（岩土工程专业论文）公路隧道监控量测的应用研究.pdf

合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕 士学位论文质量要求。 主席： 委员： 导师： 答辩委员会签名：( 3 1 作单位、职称) 名脚叶 拗 犬 缈w k 孳 吒 雾 7 ： 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导一f 进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方夕 ，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得 金鳇互些塞堂 或其他教育机构的学位或证1 s 而 使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签名：譬昭无签字日期：矽f f 年中月留日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒胆王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被套阅和借阅。本 人授权盘罂工些盍墨可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 孝磴知 骚字日期：少f f 年千月厢 学位论文作者毕业后去向：獬幺， 工作单位：宇嵌安i 4 i 繇剞州眵 导师签名：群 签字日期：汐1 1 年r 月年日 电话：i 哥侈f 宰3 f 坼多 邮编： -l| 、 璎， r|l乏r j j 公路隧道监控量测的应用研究 摘要 本文以安徽省对口支援松潘县的重点项目一松潘县牟尼沟公路隧道工程为依托，根 据牟尼沟隧道的工程地质条件，确定了合理的监控量测方案及实施细则，深入阐述了数 据分析模型。通过对牟尼沟隧道监测数据的分析，得出地层变位规律、围岩位移的速率 和变化趋势，准确预测出围岩最终位移值，在此基础上，综合国内外相关资料，制定变 形管理等级。最后，总结出以下几点结论： 隧道浅埋段地表下沉与地质条件、施工方法密切相关，减少开挖对围岩的扰动 可以减少地表下沉； 由于受到施工方法的影响，下一个台阶开挖时，周边收敛和拱项下沉会再次出 现加速变形的现象，但仰拱开挖对变形的影响的较小，初期支护闭合后围岩变形逐渐趋 近为零。 当洞内围岩周边收敛或拱项下沉速率达到l o m m d 时，应及时采取措施控制变 形，防止出现严重后果。 关键词：隧道工程监控量测数据分析变形管理 s t u d yo nt h ea p p l i c a t i o no fm o n i t o r i n gm e a s u r e m e n to fh i g h w a y t u n n e l a b s t r a c t t h i sp a p e ri sb a s e do no n eo ft h ek e yp r o j e c t m o n it u n n e li ns o n gp a nc o u n t yw h i c h i sa n h u ip r o v i n c ec o u t e r p a r ts u p p o r to fs o n gp a nc o u n t y , a c c o r d i n gt og e o l o g i c a l c o n d i t i o n so ft h em o n i g o ut u n n e li ns o n gp a nc o u n t y , h a v i n gd e t e r m i n e da r e a s o n a b l ep l a no fm o n i t o r i n gm e a s u r e m e n ta n di t si m p l a n t a t i o no fd e t a i l s ，a n d h a v i n ge l a b o r a t e da n a l y s i sm o d e lo fd a t e b ya n a l y z i n gm o n i t o r i n gd