摘要：本文結(jié)合大連市地鐵一期工程姚家～南關(guān)嶺站區(qū)間隧道施工實(shí)際，詳實(shí)地?cái)⑹隽怂淼辣O(jiān)控量測(cè)的目的、任務(wù)、量測(cè)項(xiàng)目的分類、量測(cè)的主要內(nèi)容和方法等技術(shù)，在施工中積累了許多寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可為類似工程的施工提供一定的借鑒作用。

　　關(guān)鍵詞：隧道,監(jiān)控,量測(cè),技術(shù)

　　前言

　　隧道工程通過(guò)地區(qū)內(nèi)地形地質(zhì)復(fù)雜，主要地質(zhì)問(wèn)題有；突水、突泥現(xiàn)象；巖溶水文地質(zhì)；煤層及采空區(qū)，特殊性巖土，巖石風(fēng)化破碎、撒落等。為確保施工過(guò)程的安全，將可能發(fā)生的事故防范與未然，切實(shí)做好施工過(guò)程監(jiān)控量測(cè)工作是必不可少的。

　　1、監(jiān)控量測(cè)的目的

　　監(jiān)控量測(cè)是施工過(guò)程中檢驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)，評(píng)價(jià)地面穩(wěn)定性與施工方法的重要依據(jù)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。監(jiān)控量測(cè)貫穿于施工全過(guò)程，及用人工觀察和各種儀器測(cè)試圍巖、地面的變化，支護(hù)的外觀與力學(xué)變化，并將實(shí)測(cè)資料和數(shù)據(jù)加工處理成為一定的信息，及時(shí)反饋到設(shè)計(jì)和施工中，用以評(píng)價(jià)圍巖的穩(wěn)定程度和支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠度，以便調(diào)整施工方法和支護(hù)參數(shù)，必要時(shí)還應(yīng)采取相應(yīng)的輔助方法，以確保施工的絕對(duì)安全和工程經(jīng)濟(jì)合理。

　　2、監(jiān)控量測(cè)的任務(wù)

　　制定合理可行的監(jiān)控量測(cè)方案，為隧道安全、優(yōu)化施工提供依據(jù)，指導(dǎo)施工生產(chǎn)。

　　3、量測(cè)項(xiàng)目分類

　　量測(cè)項(xiàng)目分為必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目。

　　（1）必測(cè)項(xiàng)目

　　必測(cè)項(xiàng)目有：洞內(nèi)狀態(tài)觀察；拱頂下沉量測(cè)；凈空變形量測(cè)。此三項(xiàng)對(duì)各級(jí)圍巖均屬必測(cè)項(xiàng)目；對(duì)于淺埋隧道，地表下沉量測(cè)也是必測(cè)項(xiàng)目。見(jiàn)表1

　　表1必測(cè)項(xiàng)目

　　序號(hào)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目測(cè)試方法和儀表測(cè)試精度備注

　　1洞內(nèi)狀態(tài)觀察現(xiàn)場(chǎng)觀察、地質(zhì)羅盤(pán)

　　2凈空變化收斂計(jì)0.1mm一般進(jìn)行水平收斂

　　3拱頂下沉水準(zhǔn)儀、鋼尺1mm

　　4地表下沉水準(zhǔn)儀、塔尺1mm淺埋隧道必測(cè)

　　注：淺埋隧道（H0≤2b），H0—隧道的埋深，b—隧道寬度

　　（2）選測(cè)項(xiàng)目

　　選測(cè)項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模、地質(zhì)條件、隧道埋深、開(kāi)挖方法及其他特殊要求，有選擇地進(jìn)行。項(xiàng)目見(jiàn)表2。

　　表2選測(cè)項(xiàng)目

　　序號(hào)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目測(cè)試方法和儀表測(cè)試精度備注

　　1隧底隆起水準(zhǔn)儀、塔尺1mm

　　2圍巖內(nèi)部位移位移計(jì)0.1mm

　　3圍巖壓力壓力盒0.001Mpa

　　4二襯接觸壓力壓力盒0.001Mpa

　　5鋼架受力鋼筋計(jì)0.1Mpa

　　6噴混凝土受力混凝土應(yīng)變計(jì)10με

　　7錨桿體應(yīng)力鋼筋計(jì)0.1Mpa

　　8二襯內(nèi)應(yīng)力混凝土應(yīng)變計(jì)10με

　　9爆破振動(dòng)觀察爆破振動(dòng)記錄儀臨近建筑物

　　4、量測(cè)的主要內(nèi)容和方法

　　（1）洞內(nèi)狀態(tài)觀察

　　此項(xiàng)工作主要是以肉眼對(duì)開(kāi)挖地段和支護(hù)地段進(jìn)行觀察，并作好記錄，依此來(lái)直接判斷圍巖的級(jí)別、隧道的穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理性。

