西华山隧道中监控量测应用及成果分析

1、西华山隧道中监控量测应用及成果分析    摘要：本文作者致力于隧道现场工作，文章以正在施工中的西华山隧道为例，比较全面地阐述隧道新奥法施工中监控量测的必要性、监测任务和方法以及常见问题等，并通过对代表性数据的回归分析以及不同数据间的对比，得到相应结论，来指导施工，为今后类似的工程问题提供可借鉴经验。 关键词：新奥法监控量测数据分析 中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号： 新奥法以其适应性强、经济性好在山岭隧道中被广泛接受，其核心内容是充分发挥围岩的自身承载能力，允许围岩合理范围内的变形，并通过监控量测，动态修正设计参数、变动施工方法，以求控制围岩变

2、形，在经济和安全上到达平衡。因此，监控量测在新奥法施工中至关重要，正确地分析信息对施工过程和施工效果都有很大影响。 一、工程概况 新建西华山隧道采用新奥法进行施工，工程隧道段为单向双车道中长隧道，为省道S101线恩阳至巴中城区穿越西华山的左幅隧道，全长950m其中。线路设计起点互通立交广巴高速连接线与S101线，设计终点与省道S101线顺接。 西华山隧道属低山侵蚀地貌，进口端地形陡峭，坡面植被较为茂密。上覆第四系全新统坡崩积层粉质黏土及块石土、坡残积层粉质黏土、坡洪积粉质黏土；下伏基岩为白垩系下统苍溪组砂岩夹泥岩。隧址区为低山丘陵地形，构造剥蚀地貌为主，上覆残积的粘性土，厚度为3m，部分地区有

3、0.5m左右的耕植土，下覆白垩系下统白龙组泥质砂岩、砂岩、颜色为灰褐色为主，部分呈青灰色，山岭为测区主要的近东西分水岭，其两翼为相对平缓，由红层构成的平行的槽谷，山坡呈陡崖、缓坡叠复出现的形态，沿线沟谷发育，沟谷积斜坡植被良好，多分布乔木积灌丛。 二、隧道施工监测的重要性 隧道现场监测作为新奥法施工中的重要一环，是认识和了解围岩体开挖和支护过程中变形动态的重要途径，为施工过程中围岩体的稳定性和支护结构的安全性提供判释依据，从而预测风险，提高隧道施工的安全性。总的来说，隧道监控量测的作用可归结为以下几点： 监测洞体的稳定情况，及时了解围岩和支护的变形情况，判定围岩稳定性，及时进行风险预测，确保施

4、工安全进行。 观察围岩和支护体系是否达到规定行为，判断支护的实际效果，确定合适的二衬施做时间。 监测工程运行情况，以安全施工为前提，采取相关措施，加快施工进度。 了解围岩和支护体系的工作状况，检验设计参数、施工方法的合理性和安全性，为变更设计方案、调整支护参数、改善施工方法提供信息和依据。 积累工程资料，为今后的类似工程提供参考，为提高隧道设计水平提供数据支持。 三、监控量测内容和方法 (1)洞内外现状观测： 由于地下岩体结构的复杂性，通常，隧道开挖前的地质勘查工作所提供的信息不是非常准确，而对测量数据的处理和分析又往往滞后且不够直观，为了快速获取有效信息，指导安全施工，每天必须对洞内外以下内

5、容进行观测： 每次爆破后检查掌子面基本情况，包括围岩岩性、结构面产状、岩体风化程度、节理裂隙发育情况、地下水发育情况等，并做好详细记录。 检查支护结构有无异常，包括初支和二衬有无裂缝及裂缝发展情况、有无滴水漏水现象、有无锚杆拉动或松动、钢架有无压弯或屈服现象、支护结构或洞底有无凸起等。 观察中，如果出现异常情况如裂隙或凸起，要及时补救，并在问题点附近加强监测，追踪问题发展，确保施工安全。 洞外观测主要包括地表径流和渗透情况、边仰坡稳定等情况。 (2)洞内变形量测(拱顶下沉测量和边墙收敛测量)： 测点布设： 测点布设的数量应根据施工方法来最终确定。开挖采用全断面法施工段，每个测量断面应设置三个拱