a t ao fm o n i t u n n e l ，h a v i n ga c h i e v e dt h el a wo fh e t e r o d o x y , d i s p l a y m e n to fs u r r o u n d i n gr o c ka n d i t st r e n d ，a n dh a v i n ga c c u r a t e l yp r e d i c t e dt h eu l t i m a t ed i s p l a c e m e n to fs u r r o u n d i n g r o c k o nt h i sb a s i s ，a n dh a v i n gc o m p r e h e n s i v es u r v e y e dt h er e l a t e di n f o r m a t i o na t h o m ea n da b o a r d ，t od r a wu pm a n a g e m e n tl e v e lo fd e f o r m a t i o n f i n a l l y , h a v i n g s u m m a r i z e dt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： ( 1 ) t h es u b s i d e n c ea tt h es h a l l o ws e c t i o no f t h et u n n e li sc l o s e l yr e l a t e dt og e o l o g i c a l c o n d i t i o n s ，c o n s t r u c t i o n sa n dm e t h o d s s o ，i fw er e d u c et h ed i s t u r b a n c eo f e x c a v a t i o nt ot h es u r r o u n d i n gr o c k , t h es u b s i d e n c ea tt h es h a l l o ws e c t i o no ft h e t u n n e lw i l lb er e d u c e dt o o ( 2 ) d u et ot h ei m p a c to fc o n s t r u c t i o nm e t h o d s ，w h e nw e e x c a v a t et h en e x ts t e p ，t h e c o n v e r g e n c eo f t u n n e li n n e rp e r i m e t e ra n dc r o w ns e t t l e m e n tw i l la g a i na p p e a rt h e p h e n o m e n o no fa c c e l e r a t e dd e f o r m a t i o n h o w e v e r ，t h ee x c a v a t i o no fi n v e r tl e s s a f f e c t e dt h ed e f o r m a t i o no fs u r r o u n d i n gr o c k a f t e ri n i t i a ls u p p o r tc l o s e d t h e d e f o r m a t i o no fs u r r o u n d i n gr o c kw i l lg r a d u a l l ya p p r o a c hz e r o ( 3 ) w h e n t h er a t eo fc o n v e r g e n c eo ft u n n e li n n e rp e r i m e t e ra n dc r o w ns e t t l e m e n ti s 10 m m d ，w es h o u l dt a k em e a s u r e st oc o n t r o lt h ed e f o