１　回归分析方法　目前公路隧道施工规范推荐以下一组曲线作为　回归分析的备选曲线：　ｕ＝Ａｌｎ（１＋ｔ）＋Ｂ，　（１）　ｔ　，　（２）　“　Ａｅ一　．　（３）　ｕ＝Ａ（ｅ卅　一ｅ一矾），　（４）　“＝　）２一（　，　（５）　¨＝Ａｌｎ（　），　（６）　１＿ｔｏ　式中：　——测点的累计位移（包括拱顶下沉位移、　周边和水平收敛位移等）；　ｔ——第一次读数开始计算的时间，ｄ；　幻——开挖结束到第一个读数经历的时间；　，　——回归系数。　式（１）～式（３）通过适当的变换，可以化为线性　方程，使用线性回归方法进行数据处理。式（４）～　式（６）则需要通过非线性回归方法进行处理。　目前可以选用进行数据处理的工具较多，对于　数据量较少的监测，也可以手工进行计算。但要在　以上６条曲线中选出与监测数据相关系数最大的一　条，最好使用相应的数据处理软件进行。　２．２　最终收敛趋势的确定　由于围岩性质的高度不确定性，动态施工在隧　道工程中就显得十分重要。根据不断揭露的新的地　质情况，及时调整支护参数，是动态施工的一个重要　的内容。是否需要调整支护参数，则是用上述回归　分析所得到的那条最优曲线，以它的发展趋势判断　最终位移是否趋于收敛而定。　目前，多数情况下，围岩的最终位移值是取最优　曲线的收敛值。如果在相当长的时间内，围岩的位　移值变化较小时，一般可以认为它已经处于稳定状　态。但是，在位移变化较大，支护参数调整频繁的情　况下，简单地使用最优曲线的收敛值并不可靠。限　＝Ｆ篇幅，这一点不在本文讨论。　３　安全评估　’　隧道位移监测的目的有二，其一，评估新近开挖　地段围岩的短期稳定性，在不利情况下，及时采取加　固措施；其二，判断围岩和初支的最终稳定状态，决　定进行二衬的最佳时机，使二衬承受的长期荷载为　最小。　安全评估主要依据洞内监测所获得的、随时间　变化拱顶下沉值、周边位移收敛值和水平收敛值。　评估的准确性依赖于上述数据的第一次读数的及时　性，因此，要求这个数据必须在撬顶和初喷砼完成后　马上进行测读。同时，要结合前方掌子面的开挖支　护情况观察数据的波动规律，通过回归分析，使曲线　尽可能准确地反映施Ｔ进展情况，反映围岩内部的　变形情况。　评估标准依据　公路隧道施工技术规范》的规　定，如表２。　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年第３期　魏瑞芬：八盘山公路隧道施工安全监理与监控量测　表２　隧道周边允许相对位移值　式中：ａ，ｂ，ｃ，ｄ为待定系数。　围岩类别　覆盖层厚度／ｍ　式（８）则存在最大值ｙ　＝ｏ．　小于５０　５０～３００　大于３００　Ⅳ　０．１０～０．３０　０．２０—０．５０　０．４０—１．２０　回归的结果显示，双曲线模型也可以很好地反　Ⅲ　０．１５　０．５０　０．４０～１．２０　０．８０—２．００　映水平收敛的变化趋势，其最终收敛值为２９　ｍｍ．　Ⅱ　０．２０～０．８０　０．６０～１．６０　１．００—３．００　由于二者的结果比较接近，这里只根据ＨＩＬＩ　回归　４　八盘山公路隧道位移监测实例分析　曲线来进行判断。　根据回归分析的结果，可以判定：　洞门、Ⅱ类软弱围岩、Ⅱ类和Ⅲ类浅埋地段是八　ａ）虽然观测数据有限，但此段的拱顶下沉和水　盘山公路隧道的监测重点。在这些地段，洞顶和侧　平收敛将会趋于稳定。拱顶下沉值最大不超过４ｌ　ｍｍ，　壁稳定性是保证施工安全的重点监测内容，因此，位　水平收敛最大值不超过２９　ｍｍ．　移断面监测的距离较密，安全评估过程具有一定的　ｂ）在同一分类的地层中，本次监测分析结果验　代表性。　　’证了平层会在拱顶产生较大的下沉，边墙相对之下　根据八盘山公路隧道的地质情况，确定上述位　则比较稳定，因此，后续施工仍然要加强超前预支　移监测的形式采用三点式。测试内容包括拱顶下　护，减少拱顶下沉。　沉、水平收敛和周边收敛。表３为里程ＬＫ３７＋９００　Ｃ）由于目前的拱顶下沉和水平收敛数值上已　的实际监测原始数据。　经接近最大值，因此，此时可以进行二衬的施工。　表３　里程ＬＫ３７　４－９００监测原始数据表　ｄ）从长期的观点看，由于初支和围岩联合支护的　测读时间　累计拱顶下沉　累计水平收敛　ｄ　ｍｍ　ｍｍ　最终位移尚未完成，二衬将会承担一定的形变压力。　ｌ　０　０　２　７　８．Ｏ６　５　结语　３　１３　１５．１７　４　１９　２１．１６　・　通过监测隧道周边位移来判断围岩是否处于稳　５　２４　２３．９９　定状态，以适时安排二衬施工是新奥法的内容之　６　２８　２５．９６　７　３１　２７．１６　一。本文介绍了位移监控量测的理论基础，并结合八　８　３４　２７．８３　９　３６　２８．１３　盘山公路隧道的位移监控量测和安全监理实践，讨　１０　３７　２８．２３　论了如何根据位移监测数据进行隧道开挖支护安全　ｌ】　３７　２８．２８　１２　３７　２８．３０　评估以及进行二衬施工时机的确定。遵照文中的方　１３　３７　２８．３１　１４　３７　２８＋３１　法和过程，八盘山公路隧道的洞内施工安全评估及　考虑到规范推荐的６条曲线的局限性，本文的分　监理工作进展良好，并取得了良好的效果。　析采用广泛性更好的非线性回归方法，使用分析软件　参考文献：　Ｏｒｉｇｉｎ进行数据处理，所得的最佳回归曲线如下：　【１】　交通部重庆公路科学研究所．ＪＴＪ　Ｏ４２—９４　公路隧道　），　ｍ啄　，　（７）　施工技术规范【Ｓ】．北京：人民交通出版社，１９９５，　［２１关宝树．隧道力学概论【Ｍ］．成都：西南交通大学出版　式中：　…为曲线的最大值；ｋ，ｇ／，为待定系数；ｔ为时　社，１９９３．　间；ｙ为位移值（拱顶下沉值或水平收敛值）。　【３】孙军，侯学渊．地下结构【Ｍ】．北京：科学出版社，１９８７．　），＿Ⅱ一南，　（８）　Ｔｈｅ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｂａｐａｎｓｈａｎ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ＷＥＩ　Ｒｕｉ．ｆｅｎ　（Ｓｈａｎ￣Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｔａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ　０３００１２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｂａｐａｎｓｈａｎ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｔｕｎｎｅｌ，ｆｒｏｍ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｓａｆｅｔｙ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｅｔｃ．，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｐｒｏｃｅｓｓ，ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓａｆｅｔｙ　ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｓａｆｅｔｙ；ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