摘 要：以新建鐵路昆明至河口線玉(溪)-蒙(自)段秀山隧道進(jìn)口正洞泥巖段施工為例，圍巖監(jiān)控量測點的布設(shè)、方法和頻率進(jìn)行探討，以便得到及時、準(zhǔn)確的量測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，對地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道施工方法的可行性、設(shè)計參數(shù)的合理性進(jìn)行評價，以便及時調(diào)整，從而為地質(zhì)條件復(fù)雜隧道的施工安全提供有力保障。

　　關(guān)鍵詞：圍巖監(jiān)控量測,復(fù)雜地質(zhì)條件,拱頂下沉,水平收斂

　　0引言

　　隨著我國鐵路交通的迅速發(fā)展，全國各地先后建成許多了較大規(guī)模的鐵路線路，通過這些鐵路線路的建設(shè)，推動了隧道工程技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了新奧法技術(shù)在我國的運用。特別是復(fù)雜的地質(zhì)條件下，如何保證隧道施工的安全，是每一位建設(shè)者必須優(yōu)先考慮的。而隧道圍巖監(jiān)控量測是新奧法首要內(nèi)容，是確認(rèn)或修改支護(hù)設(shè)計參數(shù)和判別圍巖穩(wěn)定的依據(jù)，是保證隧道施工安全的一項重要措施。監(jiān)控量測工作必不可少，它是保障隧道施工安全的關(guān)鍵因素，也可為評價施工方法的可行性、設(shè)計參數(shù)的合理性以及了解圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和變形特性等提供準(zhǔn)確及時的依據(jù)，對隧道施工安全、質(zhì)量具有決定性意義。

　　因此，圍巖監(jiān)控量測是軟弱圍巖隧道安全施工的“眼睛”，是判斷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、指導(dǎo)軟弱圍巖隧道安全施工“最重要”的信息化手段。不進(jìn)行監(jiān)控量測，將無法保證軟弱圍巖的安全施工。很多隧道的變形與坍方是因為沒有進(jìn)行量測、或沒有使用量測成果而造成的，教訓(xùn)深刻。

　　1、工程概況

　　秀山隧道全長10.302Km，秀山隧道正洞起訖里程為DK27+060～DK37+362，隧道于線路左側(cè)、與正線間距30m設(shè)置貫通平導(dǎo)，平導(dǎo)起訖里程為PDK27+054～PDK37+354，全長10.300Km。秀山隧道是全線的控制性工程，被鐵道部評為國家I級風(fēng)險隧道。該隧道地質(zhì)情況十分復(fù)雜，褶皺與斷層均比較發(fā)育，巖體受構(gòu)造影響極其嚴(yán)重，巖體破碎，風(fēng)化強(qiáng)烈，主要以IV、V級圍巖為主，自穩(wěn)較差。秀山隧道進(jìn)口穿越三個大斷層，關(guān)營斷層、通海斷層、泥者斷層，斷層受構(gòu)造影響圍巖破碎，完整性差，且地下水豐富，主要為巖溶裂隙水和基巖裂隙水，最大日涌水量為23.5萬m3。全隧為單面坡，最大坡度為20.4‰，進(jìn)口反坡排水，有軌運輸重車上坡施工，隧道最大埋深467米。

　　2、工程地質(zhì)

　　根據(jù)勘測資料，秀山隧道地層巖性復(fù)雜，各種地質(zhì)構(gòu)造(斷層、活動斷層、褶皺及節(jié)理裂隙等)發(fā)育，巖體被強(qiáng)烈擠壓破碎，施工期間可能會發(fā)生(活動)斷層破碎帶及影響帶和(傾角平緩)破碎巖層(較)大規(guī)模坍方冒頂與大變形，可溶巖地段較大規(guī)模(高壓)涌(突)水突泥(砂、石)，局部地段夾煤線而引起瓦斯聚集等重大隧道工程地質(zhì)問題，此外，還將可能存在微弱～中等強(qiáng)度巖爆、膨脹巖，放射性等地質(zhì)問題。特別是正洞DK29+350～DK31+520(合計2170米)穿越侏羅系中統(tǒng)張河組(J2Z)砂巖、泥巖夾泥灰?guī)r地層，其中泥巖呈紫紅、褐灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中層狀，質(zhì)軟，易風(fēng)化，屬中等膨脹性泥巖。