r m a t i o n , i m m e d i a t e l y t o p r e v e n ts e r i o u sc o n s e q u e n c e s k e yw o r d s ：t u n n e le n g i n e e r i n g ；m o n i t o r i n gm e a s u r e m e n t ；d a t aa n a l y s i s ； m a n a g e m e n to fd e f o r m a t i o n 致谢 感谢我的导师王国体教授在论文编写整个过程的给予的悉心指导，感谢导师对我的 培养。近三年来，导师渊博的知识，严谨的治学态度，影响着我们，作为他的学生以有 这样的导师而自豪，尤其是他的学者风范，让我们敬佩。 三年的研究生生活，在学习，生活，论文编写过程中得到了很多人的帮助与支持。 感谢师兄刘志楠的极大帮助与支持；同时也感谢同门苏文杰，吴路辉，鲍大春的帮助与 支持，感谢我的室友耿鹤良、黄诗贤、卞良，有了一个和谐友好的寝室。 感谢我的父亲、母亲，你们含辛茹苦养育我，多年来省吃俭用鼓励和支持我的学业， 却无以回报。天涯海角，无论何时何地何种情况，你们都是我进步的最大动力。 感谢所有关心和支持我的亲人，老师，同学，朋友! 最后感谢各位专家、教授在百忙之中对本论文的评审和指正。 作者：李明亮 2 0 1 1 年4 月1 2 日 目录 第一章绪论1 1 1 研究意义l 1 2 隧道监控量测的发展概况2 1 3 本课题主要研究内容3 第二章监控量测方案的选择与实旅5 2 1 隧道总体概况和特点概述5 2 1 1 工程概况5 2 1 2 交通位置5 2 1 3 地形地貌5 2 1 4 气候与气象6 2 1 5 植被与生态环境6 2 1 6 水文6 2 1 7 工程地质条件一6 2 1 8 本项目工程特点概况7 2 2 监控量测的目的、工作内容7 2 2 1 监控量测的目的一7 2 2 2 监控量测的工作内容8 2 3 监测项目实施细则1 0 2 3 1 地质和支护状况观察1 0 2 3 2 地表下沉1 2 2 3 3 周边位移及拱顶下沉1 4 2 3 4 锚杆抗拉拔1 6 2 3 5 锚杆轴力量测1 7 2 3 6 围岩内部位移量测。1 9 2 3 7 应力与压力测试1 9 2 3 8 地表空间位移监测2 l 2 4 监控量测工作质量的保证措施2 3 第三章监控量测数据分析与应用2 5 3 1 数据采集。2 5 3 2 监测频率与次数2 5 3 3 数据整理分析2 6 3 3 1 围岩变形时间关系曲线2 6 3 3 2 监测数据的回归分析2 7 3 4 监控量测信息反馈3 0 第四章工程实例及分析3 2 4 1 地表下沉数据及分析3 2 4 2 周边收敛数据及分析3 6 4 2 1 收敛位移时间关系分析3 6 4 2 2 收敛位移回归分析3 8 4 3 拱顶下沉数据及分析4 l 第五章变形控制准则探讨与建立。4 8 5 1 变形的控制准则4 8 5 1 1 变形速率控制准则4 8 5 1 2 变形量控制准则4 9 5 2 变形管理等级5 l 5 2 1 位移量的管理等级5 l 5 2 2 位移速率的管理等级5 3 第六章结论与展望5 5 参考文献5 7 插图清单 图2 1 牟尼沟隧道地表下沉监测点布置示意图1 3 图2 2 地表下沉量测范围示意图1 3 图2 3 周边收敛与拱顶下沉测点、测线布置示意图( 水准仪观测测点布置图) 1 5 图2 4 周边收敛与拱顶下沉测点、测线布置示意图( 高精度全站仪观测测点布置图) 15 图2 5 锚杆拉拔力测试示意图1 7 图2 - 6 锚杆轴力量测断面布置示意图1 8 图2 7 锚杆轴力分布示意图18 图2 8 多点位移计示意图。