6、顶沉降测量点和两个水平收敛测点，拱顶测点分别在拱顶轴线处和距轴线两边2m的地方，水平测点尽量保持在一个高度上；两台阶法施工段，每个断面设置了三个拱顶沉降沉降测量和四个水平收敛测点，其中，拱顶测点与全断面开挖法一样布设，水平测点分别在拱肩部位和下台阶距地面1.5m左右处各一组。 测量方法 拱顶下沉采用精密水准仪+测微器，配合钢挂尺进行测量。测量中，应在仰拱处设置稳定基点，在测点区域滚动设置两个基点进行联测，每隔一定时间或数据明显偏差时对基点及时复合，确保数据有效。 边墙收敛采用数显收敛计进行测量，每组测三个数据，详细记录，并取平均值为有效数据。 (3)锚杆测量 在台阶法施工中，锚杆对上台阶初支提

7、供支撑力，而且深入围岩，将喷层结构与围岩体连成整体，对锚杆的监测，可以判断围岩变形趋势，估计围岩扰动深度。同时，由于锚杆的受理过程复杂，影响因素众多，目前的计算理论和设计理念不是很完善，往往设计偏于保守，造成经济浪费，有必要对锚杆进行监测，从而调整锚杆设计参数，确保工程安全性、经济性。 选择典型断面处(尽量靠近拱顶和边墙量测断面，有利于数据对照)，在拱顶、拱肩、拱腰部设量测锚杆，每根锚杆的1/4处、1/2处、3/4处分别装上压力盒，一般两天左右开始每天读数并记录。 四、需要注意的问题及工程应对措施： (1)根据实际情况，下台阶所布水平收敛测点相对于上台阶测点往往布的迟，又过早地被防水板遮挡，一

8、般每组数据比较量比较少，而且变化范围不大。鉴于此，操作中很多监控量测不注重下台阶的监控，这种做法很不合理，施工中必须对下台阶进行严格监测，尤其在特殊地质环境下和关键路段。因为下台阶数据对短期内局部稳定性有很好的反映，当围岩内部发生急剧变化时，具有很高的参考价值和指导意义。也上台阶测量数据的补充，二者组成一个整体，共同反映该断面的围岩变形情况。而且，根据以往经验，很多隧道塌方都是发生在下台阶开挖的过程中的。 (2)布置断面注重时效。由于掌子面的施工影响，在监控量测过程中普遍存在断面布置不及时的现象。在开挖过程中，尤其在软弱围岩中，开挖最初的围岩变形是非常大的，因此，该数据的缺失对断面累计变形结果

9、影响很大，使得数据对于隧道施工风险预测作用也大打折扣。在二台阶法施工过程中，拱顶测钩可在上台阶拱部开挖时做好，边墙测钩可在下一循环喷混凝土环节中及时补上，以保证最快速度获得有效数据。 (3)保护测钩。测钩布置好后，边墙测钩可能会妨碍到施工人员的某些操作而被有意无意地拔掉或敲弯，这类问题可与施工队领班协调避免；开挖和出渣往往需要挖机作业，作业过程中常会破坏测钩，这类问题应与挖机指挥员协调解决。如果测钩被破坏，要及时补上，并加强测量，将所缺数据内插补上，保证测量数据的完整性和连续性。 另外应注意，测钩应深入围岩体内，为确保测钩稳定，可将测钩用锤子敲弯后击入钻孔，用锚固剂固定，不能将测钩焊接在钢拱架

10、上。 五、数据分析和应用 在现场监测过程中，由于监测环境、施工以及监测人员自身的问题，所得数据难免存在偶然误差，需要对数据进行一定处理，才能更科学地体现其规律性。本文采用指数函数,对实测数据进行回归分析(2),通过Excel来实现。现选取部分断面(洞口段Zk0+365和洞身处Zk1+235断面，分别为级围岩和级围岩)数据进行分析： 实测数据列举表 通过分析和对比，得出以下几点： 通过对拱顶和边墙的变形测量，可以较好地实现对隧道施工过程的监测。 用Excel进行数据回归分析，回归曲线与实测值吻合较好，断面稳定时，变形量在0.2mm/d以内，达到规定要求，可以进行二衬施做。 洞内变形量在第一周内增长明显，然后开始出现减缓趋势。 洞内变形量受围岩扰动影响，10天左右时由于下台阶开挖，拱顶和边墙变形均有增大现象，而且，对拱顶的影响比边墙要大。 洞口段的变形明显大于洞身段，稳定时间也较洞身段长，可见，对洞口加强监测是非常有必要的。 六 结语 实践证明，隧道的监控量测可以为风险预报提供有效信息，信息反馈对隧道的优化设计提供科学依据，其所得数据为同类隧道的设计与施