　　根據(jù)勘測資料顯示，全秀山隧道處于非全新活動斷層、褶皺等構(gòu)造發(fā)育，受其影響巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，斷層破碎帶、褶皺軸部、可溶巖地層及可溶巖與非可溶巖接觸部位，圍巖自穩(wěn)性差，巖溶水及構(gòu)造裂隙水發(fā)育，易受巖溶、突水、突泥、坍塌等危害。秀山隧道施工可能會遇到可溶巖地段大規(guī)模涌(突)水和突泥、中等膨脹巖大變形、硬巖巖爆、斷層破碎帶、放射性、局部地段夾煤線而引起瓦斯聚集等重大工程地質(zhì)問題。

　　基于秀山隧道地質(zhì)條件的復(fù)雜性，為了保證隧道的施工安全，圍巖監(jiān)控量測工作顯的更為重要。通過隧道圍巖監(jiān)控量測，為判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠的依據(jù);利用量測信息的反饋，修改設(shè)計、指導(dǎo)施工;根據(jù)量測結(jié)果，提供圍巖收斂趨勢情況，判斷圍巖的穩(wěn)定性與安全性，提供施工建議，以便采取措施防患于未然;根據(jù)變位速度判斷隧道圍巖穩(wěn)定程度，并為二次襯砌提供合理的支護(hù)時機(jī)，從而確保工程質(zhì)量與施工安全。

　　3、現(xiàn)場監(jiān)控量測

　　因此，在秀山隧道施工中，監(jiān)控量測工作必不可少，必須按照《鐵路隧道施工規(guī)范》TB10204-2002和《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》(TB10121-2007)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行地質(zhì)素描、隧道周邊位移收斂和拱頂下沉等必測項目以及其它一些選測項目的量測工作。

　　3.1現(xiàn)場監(jiān)控量測的目的是：

　　(1)通過監(jiān)控量測了解各施工階段地層與支護(hù)結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，把握施工過程中結(jié)構(gòu)所處的安全狀態(tài)，判斷圍巖的穩(wěn)定性、支護(hù)、襯砌的可靠性;(確保施工安全及結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性)

　　(2)用現(xiàn)場實測的結(jié)果彌補(bǔ)理論分析過程中存在的不足，并把監(jiān)測結(jié)果反饋設(shè)計，指導(dǎo)施工，為修改施工方法，調(diào)整圍巖級別、變更支護(hù)設(shè)計參數(shù)提供依據(jù);(驗證支護(hù)結(jié)構(gòu)效果，確認(rèn)支護(hù)參數(shù)和施工方法的準(zhǔn)確性或為支護(hù)參數(shù)和施工方法提供依據(jù))

　　(3)通過監(jiān)控量測對施工中可能出現(xiàn)的事故和險情進(jìn)行預(yù)報，以便及時采取措施，防患于未然;

　　(4)通過監(jiān)控量測，判斷初期支護(hù)穩(wěn)定性，確定二次襯砌合理的施作時間;(確定二襯砌施做時間)

　　(5)對工程施工可能產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行全面的監(jiān)控。(監(jiān)控工程對周圍環(huán)境影響)

　　(6)通過監(jiān)控量測了解該工程條件下所表現(xiàn)、反映出來的一些地下工程規(guī)律和特點，為今后類似工程或該施工方法本身的發(fā)展提供借鑒，依據(jù)和指導(dǎo)作用。 (積累量測數(shù)據(jù)，為信息化設(shè)計與施工提供依據(jù))

　　3.2 監(jiān)控量測的內(nèi)容

　　根據(jù)有關(guān)規(guī)范的要求，監(jiān)控量測項目可分為兩類:必測項目和選測項目。必測項目為日常施工管理必須測的量測，其中包括地質(zhì)和支護(hù)狀態(tài)的觀測、周邊位移、拱頂下沉、地表沉降量測;選測項目是為了在未開挖地段的設(shè)計及施工提供數(shù)據(jù)而進(jìn)行的量測項目，其中包括圍巖壓力和兩層支護(hù)間壓力、剛支撐內(nèi)力及外力、支護(hù)、襯砌內(nèi)應(yīng)力及表面應(yīng)力、錨桿內(nèi)力等。

