浅议隧道工程的变形监测施工

　　摘要：通过变形监测提供的有效数据可以验证设计方案的正确性，检验施工质量是否满足设计要求，从而达到优化设计、完善施工方法、了解公路隧道安全运行状态和控制变形、为信息化施工提供依据、监控施工过程对周边环境的影响。本文结合福龙路市政工程中的横龙山隧道工程和白石岭隧道工程施工监控进行探讨。
　　关键词：隧道工程，变形监测
　　1、工程概况
　　深圳市福龙路横龙山隧道由南向北，起于香梅立交北，穿过横龙山与南坪立交相连，横龙山隧道为上下行双管六车道隧道，行车道中线间距52.25m，左线隧道长2330m，右线隧道长2275m；最大埋深约180m。在左右线进口和右线出口段分别有南坪立交E、F匝道隧道分别为422.214m、500m，白石岭隧道由南向北，起于南坪立交北，穿过白石岭。白石岭隧道为上下行双管六车道隧道，行车道中线间距52.25m，左线隧道长320m，右线隧道长360m；最大埋深约70m。
　　福龙路横龙山E、F匝道隧道为两车道，左线隧道ZK2+803～ZK3+095.794和右线隧道YK3+029.721～YK3+151.703为三车道逐渐转变为四车道，白石岭隧道YK3+980～YK3+040为三车道逐渐转变为四车道，YK3+940～YK3+980为四车道，其余均为三车道。
　　2、工程特点
　　为了掌握公路隧道施工中围岩稳定程度与支护受力、变形的力学动态或信息，以判断设计、施工的安全与经济，必须将现场监控量测项目列入施工组织计划，并在施工中认真实施。
　　通过对围岩与支护的观察和动态量测，以达到合理安排施工程序、确保施工安全、修改设计参数、进行日常的施工管理和积累资料等目的。
　　3、施工监测方法
　　（1）地质和支护状况观察
　　爆破开挖后，使用地质罗盘、钢尺等，立即进行工程地质与水文地质状况（如岩性、结构面产状）观察和记录。地质变化处和重要地段，以照片记载。
　　初期支护完成后进行喷层表面的观察和记录，并进行裂缝描述。
　　每次爆破后观察确认围岩名称、类别、岩层倾角，走向及变化情况与趋势，对断层、节理、裂隙发育、发展情况、洞内渗水、涌水部位、里程、流量等地质状况进行观察记录。
　　对初期支护和二次衬砌的情况进行观察，对巳施工区段喷砼、锚杆、钢架的状况进行观察，并注意位移，变形发展趋势，以保证施工安全和反馈支护结构是否合理。
　　洞外观察包括对洞口地表情况、地表沉陷及边坡的稳定以及地表水渗透等的观察。
　　观察后填写工作面状态记录表和围岩类别判定卡。
　　(2)洞口地表下沉测量
　　在Ⅱ～Ⅲ类围岩中，当隧道覆盖层厚度小于40m时，有必要进行地表下沉观测。
　　洞口地表的下沉观测，主要是在洞顶地面上布置沉降观测点，定期用精密水准测量方法观测测点相对于基准点的高差以求得测点的高程，将不同时期所测出的高程加以比较，得出下沉情况的资料。
　　(3)沉降观测点及水准基点的布置
　　地表下沉量测的测点宜与净空水平收敛和拱部下沉量测的测点布置在同一横断面上，地表下沉量测断面的纵向间距按下表采用。
　　
　　
　　地表下沉量测断面纵向间距

　　沉降观测点布置在线路中线及两边，宽度宜各取隧道埋设深度的两倍，断面测点间距5～10m，每个隧道至少2个断面，每个断面至少7个测点。对于已施做二衬并基本趋于稳定的洞口，每个洞口做2个断面，每个断面设5个测点。
　　设在地面上的测点，一般用混凝土包圆头螺栓或铁路道钉作标志，圆头朝上，标头露出混凝土表面0.5～1.0cm；设在侧壁上的测点，可用铁路道钉标志埋设在距地面约0.5m高的坚固石墙、砖墙或基础上，安置时使钩头朝上，如图所示。
　　距离便于立尺