　　①未支護(hù)地段的觀察內(nèi)容

　　A、圍巖級(jí)別及分布狀態(tài)，節(jié)理、裂隙發(fā)育程度和方向性，裂隙內(nèi)充填物的性質(zhì)和狀態(tài)等。

　　B、工作面的穩(wěn)定狀態(tài)，頂部有無(wú)剝落現(xiàn)象等。

　　C、是否有涌水，水量大小、位置和壓力等。

　　②已支護(hù)地段的觀察內(nèi)容

　　A、有無(wú)錨桿被拉斷、或墊板陷入圍巖內(nèi)部的現(xiàn)象。

　　B、噴射混凝土是否產(chǎn)生裂縫或剝離；鋼拱架有無(wú)被壓屈的現(xiàn)象；隧道底部是否有底鼓現(xiàn)象。

　　C、錨桿注漿質(zhì)量、噴射混凝土施工質(zhì)量是否達(dá)到規(guī)定要求。

　　洞內(nèi)狀態(tài)觀察是直接判斷圍巖級(jí)別、隧道的穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理性的重要手段。已施工地段的觀察至少每天應(yīng)進(jìn)行一次，觀察中，如果發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，要詳細(xì)記錄其時(shí)間、地點(diǎn)，并采取相應(yīng)的措施，確保施工安全。

　　（2）拱頂下沉量測(cè)

　　拱頂下沉量測(cè)是測(cè)出拱頂?shù)慕^對(duì)下沉量。

　　由已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)，使用精密水準(zhǔn)儀，就可觀察出拱頂點(diǎn)的下沉量隨時(shí)間的變化情況。地表下沉和隧道底鼓也是用此法觀察。

　　①測(cè)量?jī)x器和測(cè)點(diǎn)布置

　　拱頂下沉量測(cè)一般用水準(zhǔn)測(cè)量的方法，觀察儀器要用精密水準(zhǔn)儀；又因拱部一般較高，常常用鋼尺代替塔尺。

　　一般是在隧道開(kāi)挖后的洞內(nèi)拱頂布點(diǎn)，原則上測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在拱頂?shù)闹行狞c(diǎn)，如果因風(fēng)管妨礙測(cè)量工作時(shí)，也可將測(cè)點(diǎn)設(shè)于拱頂中心點(diǎn)之外。

　　在現(xiàn)場(chǎng)，測(cè)點(diǎn)一般是埋設(shè)廢、短鋼筋頭。

　　②測(cè)點(diǎn)的間距

　　拱頂下沉量測(cè)與凈空變形量測(cè)原則上設(shè)置在同一斷面進(jìn)行；其量測(cè)的間距一般為：Ⅱ級(jí)圍巖150m，Ⅲ級(jí)圍巖100m，Ⅳ級(jí)圍巖50m，Ⅴ--Ⅵ級(jí)圍巖20m；洞口附近及施工初期的測(cè)點(diǎn)間距應(yīng)適當(dāng)縮短，一般為10—20m。

　　③量測(cè)頻率

　　量測(cè)頻率：越“新鮮”的點(diǎn)，量測(cè)頻率應(yīng)越大。見(jiàn)表3。

　　表3拱頂下沉與凈空變形量測(cè)頻率

　　開(kāi)挖后天數(shù)（d）距開(kāi)挖面距離（m）量測(cè)頻率（次/d）

　　0--5（0—1）D2次/d

　　6--15（1—3）D1次/d

　　16--30（3—5）D1次/2d

　　31d以后＞5D1次/7d

　　④數(shù)據(jù)整理

　　根據(jù)量測(cè)資料應(yīng)繪制出下列曲線：下沉量隨時(shí)間變化的曲線；下沉速度隨時(shí)間變化的曲線；下沉量與開(kāi)挖面之間距離關(guān)系的曲線。

　　（3）凈空變形量測(cè)

　　凈空變形量測(cè)：測(cè)出隧道周邊相對(duì)方向兩個(gè)固定點(diǎn)連線上的相對(duì)位移值；它是判斷圍巖動(dòng)態(tài)最直觀和最重要的量測(cè)信息。