　　4監(jiān)控量測的技術(shù)要求

　　4.1量測儀器

　　量測儀器配備：數(shù)碼相機(jī)、羅盤儀、收斂儀、水準(zhǔn)儀、全站儀、塔尺、鋼尺等。

　　輔助工具：爬梯、手電筒及其它輔助工具。

　　4.2 量測項目

　　根據(jù)《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》(TB10121-2007)和設(shè)計要求，結(jié)合本標(biāo)段隧道具體情況，確定量測項目見表3。《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》中選測項目原則上不進(jìn)行，在施工過程中設(shè)計有特殊要求時再進(jìn)行。

　　4.3控量測斷面及測點布置原則

　　(1)淺埋隧道地表沉降測點應(yīng)在隧道開挖前布設(shè)。地表沉降測點和隧道內(nèi)測點應(yīng)布置同一斷面里程。地表沉降測點縱向間距應(yīng)符合表4的要求。

　　注：H0為隧道埋深，B為隧道開挖寬度。

　　地表沉降測點橫向間距為2～5m。在隧道中線附近測點應(yīng)適當(dāng)加密，隧道中線兩側(cè)量測范圍不應(yīng)小于H0+B，地表有控制性建(構(gòu))筑物時，量測范圍應(yīng)適當(dāng)加寬。其測點布置如圖1所示。

　　(2)凈空變化量測測線數(shù)，可參照表5、圖2布置。

　　(3)拱頂下沉測點和凈空變化測點應(yīng)布置在同一斷面上，測點布置時應(yīng)避開鋼架和脫空回填處，將測點布置在兩榀鋼架之間。監(jiān)控量測斷面按表6要求布置。

　　注：Ⅱ級圍巖視具體情況確定間距。

　　拱頂下沉測點原則上設(shè)置在拱頂軸線附近。當(dāng)隧道跨度較大時，應(yīng)結(jié)合具體的施工方法在拱部增設(shè)測點，具體布置見圖2。

　　(4)不同斷面的測點應(yīng)布置在相同部位，測點應(yīng)盡量對稱布置，以便數(shù)據(jù)的相互驗證。

　　(5)地質(zhì)條件差、開挖斷面大和施工工序復(fù)雜的隧道，監(jiān)控量測量布點應(yīng)適當(dāng)加密，增設(shè)量測斷面;有選測項目量測斷面應(yīng)在相應(yīng)段落優(yōu)先設(shè)置，并及時開展量測工作。

　　4.4監(jiān)控量測頻率

　　監(jiān)控量測的頻率應(yīng)根據(jù)測點距開挖面的距離及位移速度分別按表7和表8確定。由位移速度決定的監(jiān)控量測頻率和由距開挖面的距離決定的監(jiān)控量測頻率之中，原則上采用較高的頻率值。當(dāng)出現(xiàn)異常情況或不良地質(zhì)時，應(yīng)增大監(jiān)控量測頻率。在塑性流變巖體中，位移長期(開挖后兩個月以上)不能變化時，量測要繼續(xù)到每月為1mm為止。

　　拱頂沉降和水平收斂是判斷隧道穩(wěn)定性的一個重要指標(biāo)，在秀山隧道施工監(jiān)測中，根據(jù)設(shè)計要求布點施測，

　　縱向間距如表9所列：

　　4.5監(jiān)控量測位移管理和安全評價

　　根據(jù)監(jiān)控量測分析結(jié)果，按下表位移控制基準(zhǔn)，分三個管理等級，對工程安全性進(jìn)行評價，并采取相應(yīng)應(yīng)對措施。

　　注： Un 為實測位移值，U0允許變形值，參照設(shè)計允許變形量。

　　監(jiān)控量測資料是竣工文件不可缺少的部分，納入竣工文件管理程序中，分部應(yīng)設(shè)專人負(fù)責(zé)監(jiān)控量測資料的收集、整理、簽認(rèn)、歸檔和移交。分部監(jiān)控量測資料由量測原始記錄本、統(tǒng)計表、分析資料和上報資料四部分組成，不得隨意記錄。各種資料要保存完好，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確統(tǒng)一，簽字齊全。當(dāng)日量測結(jié)果及時進(jìn)行統(tǒng)計和分析，并將量測信息及時反饋和上報。

