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1、长大浅埋隧道的施工监测1 工程及地质概况某隧道左线长4320 m，右线长4370m，隧道最大埋深307m。隧道进口段为浅埋段，左右线浅埋段共长约900 m，最小埋深为2.5 m。隧道设计采用分离的双洞单向三车道隧道，隧道最大宽度约16.81m，开挖高度约11.75m，隧道衬砌采用复合式衬砌断面。隧道穿越地层主要为古生界寒武系中统徐庄组，张夏组及上统崮山组，长山组和风山组地层，出口处局部为第四系沉积层，岩性相当复杂，变化频繁，从硬质灰岩到软岩体如砂岩，无粘结力的碎石土，节理裂隙发育，地下含水以基岩裂隙水分布最为广泛。因此，无论从自然地理、地质构造、地层岩性、水文地质条件各方面来说，隧道的施工条件
2、都相当恶劣。2 施工与监控方案鉴于隧道断面大、隧道长、地质条件复杂、在施工中采取反馈设计与信息化施工手段进行隧道开挖，将新奥法(NATM)思想融入设计、施工、监理、监测、管理的各个方面，将施工过程中捕获的各种信息及时反馈、分析和处理，以对原设计和施工方法、支护参数进行跟踪监控,遇有不适当之处及时进行修改调整,并总结经验。在隧道开挖与围岩支护等环节中，可能会出现各种不可预见的因素，对施工进度与人员安全造成影响。因此，加强隧道施工全过程的监控量测，实现信息化施工，及时掌握围岩与支护动态，确保隧道施工过程中围岩稳定与支护安全；同时为二次衬砌支护合理时间的选择、验证支护结构型式及支护参数，评价支护结构
3、与施工方法的合理性，并为优化设计参数，调整施工工艺提供最直接、最有效的原始数据至关重要。量测工作是新奥法构筑隧道非常重要的一环，根据施工环境的实际情况选择监测项目，并充分利用监测成果，应用信息化施工技术，乃项目部提高工程质量“ 降低工作成本” 保证安全和工期的重要举措。隧道动态反馈设计与信息化施工工作流程图，如下图1.1 图1.1 隧道动态反馈设计与信息化施工工作流程图3 量测设计3.1隧道监测的内容信息化设计与施工的关键是收集信息，监测技术是信息获得的主要手段。信息的来源主要分2个阶段：一是勘察阶段，通过勘察信息确定初步设计方案和施工方法；二是施工阶段，收集施工期间的地质、施工方法信息，反馈
4、分析，必要时修正初步设计方案和施工方法，达到最优化的设计和施工方案。隧道监测的内容较多,包括地质条件、应力、应变和位移等监测,目前在隧道工程中主要进行监测的隧道内现场观察、拱顶下沉、周边收敛、锚杆拉拔力等,其具有稳定可靠、反映直接、简便经济等优点。在复杂的地质条件下进行隧道工程建设，应该加强多方面的监测，如地表沉降、围岩内部位移、支护结构受力与变形等。3.2 某隧道现场测试方法某隧道切实有效地控制好隧道监测中必测项目，已能满足大部分隧道项目施工的需要。3.2.1 地质及支护状况观察隧道每次爆破后通过肉眼对掌子面围岩进行观察，同时通过地质罗盘量测及锤击等手段描述和记录围岩地质情况，包括围岩的岩性