　　沉降观测点应尽量多布置，并且统一编号，第一次沉降观测应该全面，随着施工进度的发展，有些沉降观测点会因为各种原因被破坏，从而失去观测价值，因此需要不断对沉降观测点位进行维护，沉降观测点位的选择和保护对沉降观测工作的连续性和正确性至关重要。
　　如观测点在施工过程中遭到破坏，应尽快在原位置处或尽量靠近原测点处补设，以保证观测数据的连续性。
　　为进行沉降观测并保持整个观测期间的高程系统，要在不受沉降影响、离观测范围可能近的稳定地方布设三个水准点作为工作基点，布设在一个圆弧上组成一个边长约100m的等边三角形。观测时，于圆弧的圆心或三角形的中心设置固定测点，由此测站在不重新调焦的条件下，可以经常观测三点间的高差，检查水准点高程有无变动。工作基点要与水准基点经常进行联测以资检核。作为高程依据的水准基点一般设立在离变形区较远的有岩石露头的稳定基岩上。在计算测点沉降值时，要把工作基点的沉降考虑在内。如果条件有利，在变形区附近容易找到岩石露头，则可不另设水准基点，而将工作基点与水准基点统一起来，即只设一级控制。总之，在开工前建立施工控制时就要予以规划，选择适宜的位置将它们布置埋设好。
　　标石、标志埋设后，应达到稳定后方可进行观测，稳定期一般不应少于15天。
　　(4)沉降观测
　　为减少外界条件对观测成果的影响并使观测中的系统误差减到最小，观测时，应遵循下列要求：①采用相同的观测路线和观测方法，在基本相同的环境和条件下进行；②使用固定的人员、仪器和标尺；③固定设站位置。
　　根据沉降观测各次观测路线相同的特点，在拟定第一次水准测量路线时，必须顾及以后重复水准测量是沿同一路线进行，故在基准点观测和观测点观测的水准路线上埋设固定的设站点和立尺点，并作上简易标志，这样既省去每次选点的时间，同时各次的前后视距又相同，有利于提高观测精度。
　　为提高初始值的可靠性，沉降观测首次观测时，观测次数为往返各一次。观测顺序为后、前、前、后。从第二次观测开始，按单程进行观测。
　　每次观测前，均须对水准观测的仪器进行i角检查，水准观测仪器i角不得大于15″。并必须遵守以下规定：①（第一次）观测前要对水准仪、水准尺等仪器设备按照有关测量规程规定进行必要的检验。②开始作业前或改变作业环境时（如温差变化较大），需要将仪器在作业场地架设20分钟后，使仪器与外界气温趋入一致，方可进行观测。观测时，采用测伞遮挡阳光。③在雨天、大风天气或成像剧烈跳动时，应该停止观测。④在连续各测站上安置水准仪的三脚架时，使其中两脚与水准路线的方向平行，而第三脚轮换置于路线方向的左侧和右侧。⑤同一测站上观测时不得两次调焦。⑥每测段的测站数应为偶数。⑦尽量采用相对固定测量作业人员、固定仪器设备、固定测站数的“三固定”办法，从而提高沉降观测的精度和进度。⑧仪器架站和立尺点的位置应该避开有危险的地方，如塔吊附近、脚手架下面等处；避开震动源，如空压机、搅拌机、卷扬机等。⑨每次沉降观测应该详细记录施工进度情况。
　　第一次沉降观测，要在隧道开挖以前进行，以获得变形观测点的原始高程。隧道开挖以后，随着工程逐步开展，即按上述方法周期性进行重复水准测量，以查明每个测点的沉陷。沉陷值等于重复测量的高程减去初次测量的原始高程。
　　(5)监测周期
　　观测周期视监测断面距开挖面的距离和沉陷速度而定。设B为开挖宽度，
　　开挖面距监测断面前后＜2B时，1～2次/天；
　　开挖面距监测断面前后＜5B时，1次/2天；
　　开挖面距监测断面前后＞5B时，1次/周；
　　三个月以后可每隔1～2个月观测一次，直至最后3个观测周期的变形时小于观测精度为止。
　　(6)洞内周边收敛及拱顶下沉测量
　　隧道开挖后，围岩和支护的变形，不仅随围岩类别和开挖宽度而异，而且与施工方法、初期支护、辅助施工措施等密切相关。洞内周边位移和拱部下沉观测是为确定围岩稳定、掌握支护效果而进行的，它贯穿于整个过程的设计阶段，是对设计支护参数的确认（或修正）以及施工方法验证（或改进）的依据。
　　(7)锚杆拉拔试验
　　按10m布置一个监测断面，每个断面至少检测三根锚杆。
　　采用锚索拉力计进行锚杆拉拔试验。
　　对锚索拉力计，在设备运送现场后，为确保运送过程及安装过程设备的正常性，一般情况下应作两次稳定测试。第一次是在设备开箱后进行，其频率读数与厂商给定的初始值相差不大是正常的；第二次是在安装好后测力计未受力的情况下进行，一般连续读数2～3，取平均值作为其零点值（初始值）。
　　安装时在拉力计下端应有承压板，上端也应有承载板。在拉力计安装好并锚杆施工完成后，进行锚杆预应力张拉，这时要记录锚杆拉力计上的初始荷载，同时要根据张拉千斤顶的读数对拉力计的结果进行校核。
　　在安装过程中要随时进行拉力计监测、观测是否有异常出现，如有则立即采取措施。锚索安装时必须从中间开始向周围锚索逐步对称加载，以免偏心受力。
　　4、结语
　　在监测过程中，实时对监测量结果进行整理，并将监测的结果反馈给施工单位、监理工程师和建设方管理人员，以对现场的施工起到动态了解作用。同时使得各有关单位及时了解支护结构和周边建（构）筑物的安全情况，为信息化施工提供数据。除了实时反馈监测数据之外，还将实测资料经过必要的整理之后，以周报和月报的形式提供有关各方。
　　
　　参考文献
　　（1）黄声亨，等。变形监测数据处理【M】。湖北：武汉大学出版社，2003；
　　（2）陈永奇，吴子安，吴中如。变形监测分析与预报。北京：测绘Ⅲ版社，1998；
　　（3）黄声享，尹晖，蒋征。变形监测数据处理【M】。武汉：武汉大学出版社，2003；
　　（4）陈永奇。《变形观测数据处理》，测绘出版社，1998．50—17；
　　（5）林宗元。《岩土工程试验监测手册》，辽宁科学技术出版社。