　　管理程序根據(jù)位移管理等級分三級進(jìn)行。當(dāng)監(jiān)控量測位移管理達(dá)到Ⅲ級時，監(jiān)控量測組長上報技術(shù)主管、總工程師、現(xiàn)場監(jiān)理工程師和指揮部;當(dāng)達(dá)到Ⅱ級時，上報工程部長、總工程師和現(xiàn)場施工負(fù)責(zé)人，同時總工程師根據(jù)綜合情況上報設(shè)計單位、業(yè)主單位、監(jiān)理單位和指揮部，采取相應(yīng)工程措施;當(dāng)達(dá)到Ⅰ級時，立即暫停施工，及時上報指揮部和各方，請業(yè)主單位召集各方分析原因，研究工程對策。將位移管理等級根據(jù)每個隧道情況進(jìn)行量化指標(biāo)，以便于現(xiàn)場監(jiān)控量測人員操作和匯報。根據(jù)工程安全性評價的結(jié)果，需要變更設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)有關(guān)鐵路工程變更管理辦法通知建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理及施工單位四方及明進(jìn)行設(shè)計變更。

　　5監(jiān)測分析及信息反饋

　　秀山隧道圍巖破碎、完整性差、強(qiáng)度低，加上該段有水。特別是在通過通海斷層時，由于斷層受構(gòu)造影響，圍巖為中等膨脹泥巖，當(dāng)通過正洞DK29+530～DK29+580后，該段前后圍巖變形大，施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)該段上、下斷面接頭處初支開裂、掉塊較嚴(yán)重,局部拱頂也出現(xiàn)開裂、掉塊現(xiàn)象。從量測數(shù)據(jù)看，拱頂下沉曲線波動較大，圍巖變形速率較大，圍巖不穩(wěn)定，洞內(nèi)開挖爆破加劇了變形。

　　5.1隧道水平收斂及拱頂下沉的異常情況

　　水平收斂大于拱頂沉降值值，主要以邊墻變形為主。現(xiàn)選擇具有代表性的正洞DK28+215斷面點繪制典型時態(tài)變形曲線如圖3所示。

　　從圖3可以看出，自施做完仰拱以后， DK29+550斷面的變形量達(dá)到最大，拱頂下沉量在15天內(nèi)的平均變形速率都在4.5mm左右，此后的變形速率雖然有所減緩，但是還是有一定的波動，在25天后基本處于穩(wěn)定。

　　圖4為DK29+550的水平位移速率圖從變形的情況來看相對拱頂變形要好，從變形速率來看，剛開始開挖時，日變形量都較大，14天內(nèi)的變形波動較大，此后較為穩(wěn)定，后期變形較有規(guī)律。

　　發(fā)現(xiàn)該段量測數(shù)據(jù)異常后，為了保證隧道的施工安全和質(zhì)量，我項目立即停止掌子面開挖，先對該段A、B單元接頭處，B、C單元接頭處設(shè)置Φ150mm鋼管對撐進(jìn)行加固，確保施工安全后;一榀一拼將侵限單元的格柵拱架拆除;在此期間，加大對該段的量測頻率，確保施工安全，待變形穩(wěn)定后，盡快施做二襯。

　　通過現(xiàn)場圍巖監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)分析，可預(yù)測預(yù)報圍巖變化,優(yōu)化設(shè)計和指導(dǎo)施工，是能夠避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失或安全事故的，圍巖監(jiān)控量測是保證秀山隧道施工安全的有效措施。

　　5.2異常現(xiàn)象成因簡要分析

　　5.2.1環(huán)境因素

　　秀山隧道該段處在通海斷層內(nèi)，地質(zhì)屬于中等膨脹泥巖，圍巖破碎、松散、夾泥、遇水既化，強(qiáng)度低，且塊度小，無粘結(jié)力，圍巖自穩(wěn)性差，且富水，施工易出現(xiàn)大變形，甚至坍塌等地質(zhì)災(zāi)害。

　　5.2.2施工因素

　　正洞本段設(shè)計為格柵鋼架，上下斷面接口處(B、C單元間)在地質(zhì)作用下，拱架出現(xiàn)90度得向內(nèi)彎曲，拱頂格柵鋼架主筋被扭曲，上下斷面錨桿與拱架連接不牢固，導(dǎo)致錨桿與鋼架之間的焊接被拉開。特別是當(dāng)仰拱施做完成后，相當(dāng)于在邊墻底部設(shè)置了永久橫撐，致使上下斷面接口處的變形達(dá)到了最大值;再加上由于施工人員水平的原因，在隧道開挖時，隧道內(nèi)有水，形成隧道超挖現(xiàn)象嚴(yán)重，周邊空洞較大，在初期支護(hù)時沒有及時填充噴射混凝土或填充不實，所以周邊圍巖出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象。