5、、岩石坚硬程度、风化程度、岩层产状、裂隙发育程度、地质结构面、地下水情况等，从而判断围岩级别是否与设计相符，进行拍照记录和地下水渗水量测量。初期支护施作后对喷层支护状态和锚杆工作状态进行观察，观察喷层是否出现脱落、开裂以及脱落、开裂程度，锚杆工作是否正常等，若发现异常情况及时进行记录和反馈。3.2.2 地表沉降观测本项目隧道进口埋深较浅，开挖时可能引起地层深陷，量测的目的是在于了解以下内容：、地表下沉范围、量值；、地表及地中下沉随工作面推进的规律；、地表及地中下沉稳定的时间。在选定的量测断面区域内，首先设一个通视条件较好、测量方便、牢固的基准点(基准点布置地表沉降影响区以外)，然后在各个断面埋
6、设地表沉降测桩，测桩采用16钢筋制作而成，并用水泥砂浆埋设牢固。每个断面设7个测点，测量断面沿隧道纵向延伸（如图1.2）。地表下沉量测采用水准仪进行量测，测量精度为1mm，标高采用绝对标高或相对标高。对于浅埋隧道地面沉降以及沉降的发展趋势是判断隧道围岩稳定性的一个重要标志。 图1.2 地表沉降观测点布置图3.2.3 周边收敛量测围岩周边各点趋向隧道中心的变形称为“收敛”，所谓围岩周边收敛位移量测主要是指对隧道内壁面两点间连线方向的位移的量测，此项量测称为“收敛”量测。收敛量测是隧道施工监控量测的重要项目，收敛值是最基本的量测数据，是判断围岩动态最主要的量测项目，必须量测准确。隧道工程施工比较强
7、调围岩变形，因为岩体变形是应力性态变化的最直观反映，是隧道开挖时围岩动态、围岩条件、支护效果的综合体现，是在隧道全长进行的重要量测项目。此项目的量测结果可用以判断：周边围岩的稳定性；确定支护时间、推算位移速率、最终位移值、初期支护的妥当与否及衬砌、仰拱的灌注时间等。隧道开挖爆破以后，沿隧道周边拱腰和边墙部位分别埋设测桩，测桩的埋设方法与拱顶下沉测桩埋设方法相同。为了便进行数据分析，周边收敛与拱顶下沉测桩布置在同一断面。若隧道采用台阶分步开挖，需布设1、2、3三条量测基线，其基线在上台阶开挖后布设，主要量测上台阶开挖后围岩及支护的变形；下台阶开挖后需及时在同一断面布设4、5、6基线，主要量测下台
8、阶开挖后围岩及支护变形。隧道周边收敛测点布置如图1.3所示。采用JSS30A型系列数显收敛计进行量测，量测时先用温度计测度环境温度用于钢尺温度变形修正，从收敛计钢尺上读出整读数，从数显计上读出微读数，两者之和即为基线的长度，每次量测值之间的差值即为隧道的周边收敛值。图1.3 拱顶下沉及周边收敛测点布置示意图3.2.3 拱顶下沉量测隧道拱顶内壁的绝对下沉量称为拱顶下沉值，单位时间内拱顶下沉值称为拱顶下沉速度。拱顶下沉量测也属位移量测，对于埋深较浅、固结程度低的地层，水平成层的场合，这项量测比收敛值量测更为重要，其量测数据是判断支护效果，指导施工工序，保证施工质量和安全的最基本的资料隧道开挖后在毛
9、洞拱顶设置带挂钩的预埋件作为拱顶下沉量测测桩(如图所1.3示)，埋设前先用小型机具在待测部位钻孔，然后将测桩放入孔内，用快凝水泥或早强锚固剂固定，在施工易破坏的位置用红色油漆做好标记并在测桩头设保护罩。对于较差的围岩，测桩可在初期支护施作后布置。采用精密水准仪(精度0.1mm)和因瓦水准尺从洞外或洞内基准点转点至量测断面附近(见图1.4)，然后将钢尺垂直悬挂在拱顶挂钩上，通过水准仪前视钢尺读数，通过温度修正后可得钢尺读数，由此可得拱顶对基准点的相对高程，相隔一定时间后用同样的方法可得拱顶的相对高程，则即为该段时间的拱顶沉降值。图1.4 拱顶下沉量测方法示意图4 现场测试结果4.1地质及支护状况