19 图2 - 9 围岩内部位移量测断面布置示意图1 9 图2 1 0 牟尼沟隧道围岩与初支砼压力以及初支砼与二衬压力监测点布置示意图2 0 图2 1 1 牟尼沟隧道二衬压力、初支砼内应力、钢支撑应力等监测点布置示意图2 0 图2 1 2 全站仪监测地表三维位移的方法示图2 2 图3 1 隧道断面周边收敛变化曲线示意图2 7 图3 2 函数y ：a 一叉图像的拐点2 9 图3 3 监控量测信息反馈示意图一3 0 图4 1 牟尼沟隧道施工情况示意图3 2 图4 2 地表下沉监测点3 3 图4 3k 6 + 3 7 0 断面地表下沉曲线图3 3 图4 4 时间位移曲线图3 4 图4 5k 6 + 3 6 0 断面地表下沉曲线图3 4 图4 - 6 地表沉陷实图3 5 图4 7k 4 + 7 0 0 掌子面图3 6 图4 8k 4 + 7 0 0 周边收敛监测断面布设示意图3 6 图4 9k 4 + 7 0 0 周边收敛监测断面周边位移时间曲线图3 8 图4 1 0 实测曲线及回归函数曲线比较图4 2 图4 1 1k 6 + 3 5 2 断面拱顶下沉位移时间曲线图4 4 图4 1 2k 6 + 3 5 2 断面拱顶下沉位移速率时间曲线图4 4 图4 1 3k 4 + 7 0 0 断面拱顶下沉位移时间曲线图4 6 图4 1 4k 4 + 7 0 0 断面拱顶下沉位移速率时间曲线图4 6 图5 1k 6 + 3 6 5 , - - , 3 6 6 5 初支开裂情况5 3 第一章绪论 1 1 研究意义 随着中国改革开放及西部大开发的不断向前推进，中国的经济取得了史无 前例的飞速发展，改革开放至今，我国一直将交通运输行业列为国民经济发展 的战略重点之一，交通基础设施也因此取得了巨大的发展与改善。公路交通在 国民经济和交通运输中具有覆盖面大、适应性强、机动灵活等特点和优势，因 此受到了较大的重视，并得到了快速发展，尤其包括高速公路、长大桥梁和公 路隧道等公路基础设施的发展更是举世瞩目。到2 0 0 7 年底截至，我国公路总里 程为3 5 8 3 7 万公里，等级公路和高速公路总里程分别是3 5 3 5 4 万公里、5 3 9 万公里。其中隧道总里程2 5 5 5 5 公里，共4 6 7 3 座j 。 中国的山地、丘陵和高原相对较多，其面积约占国土总面积的6 9 之多。 在山区或半山区修筑的公路，由于过去公路建设资金的严重短缺，多数公路建 设时都以盘山公路为主。盘山公路不仅等级较低，绕行里程长，占用的可耕地 相对较多，而且能耗高，安全隐患多，生态环境破坏大等，与我们现在所倡导 的节能减排、人与自然和谐发展的理念不符，同时也造成巨大经济损失和人员 大量伤亡。随着经济的迅速发展，人民生活水平的大幅度提高，公路交通建设 规模日益扩大，技术进步达到新的水平，公路隧道建设不仅在山区和丘陵地区 公路建设中，而且在东部江河桥隧跨越方案比选中，对公路隧道的选择和建设， 日益引起重视，并有很大发展。可以说劈山开道，破坏环境，的历史已经过去 了，更多是遇到到山川河流就架桥修隧道，加强对环境保护的理念在逐步增强， 并发展成为主流理念l l 儿2 | 。 在传统的隧道工程建设中，围岩和衬砌支护结构被分别认为是荷载和被动 的承载体，并以此进行支护结构的验算、设计，事实上这一思路不完全符合客 观实际，因此，一方面造成支护结构材料的浪费和施工工艺落后：另一方面支 护的效果并不是十分的理想。19 6 3 年，由奥地利学者拉布采维茨 ( l v r a b c e w i c z ) 提议定名为新奥法( n e wa u s t r i a nt u n n e l i n gm e t h o d ) 的隧道 施工方法是一种相对较先进的隧道施工技术，也称之为信息化施工法，因此在 世界范围内迅速得到了广泛的应用，其主要的理念是最大限度地保持和发挥围 岩的自我承载能力，并通过现场监控量测和岩体力学分析方法及时掌握围岩动 态，依此判定围岩的稳定状况，从而决定是否对原设计进行修正，以及决定最 佳的支护时间。新奥法隧道施工由于其理论基础的科学性及正确性而被广泛采 用，是目前国际上流行的隧道施工方法【3 】。监控量测正是新奥法隧道施工中的 重要组成部分，是监控围岩与结构稳定性的重要手段，被不断的运用到生产实 践中去，在采用新奥法施工的隧道中，监控量测在整个隧道的施工过程中起到 i 用，可以说没有监控量测的隧道，其施工方法就不能称为新奥法。【4 】 在隧道施工过程中，对围岩和支护、衬砌受力变形状态的量测，通过对量 测结果的分析来判断围岩支护的稳定性和应力应变状态，对围岩稳定性和支护 效果进行评价。根据隧道开挖后围岩稳定性的信息指导施工，同时也能及时预 见险情，确保施工安全，进行综合分析，检验施工预设计。利用围岩反演参数 修正数值模型，重新进行数值仿真模拟计算，把信息反馈给设计，以达到实现 隧道动态设计的效果。