　　鑒于上述原因，隧道圍巖內(nèi)應(yīng)力重新分布時，將變的更加激烈，致使初期支護(hù)出現(xiàn)變形突出現(xiàn)象。另外初期支護(hù)鋼拱架設(shè)計不合理及支護(hù)質(zhì)量差也是主要影響因素:主要有鋼拱架圓弧不合理、支護(hù)時鋼拱架不垂直、仰拱施作不規(guī)范等。以上原因，在圍巖應(yīng)力重新分布時，鋼拱架不能正常發(fā)揮作用，致使拱架變形較大。

　　6結(jié)論

　　若單純從指導(dǎo)施工的角度看，水平收斂和拱頂下沉量測具有直觀、快捷、及時、反應(yīng)靈敏等特點，為量測重點。但是，值的注意的是，收斂或拱頂測點和測線的布設(shè)一定要及時，并盡快取得第一組量測數(shù)據(jù)，以便后期量測結(jié)果的比較和對照。

　　對于工程地質(zhì)條較為復(fù)雜的隧道，應(yīng)嚴(yán)格遵循 “少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”，的施工原則。必須將圍巖監(jiān)控量測納入工序管理，量測分析的結(jié)果必須在施工中認(rèn)真組織實施。在容易出現(xiàn)險情的地段要加大監(jiān)控量測的頻率和力度，以便與掌握準(zhǔn)確的圍巖變化信息，及時指導(dǎo)隧道施工和優(yōu)化設(shè)計，從而保證來隧道施工的安全。監(jiān)控量測工作是一項復(fù)雜、實踐性強(qiáng)的工作，在實際過程中尚需不斷積累經(jīng)驗、進(jìn)行總結(jié)，對隧道監(jiān)控量測及數(shù)據(jù)的整理分析及應(yīng)用應(yīng)該做好一下幾點：

　　(1)負(fù)責(zé)量測的責(zé)任人要有較強(qiáng)的責(zé)任心，細(xì)心的工作態(tài)度，確保采集量測數(shù)據(jù)真實可靠、準(zhǔn)確、及時。

　　(2)布點應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際，地質(zhì)條件差、開挖斷面大和施工工序復(fù)雜的隧道，監(jiān)控量測布點應(yīng)適當(dāng)加密，增設(shè)量測斷面。

　　(3)現(xiàn)場布點一定要及時，不同斷面的測點應(yīng)布置在相同部位，測點應(yīng)盡量對稱布置，以便數(shù)據(jù)的相互驗證，以便于做好監(jiān)控量測樁點布置、頻率、數(shù)據(jù)采集方面的工作。

　　(4)將監(jiān)控量測納入工序管理，量測數(shù)據(jù)采集后，及時進(jìn)行回歸分析，并上報分析結(jié)果，便于采取有力措施，使量測數(shù)據(jù)、量測信息能夠及時反饋，指導(dǎo)設(shè)計、施工和修改支護(hù)參數(shù);

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》(TB10121-2007)

　　[2]新建鐵路昆明至河口線玉溪至蒙自段秀山隧道施工圖紙(第二冊)1～6

　　[3]太舊高速公路北茹隧道圍巖變形監(jiān)測[J]。巖石力學(xué)與工程學(xué)報,1998,17(2):148-152.

　　[4]《監(jiān)控量測在地鐵施工工程中的應(yīng)用》孫偉、謝飛鴻，河南建材，2007,6,53—55

　　[5]《北京地鐵光華路站風(fēng)道暗挖工程監(jiān)控量測技術(shù)》李永寬、崔江余。探礦工程2005;3(9)57-60

　　[6]《精密工程測量規(guī)范》(GB/T 15314-94);

　　[7]《京滬高速鐵路精密工程控制測量及線下工程變形監(jiān)測可行性研究》;

　　[8]劉志剛,趙勇.隧道隧洞施工地質(zhì)技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社,2001

　　[9]《隧道施工掌子面前方地質(zhì)預(yù)報應(yīng)遵循的原則探討》，鐘世航，中國鐵道學(xué)會.成都：西南交通大學(xué)出版社.2006.

　　[10]《地鐵車站樁基托換施工及監(jiān)控量測技術(shù)》王明波，河北交通科技，2006;8(6);1-5.

　　[11]《鐵路隧道施工規(guī)范》TB10204-2002.