　　①測(cè)量?jī)x器

　　凈空變形一般采用收斂計(jì)進(jìn)行量測(cè)；目前國(guó)內(nèi)使用的收斂計(jì)種類很多，但應(yīng)用最廣泛的是彈簧式的，以前是讀數(shù)的，現(xiàn)在已有數(shù)顯的。

　　②量測(cè)方法

　　用收斂計(jì)測(cè)凈空變形的原理是：采用一根在彈簧作用下被拉緊的鋼尺，通過(guò)百分表讀出隧道周邊兩測(cè)點(diǎn)間的距離，從而計(jì)算出兩測(cè)點(diǎn)連線方向上的相對(duì)位移值。

　　具體方法如下：

　　A、先在隧道周邊圍巖表面鑿兩個(gè)孔，在孔內(nèi)填塞水泥砂漿后插入測(cè)桿作為今后量測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)，設(shè)置時(shí)盡量使兩測(cè)桿軸線在連線方向上。

　　B、將收斂計(jì)架和鋼尺一端分別用銷子連接到兩測(cè)桿端頭上，安裝好收斂計(jì)。

　　C、搖動(dòng)手柄至合適刻度測(cè)，重復(fù)測(cè)試3次，取其平均值作為初始觀察值R0。

　　段時(shí)間內(nèi)的收斂值為：Ut=Rt－R0。

　　③測(cè)線布置

　　凈空變形量測(cè)的測(cè)線布置原則是：圍巖越好，測(cè)線越少；圍巖越差，測(cè)線越多；一般視圍巖條件可選1條、2條、或3條，最多選6條測(cè)線。

　　拱頂下沉量測(cè)的測(cè)點(diǎn)，一般可與凈空變形量測(cè)測(cè)點(diǎn)共用，這樣既節(jié)省了安設(shè)工作量，更重要的是使測(cè)點(diǎn)統(tǒng)一，測(cè)試結(jié)果可以互相校驗(yàn)。

　　④數(shù)據(jù)整理

　　根據(jù)量測(cè)資料應(yīng)繪制出下列曲線：位移量隨時(shí)間變化的曲線；位移速度隨時(shí)間變化的曲線；位移量與開(kāi)挖面之間距離關(guān)系的曲線

　　⑤量測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)

　　A、凈空變形、拱頂下沉量測(cè)應(yīng)在每次開(kāi)挖后12h內(nèi)取得初讀數(shù)，最遲不得大于24h，且在下一循環(huán)開(kāi)挖前必須完成。

　　B、凈空變化速度持續(xù)大于1.0mm/d時(shí)，說(shuō)明圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)；凈空變化速度小于0.2mm/d時(shí)，說(shuō)明圍巖達(dá)到基本穩(wěn)定。

　　C、等圍巖達(dá)到基本穩(wěn)定后，再以1次/7d的量測(cè)頻率測(cè)2—3周后，可結(jié)束量測(cè)。

　　D、對(duì)于膨脹性、流變性圍巖，位移長(zhǎng)期沒(méi)有減緩趨勢(shì)，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)量測(cè)時(shí)間，直到位移速率小于0.5mm/d時(shí)，方可結(jié)束量測(cè)。

　　（4）地表下沉量測(cè)

　　淺埋隧道或隧道的淺埋段，多為土質(zhì)或軟弱圍巖，一般將會(huì)產(chǎn)生較大的地表下沉；為了評(píng)判隧道的圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)效果，地表下沉量測(cè)尤為重要，是必不可少的必測(cè)項(xiàng)目。

　　特別對(duì)于城市地區(qū)隧道，地表下沉量測(cè)為主要項(xiàng)目。

　　地表下沉量測(cè)方法與拱頂下沉量測(cè)的方法一樣，均是水準(zhǔn)測(cè)量的方法。

　　（5）圍巖內(nèi)部位移

　　圍巖內(nèi)部各點(diǎn)的圍巖同隧道周邊位移一樣，也是圍巖動(dòng)態(tài)的表現(xiàn)；它不僅反映了圍巖內(nèi)部的松弛程度，而且更能反映圍巖松弛范圍的大小，這也是判斷圍巖穩(wěn)定性的一個(gè)重要參考指標(biāo)。

　　圍巖內(nèi)部位移屬于選測(cè)項(xiàng)目，所用儀器：位移計(jì)，位移的單位為長(zhǎng)度單位，其量測(cè)精度為0.1mm。

　　在實(shí)際量測(cè)工作中，先是向圍巖鉆孔，然后用位移計(jì)量測(cè)鉆孔內(nèi)、即圍巖內(nèi)部各點(diǎn)相對(duì)于孔口一點(diǎn)的相對(duì)位移。