在国内隧道工程中，利用施工期间的现场测试，通过对 实测数据的现场分析、处理，及时向施工方、监理方、设计方和业主提供分析 资料，预报施工的安全程度，对保证隧道安全施工也具有重要现实意义。 1 2 隧道监控量测的发展概况 传统隧道设计理论是俄国的普施理论，认为隧道围岩开挖后，顶部围岩会 因松动而塌落，塌落后便形成了拱，并逐步稳定下来，塌落部分认为是作用在 衬砌上的围岩压力，并按结构上作用这些围岩压力来验算设计结构类型，这类 方法可归为荷载结构法。p j 2 0 世纪6 0 年代，奥地利学者l 腊布兹维奇提出以尽量不去破坏围岩中的 应力为前提，在隧道施工过程中通过技术手段，获得围岩变形和应力等信息， 据此来优化支护措施，控制变形，从而达到最大限度的发挥围岩只身承载能力 的目的，这种理论被称为“新奥地里隧道施工技术方法”，简称为“新奥法 ( n a t m ) ”。新奥法的重要组成部分就是隧道监控量测，因而人们开始不断的 研究隧道监控量测。 国外采用新奥法修建隧道较早，并且欧美等发达国家在修建隧道工程时， 非常注重施工中的安全管理，资金投入较充裕，这样就有利于各项科研活动的 开展进行，因而施工技术和理论成果也取得了较大进步，隧道监控量测也随之 发展较快。随着科学技术不断发展更新，促进了监控量测技术的发展，监测效 率不断提高，先后使用了红外、激光测距技术及数码成像技术，对隧道内监测 点进行观测，通过坐标计算，得出隧道内监测点的位移情况。 最近日本建设省对动态设计系统给出的定义：在工程建设的调查、设计、 施工、维修管理的实施过程中，以施工为重点，利用在各过程中获得的与施工 有关的电子情报和从各种作业中获得的电子情报，根据使用机械和电子仪器、 量测仪器的组合加以连动控制或实现电子网络的一元化施工管理，以提高整个 施工的生产性。这是一个立足于电子技术和信息技术的建设工程生产管理系统。 它监控了设计、施工及运营管理全过程。近些年来，日本的一些会社如佐藤工 业( 株) 开发出“s i t 系统”，该系统汇集了隧道内的监控量测数据、测机械和 运输车辆的运行数据、通信数据等情报信号，并用单一的通信线路进行传输， 从而达到隧道内施工的一元化管理。正是基于监控量测及信息化设计这一理念， 欧美各国及日本开始研发隧道工程动态设计系统，有的已经开始产业化应用。 2 1 6 j 中国从2 0 世纪8 0 年代开始逐渐采用新奥法进行隧道的施工，与发达国家 相比无论是理论上还是实践中还存在一定的差距，但经过近3 0 年的发展，我国 的隧道施工技术水平取得了很大发展，隧道监控量测也得到了推广应用，技术 逐步成熟。 王军、夏才初、朱合华等人对福建罗长高速公路马宅顶非对称连拱隧道进 行了研究，该隧道采用的新奥法施工，他们重点对隧道的现场监控量测和有限 元分析进行了研究，并实测了隧道的中墙应力，同时与有限元法计算结果进行 了比较分析。【2 j 李德宏对云南省元江磨黑高速公路岔河隧道的施工监测结果进行了分析 研究，同时对隧道进行了理论计算，并对两者的结果进行比较，他认为大跨度、 埋深浅的隧道施工中监控量测是十分关键，对隧道施工起到重要的作用，只有 充分依据实测数据及时修正设计参数和施工工序，才能确保施工安全。【2 j 长安大学的吕康成教授曾根据激光基准测量原理，开发出了激光隧道围岩 位移实时监测系统，根据其研究生伍毅敏、万利等人在浙江杭金衙高速公路上 的樊村二号隧道等隧道上采用该系统的应用实际，表明该系统应用效果良好【2 j 2 0 0 8 年1 0 月份，第一届全国隧道监控量测与反分析专题研讨会在中国重 庆隆重开幕。此次会议由中国公路学会隧道工程分会、中国岩石力学与工程学 会地下工程分会、中国土木工程学会隧道及地下工程分会联合主办，由重庆交 通科研设计院、公路交通技术杂志社、国家山区公路工程技术研究中心联合 承办，本次研讨会吸引了中国各地著名隧道工程专家及部分国外著名学者共 1 5 0 多人前来参加。会议重点对隧道的数值模拟计算、现场监控量测与反分析、 超前地质预报等方面的内容进行了认真研讨和交流，并安排了大量的专题演讲、 大会交流、现场参观等交流形式，本次会议是近些年国内隧道监控量测的科研 成果的一个不小的总结，为监控量测的研究深入起到了极大的促进作用。 在监测数据回归分析时，当选择的回归函数不能被转换为线性形式时，可 根据最小二乘迭代法原理进行数据的回归分析。