10、观察情况以某隧道左洞为例：左洞洞口为弱风化灰岩，致密结构，条带状构造，条带宽1-3cm，夹灰黑色泥质条带，层间结合一般，裂隙较发育，一般间距0.25-0.4m,裂面较粗糙，不规则，延伸较短，岩体层间干燥，隧道轴线与岩层走向近于正交，与主要裂隙呈小锐角相交，弱风化的薄层岩层与较发育的裂隙交切，易产生层间滑移、拱顶剥落、掉块等岩体局部失稳现象，应注意初期支护时机及层间滑移产生的侧压力。4.2 某隧道左线地表量测数据分析在隧道左线进口浅埋段沿隧道轴线方向布设5个量测断面，隧道右线进口浅埋段沿隧道轴线方向布设7个量测断面。隧道上部测点间距5 m，隧道两侧测点间距5m。 图1.5 ZK153+390断面
11、各测点地表沉降时态曲线 图1.6 ZK153+390断面地表累计沉降曲线根据量测结果可以看出：(1) ZK153+390断面2点地表沉降值较大，为74mm，其余各点地表沉降值均在35mm以内；(2) 地质条件越差，隧道施工引起的地表沉降越大， ZK153+390断面左侧为松散土层，出现小面积的塌方，地质条件比其他部位差，地表沉降也明显其他部位大； (3) 在隧道开挖过程中，上台阶开挖引起的地表沉降最大；（4）从位移-时间曲线图看，围岩变形表现为大速率，暂时稳定，再急剧变形，并逐渐趋于稳定。当开挖掌子面到达ZK153+390附近时，地表沉降出现明显的变化。4.3 某隧道左线拱顶沉降量测数据分析图
12、1.7 ZK153+370拱顶沉降曲线从拱顶下沉时态曲线可看出： (1)某隧道拱顶下沉值在公路隧道施工技术规范(JTJ042-94)允许范围内，该断面拱顶下沉值约13mm，稳定时间约2030天。 (2) 隧道开挖初期拱顶下沉速率较大，当隧道开挖通过一定距离，前方隧道开挖对后方已支护断面影响不大以后，拱顶沉降下沉速率逐步减小并最终趋于稳定。4.3 某隧道左线收敛量测数据分析周边收敛量测结果中负值表示向内收敛，正值表示向外扩张。%图1.8 ZK153+370周边收敛曲线从周边收敛时态曲线可看出：（1）从监测开始到掌子面掘进10m的范围内，位移呈直线增长，此阶段位移量达总量的70%-80%；（2）位
13、移经过初期较快的增长后，速率减小，可见周边收敛受掌子面推进的影响明显变小。同时位移出现波动，说明收敛受施工因素的影响，如喷混凝土、立工字钢、打锚杆等；（3） 但掌子面推进到30m，即大约2倍洞径时，位移基本收敛，不再发生变化，可见该隧道的空间影响大约为2倍洞径。（4）从理论上讲，曲线反映出初期支护在开挖后6天左右进行最理想(急剧变形期之后)，但由隧道围岩完整性较差，断面较大，所以初期支护在隧道开挖后及时进行施作。5 结论1、由于大跨径浅埋隧道围岩应力和变形具有多变的特点，采取量测手段，跟踪掌握围岩应力和变形，及时调整支护参数，是长大隧道施工技术工作的一项重要内容。施工中应当自始至终地坚持“勤量测”的原则，以实现支护结构的合理性隧道施工和监控量测工作要放在首要位置，准确掌握围岩沉降、收敛规律以及支护压力，便于及时调整施工参数。同时也为二次衬砌施作时间提供了准确的信息依据。2、与一般地段相比较，大跨径隧道施工过程中围岩变位受开挖步的影响更大。在进行现场监控量测工作时应密切注意各种监控信息的变化，及时进行分析研究找出其内在原因，并及时反馈给施工与监理单位；以便于及时发现问题和解决问题，以免造成重大安全事故。