　　（6）錨桿桿體受力、鋼拱架受力

　　錨桿、鋼拱架的工作狀態(tài)好壞主要以其受力后的應(yīng)力—應(yīng)變來(lái)反映。

　　錨桿桿體受力、鋼拱架受力都屬于選測(cè)項(xiàng)目，所用儀器：鋼筋計(jì)，應(yīng)力的單位為Mpa，其量測(cè)精度為0.1Mpa。

　　實(shí)際量測(cè)工作中，是采用與設(shè)計(jì)錨桿、鋼拱架強(qiáng)度相等，且剛度基本相等的各式鋼筋計(jì)來(lái)觀察錨桿的應(yīng)力—應(yīng)變。

　　（7）圍巖壓力量測(cè)

　　噴射混凝土或模筑混凝土與圍巖之間的接觸應(yīng)力大小，既反映了支護(hù)的工作狀態(tài)，又反映了圍巖施加于支護(hù)的壓力情況，因此圍巖壓力量測(cè)就成為必要。

　　圍巖壓力量測(cè)屬于選測(cè)項(xiàng)目，按其獲得壓力的方法可分為直接量測(cè)法和間接量測(cè)法。

　　①直接量測(cè)法

　　直接量測(cè)法：是指采用各種壓力盒量測(cè)作用在襯砌或支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力方法；該方法主要是利用各種土壓力盒，將其置于襯砌與圍巖之間，使二者之間的壓力由壓力盒上直接讀出來(lái)。

　　量測(cè)儀器：壓力盒，壓力的單位為Mpa，其量測(cè)精度為0.001Mpa。

　　壓力盒其實(shí)就是一種土壓力傳感器，它的形式有電阻式、電容式、電壓式和振弦式等；其中振弦式壓力盒是電測(cè)壓力盒中最普遍的一種。

　　②間接量測(cè)法

　　間接量測(cè)法：通過(guò)對(duì)襯砌或支護(hù)及圍巖的應(yīng)力或應(yīng)變的量測(cè)來(lái)推算圍巖壓力的方法。

　　③內(nèi)部埋設(shè)法：這種方法是襯砌或支護(hù)施工時(shí)，先將測(cè)量應(yīng)變的元件埋設(shè)在支護(hù)與圍巖之間，以測(cè)出支護(hù)的內(nèi)外表面的應(yīng)變變化，進(jìn)而反推出圍巖壓力。

　　所用儀器：應(yīng)變計(jì)、應(yīng)力計(jì)。

　　④電測(cè)錨桿法：電測(cè)錨桿是一種特制的空心錨桿、并在其內(nèi)部貼有應(yīng)變?cè)�件；在隧道施工中，可將其錨固在圍巖中，這樣電測(cè)錨桿就會(huì)隨著圍巖的變形而變形，這種變形通過(guò)應(yīng)變?cè)�件測(cè)出，依此來(lái)推算圍巖壓力。

　　隨著全站儀的發(fā)展，現(xiàn)代隧道量測(cè)技術(shù)也在更新，因?yàn)槿�站儀可以測(cè)出空間一點(diǎn)三維坐標(biāo)，不用鋼尺和塔尺，所以又稱無(wú)尺量測(cè)。

　　5、工程實(shí)例

　　大連市地鐵一期工程姚家～南關(guān)嶺站區(qū)間位于大連市華北路北側(cè)，向東北方向穿越既有哈大鐵路線，呈東北-西南走向，起止里程DK1+339.921～DK2+380，區(qū)間長(zhǎng)度1040.079米(右線)，包括明挖段和暗挖段兩部分。

　　暗挖區(qū)間起止里程：左線DK1+867.275～DK2+380，長(zhǎng)度512.725m，右線DK1+850～DK2+380，長(zhǎng)530m；左右線間距為17米。

　　隧道在平面上，大部分處于直線段，共474米；剩余56米處于R=300m的緩和曲線上。在DK2+339處設(shè)置一處聯(lián)絡(luò)通道兼泵房。隧道東西兩端分別與本區(qū)間明挖段和南關(guān)嶺站站前明挖結(jié)構(gòu)相接。

　　施工中按照“管超前、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、嚴(yán)治水、實(shí)回填、早封閉、勤測(cè)量”的原則展開(kāi)隧道施工作業(yè)，使整個(gè)隧道的安全質(zhì)量有序可控。