据此，铁道部科学研究院西南 研究所王建宇研究员等人编制了用于分线线性回归计算 n o n i n e r r e g r e s s i o n 程序，用于监测数据的实时回归分析非常方便快捷。【7 j 国内的一些研究组织和大学也对监测信息系统进行了研究。如重庆交通科 研设计院开发的公路隧道围岩与支护系统量测数据管理系统，同济大学开发的 监测数据库管理系统。实现了数据库在监测领域应用与发展，使得监测得到的 大量数据能及时快速的处理和分析，进行自动化管理。博j 1 3 本课题主要研究内容 本课题从确定合理的监控量测方案，获取有效的量测信息出发。建立合理 的数据分析模型，得出地层变位规律、围岩位移的速率和变化趋势，准确预测 3 出围岩 出来的 为以后 1 、 2 、 3 、 4 、 本课题 1 、 2 、 3 、 4 、 2 1 隧道总体概况和特点概述 2 1 1 工程概况 松潘县牟尼沟公路隧道工程位于松潘县，属阿坝州管辖。新建隧道引道起 点为国道2 1 3 线松潘县城西南边河对岸6 8 4 6 k m 处，止点为牟尼沟景区公路中 寨点，路线全长6 7 6 3 9 8 9 k m ，隧道全长1 8 3 5 k m ，共1 座隧道，该隧道工程地 质条件复杂，施工及监测难度较大。该隧道中围岩具体分布如表2 1 所示。 该隧道明洞采用明挖顺筑法施工；暗洞采用新奥法设计施工，采用复合式 衬砌结构，初期支护采用锚网、钢拱架及喷射混凝土为主要支护手段，二次衬 砌采用模筑钢筋混凝土，初期支护与二次衬砌间设置防水层。及时地进行支护， 控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并应通过对围岩和 支护的监控量测来指导隧道施工。 表2 1 牟尼沟隧道同岩级别分布情况 围岩级别 v 围岩级别长 8 7 5 3 0 9 5 9 7 0 ( m ) 占隧道比例4 7 7 5 2 3 ( ) 2 1 2 交通位置 拟建隧道进口位于松潘县西侧的窑沟村，距离松潘县城约4 k m ，现有乡间 土路相通，隧道出口位于松潘县牟尼乡中寨村，现有至牟尼沟景区的水泥路面 相通，距松潘县城约3 0 k m ；隧道两端洞口之间车辆绕行约2 5 k m ，人可翻山通 过，约3 k m ，翻山一般需1 - - 2 个小时。松潘县城距九寨沟旅游风景区约1 0 0 k m 。 松潘至成都有2 1 3 国道，相距约3 4 0 k m ，交通尚方便。 2 1 3 地形地貌 隧址区位于岷江以西，牟尼沟以东的山岭地带，为构造剥蚀、侵蚀中高山 地貌。山顶浑圆，上部稍陡，下部较缓。山体地形坡度为2 5 0 - 4 5 0 。山岭大致 走向呈n n w 向延伸。山岭东侧较陡，西侧相对较缓，并被多条近东西向的沟 谷切割。窑沟村窑沟以南的大弯山山顶高程一般为3 2 3 0 一- - 3 2 5 0 m ，沟谷高程一 般为2 9 0 0 - - - 2 9 5 0 m 。最大高差约3 4 0 m 。 隧道进口位于窑沟村窑沟右岸的山麓地带。斜坡上部坡度较陡，约为4 5 0 5 5 0 ，斜坡下部为多级缓坡，平均坡度约为2 5 0 - 3 0 0 。进口处距窑沟村约5 0 m ， 5 洞口设计高程高出窑沟洪水位约1 5 m 。拟建隧道出口位于牟尼沟左岸的缓坡地 带，山体地形坡度为3 0 0 5 5 0 ，出口处距窑沟村约2 0 0 m ，洞口设计高程高出 窑沟洪水位约2 5 m 。 2 1 4 气候与气象 隧址区气候十分恶劣，属高原气候，风云多变，气温低寒，每年五月开春 解冻，七至八月多雨，并常见冰雹及霜冻，九月起气温急剧下降并开始下雪。 松潘县西北部寒冷干燥，东南部较湿润温和。据松潘县城气象资料，年平均气 温5 8 ，一月平均气温一4 3 ，七月平均气温1 4 6 ，无霜期4 0 余天，甚至 无绝对无霜期，永久性冻土及季节性冻土较发育( 冻结深度为0 9 0 m ) ；年平均 降水量7 0 0 m m ，年最大降水量为1 5 0 0 m m ，5 , - - , 9 月较集中，一小时降雨量达 3 1 9 0 m m ( 2 0 0 8 年5 月2 6 日) ，时有冰雹、伏旱发生；风向以西北向为主，并 兼受河谷风向影响。 2 1 5 植被与生态环境 隧址区地处亚寒带，植被为亚高山亚寒带常绿针叶林生态系统，植被覆盖 率较高，以针叶林及高原草本为主。农业方面，少数河漫滩地区种植有青稞、 土豆等耐寒植物。 2 1 6 水文 松潘县境内最大流域为岷江，因流域内生态植被保存完好，常年水量丰富， 除5 - 9 月易受集中暴雨影响而呈现雨洪性河流外，其余时节河水主要来源于冰 雪消融，水深0 5 1 5 m ，流量约1 5 3 0m 3 s 。 项目区线路通过的河流均为山溪河流，纵坡比降较大，其中较大的牟尼沟 为岷江一级支流，其余地表水系多为山间冲沟，多为岷江次级支流，为季节性 冲沟，主要受大气降水补给，局部冲沟为地下水侧向补给，流量相对较小，一 般为5 1 0m 3 s ，雨季易发生瞬时洪水，据对两岸冲刷调查及访问村民，一般 洪水深约3 5 m 。 2 1 7 工程地质条件 ( 1 ) 地层岩性 隧址区受构造断裂带的影响较大，地层岩性比较复杂，地层主要有三叠系 上统西康群朱倭组( t 3 z h ) 、新都桥组( t 3 x ) 变质岩组。其岩性特征如下： 西康群新都桥组( t 3 x ) ：该岩组以深灰灰黑色薄板叶片状砂质、钙质和 炭质板岩或千枚岩等变质岩为主，间夹少量变质砂岩。因受区域构造的影响， 岩体次级褶皱、次级断裂发育，岩层面扭曲，节理发育，岩体较破碎。西康群 朱倭组( t 3 z h ) ：该岩组以浅灰色薄厚层变质砂岩间夹深灰色、灰黑色薄中 层状粉砂质板岩、钙质板岩、炭质板岩、千枚岩等变质岩为主，以变质砂岩、 砂质板岩为主的不等厚韵律式互层。变质砂岩、砂质板岩单层厚度为0 1 o 8 m 不等。因受区域构造影响，岩体次级褶皱、次级断裂发育，岩层面扭曲，节理 发育，岩体较破碎。 ( 2 ) 地质构造 场区区域位于秦岭东西向构造带与龙门山北东向多字型构造带间的较场山 字型构造体系分别与热务沟旋卷构造体系和摩天岭东西向构造体系发生复合关 系的三角地块内。场区内发育的岷江断裂带由东、西两支断裂组成，东支为岷 江断裂，西支为羊洞河牟尼沟断裂，拟建隧道位于岷江断裂带内狭长断块上， 隧道进口东距岷江断裂约3 k m ，隧道出口西距羊洞河牟尼沟断裂约5 k m 。 岷江断裂自新生代以来曾经历过多期活动，第四纪以来表现出强烈的活动性， 属全新世活动断层，为逆走滑运动，且具有分段特征，其北段和南段活动性较 强，中段活动性稍弱。羊洞河牟尼沟断裂产状与岷江断裂近一致，走向呈近南 北，断面西倾。受以上两大深大断裂影响，隧址区内次级断裂、次级褶皱极其 发育岩体多较破碎。受断层的影响，隧址区岩体较破碎，节理发育。 ( 3 ) 地震 近场区处于青藏高原东缘，第三纪时主要表现为褶皱造山运动性质，第四 纪以来一直处于强烈的隆起抬升状态，晚第四纪以来的地壳平均抬升速率约为 0 5 m m a 。目前记录到最大的地震是1 6 5 4 年7 月2 1 日甘肃天水南8 级地震， 该地震对拟建隧道的地震影响烈度为v 度；1 8 7 9 年7 月1 日甘肃武都南8 级地 震，该地震对拟建隧道的地震影响烈度为度：2 0 0 8 年5 月1 2 日四川汶川8 0 级地震，该地震对拟建隧道的地震影响烈度为度。 2 1 8 本项目工程特点概况 根据对本项目的了解，总结以下特点： 1 、该隧道为高原气候区的单洞长隧道，隧址区山体较多，两洞口间绕行距 离较远。 2 、地层岩性较复杂，主要是板岩及千枚岩等变质岩为主，隧址区围岩级别 较低均为级和v 级。 3 、隧址区构造发育、次级褶皱、次级断裂发育，岩层面扭曲，节理发育， 岩体较破碎，岩体稳定性较差。 4 、隧址区受2 0 0 8 年5 1 2 特大地震影响，使得隧址区围岩产生松动，局部 围岩可能处于地震破坏带上或出现应力集中的现象，隧址区产生崩塌、滑坡等 地质灾害可能性都加大，所以开展牟尼沟隧道监控量测显得尤为重要。 2 2 监控量测的目的、工作内容 2 2 1 监控量测的目的 四川省2 0 0 8 年发生的5 1 2 大地震，使得隧址区围岩产生松动，局部围岩 可能处于地震破坏带，隧址区产生崩塌、滑坡等地质灾害可能性都加大，所以 开展牟尼沟隧道监控量测显得尤为重要，牟尼沟隧道工程施工监控量测，应达 7 到的目的为：通过各种有效的技术手段，快速取得可靠的监测数据，快速评价 隧道施工的安全状态，及时指导施工；通过对围岩及隧道结构的受力、变形状 况的全面分析，准确评定隧道施工工艺、支护衬砌结构参数的安全性和经济性， 为优化施工提供指导，最终达到安全、优质、经济的目的。 具体目标为： ( 1 ) 通过每次爆破后洞内地质和支护状况观察，系统地对掌子面进行地质 素描，科学、全面记录隧道穿越地带的工程地质信息，快速评价隧道围岩情况， 为隧道安全施工提供评定依据，为隧道运营期间的检修提供可靠资料。 ( 2 ) 通过对地表下沉观测，判断隧道开挖对洞口边仰坡、浅埋地面是否产 生显著影响，分析该影响的范围、程度及其与隧道施工的时空关系，进而判断 隧道施工的安全性和隧道施工对地面边仰坡的稳定性的影响。 ( 3 ) 通过对周边收敛和拱顶下沉量测及计算位移速率和预测最终位移值， 为隧道支护结构稳定性分析提供依据；为二次衬砌浇筑选择最佳时机；为隧道 施工工艺、支护衬砌参数优化提供参考。 ( 4 )通过围岩内部位移的测试，了解围岩松动破坏范围，分析隧道围岩的 变形规律以及与施工工序和爆破振动的关系，用以调整施工方法和参数，对围 岩稳定性作出评价。 ( 5 ) 通过围岩压力和支护结构内力测定，了解支护结构的受力状况和应力 分布，揭示围岩变形与衬砌结构的相互作用关系，对原支护结构形式、支护参 数和支护时间做出评价。 ( 6 ) 通过测定锚杆内力，了解锚杆的工作状态，进而对隧道围岩的稳定性 做出评价。 ( 7 ) 通过对锚杆拉拔力的检测，可在整体上掌握喷锚支护的可靠性和支护 质量。 ( 8 ) 通过日常观察和分析，及时发现安全隐患并予以排除。 2 2 2 监控量测的工作内容 根据招标文件要求及隧道施工中的信息反馈，隧道现场监测包括以下项目， 共1 3 项：1 、洞内观察；2 、地表下沉；3 、周边位移；4 、拱顶下沉；5 、锚 杆抗拔力；6 、锚杆轴力；7 、围岩内部位移；8 、围岩与初支压力；9 、初支与 二衬压力；1 0 、钢支撑应力；1 1 、初支砼内应力；1 2 、地表空间位移监测。 其隧道监控量测项目如表2 2 所示： 表2 2隧道监控量测项目表 编 项目名称方法及工具要求及目的 号 地质罗盘、 地质锤、钢岩性、结构面产状、地下水涌水情况、溶洞、 l 洞内观察 卷尺及数码断层的描述，支护结构裂缝的观察。 相机等 高精度 从地表布设点观测，根据下沉位移量及位移速 2地表下沉 率来判定开挖对地表下沉的影响，以此确定隧 全站仪 道支护结构参数及该段二次衬砌的时机。 根据位移、收敛状况、断面变形状态等综合判 断： 收敛计或高 3周边位移周边围岩体的稳定性； 精度全站仪 初期支护的设计与施工方法是否合理； 二次衬砌的浇注时机等。 精密水准 仪、塔尺等监测隧道的拱顶下沉量及速率，了解断面的变 4 拱顶下沉 或高精度形状态，判断隧道拱顶的稳定性。 全站仪 锚杆抗拔检测锚杆的抗拔能力，判断锚杆的工作状态及 5 锚杆拉拔计 力质量。 计钢筋应力根据锚杆所承受的拉力，判断锚杆布设是否合 6 锚杆轴力 计、频率计理妥当，了解围岩内部应力的分布情况。 围岩内了解隧道闱岩的松弛区域、位移量，为准确判 7 多点位移计 部位移断围岩的变形发展趋势提供有效数据。 围岩与初压力盒及判断复合式衬砌中同岩荷载的大小，判断初期 8 支压力频率计支护围岩压力的情况。 初支与二压力盒及 判断复合式衬砌中围岩荷载的大小，判断二次 9 衬砌围岩压力的情况，为准确判断隧道二次衬 衬压力频率计 砌的安全性提供可靠的依据。 9 续上表 钢支撑应 钢筋应力计 监测钢支撑的应力，推断作用在钢支撑上的压 1 0 力大小。判断钢支撑的尺寸、间距及设置钢支 力及频率计 撑的必要性。 初支砼混凝土应变将混凝土应变变化转化为初期支护的内力变 1 l 内应力计及频率计化，判断初期支护混凝土的内力状况。 二次衬钢筋应力计监测二次衬砌内应力，了解支护衬砌内的受力 1 2 砌应力及频率计情态。 地表空间高精度 从地表布设点观测，根据监测点的三维位移量 13 判定开挖对地表土体位移的影响，了解地表边 位移全站仪 坡位移发展趋势。 注：根据现场踏勘及现场会议，该隧道工期较紧，隧道监控组将尽量投入高精度全 站仪进行监测，可以最大程度服务于业主及施工单位。 2 3 监测项目实施细则 2 3 1 地质和支护状况观察 ( 1 ) 量测目的 通过高频率地观察实际揭露出的隧道掌子面地质情况，掌握隧道实际围岩 状态，分析隧道掌子面的稳定状态，判断围岩的变化趋势