| 图1 乔庄隧道地质构造总体分布 1.2水文地质条件 隧道穿越低山丘陵区，地形起伏较大，地表迳流条件好，地表水除部分渗入地下外，多数以地表迳流的形式从沟谷中排泄到区外水系中。总体来说，隧道区地下水水量贫乏，主要为基岩裂隙水和松散岩类孔隙水，水文地质条件较简单，水质类型为HCO3―Ca、HCO3―Ca・Mg型。 1.3施工方法 Ⅴ级围岩采用管棚注浆或小导管注浆超前支护留核心土环状开挖法施工，人工开挖或弱爆破开挖。Ⅳ级围岩采用台阶法施工。 2．监控量测内容及断面布置 2．1量测内容及量测频率 隧道监控量测工作内容，可分为直接指导工程施工的必测项目和进行科学研究的选测项目两部分内容，其两者是相辅相成的。必测项目中的量测数据，有的可以直接为隧道施工服务，如地表沉降量测，有的是通过利用类比的方法判别承载结构是否稳定，如拱顶下沉、周边位移。选测项目是着重对承载结构内部各种作用机理可以量化的部分得出相关数据，为以后理论研究提供原始数据，同时为评价承载结构受力状况提供参考。 根据乔庄隧道的地质、水文特性以及施工要求，量测内容的重点除了规范规定的4项必测内容之外根据研究的需要，进行了初期支护的喷射混凝土层应力和钢拱架应力的量测工作，另外，由于隧道的两端洞口围岩均为 = 5 * ROMAN V级，围岩强度底，自稳能力差，岩性变化大，如施工工艺不当易造成围岩失稳，因此在隧道洞口进行了地表沉降的量测。具体的量测内容及频率见表2 表2 乔庄隧道主要监控量测项目及量测频率
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| 2.2 量测断面的布置 代表性断面以及测点的布设的选取，是监控量测的首要工作。根据《公路隧道施工技术规范》TJT042-94要求，在施工过程中，按照10－50m的标准选定断面，以及拱顶，拱肩，施工地板上1.5m等典型位置布置测点。乔庄隧道设计中将拱顶下沉和围岩净空收敛量测的断面间距初步定为， = 5 * ROMAN V级和 = 4 * ROMAN IV级均为20m；根据隧道围岩的实际情况确定了两个安装断面进行初期支护的喷射混凝土层和钢拱架应力量测；对于隧道洞口地段，由于覆盖层小于40m，而且围岩类别较低，埋设了地表沉降观测断面，其布点均按规范进行。各测点及量测元件的布置见图2
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| 3．数据的采集与分析 为了能对围岩及支护结构的性态作较全面的分析，并且能获得完整的数据，同时又使各项数据间能相互比较、相互验证，因此必测项目和选测项目的各项量测内容应尽量布置在同一个断面上。各量测断面的测点应在靠近开挖面及时安装，范围控制在2m以内，并在工作面开挖后12ｈ内和下一次开挖之前测取初始读数。在实际的安装埋设中，有时因为施工干扰或避免测点遭到破坏，测点安装位置会离开挖面远些，此时在利用此数据分析判别时，应考虑围岩初期的变形释放。量测频率也可以根据施工具体情况调整，由产生的最大位移速率来确定。乔庄隧道已测数据表明，量测时间以30～50ｄ为宜。 3．1隧道拱顶下沉及净空收敛量测 隧道拱顶是隧道周边上的一个特殊点，其位移情况具有较强的代表性，通过对隧道拱部下沉的绝对值量测，了解断面变形情况、判断拱顶的稳定性，该手段是防止塌方的有效措施之一，因此应加强拱顶位移的监测；洞内净空位移收敛量测是目前洞内监测的主要内容之一，因为周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直观反映，量测周边位移可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息，而且还可以根据变位速率判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机。乔庄隧道代表性断面ZK42+665的拱顶下沉和净空收敛曲线见图4，图5。
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| 图4、图5表明，隧道围岩的自稳性较好，稳定所需天数在30ｄ之内，总变形量不大，在4～6ｍｍ之间，末次量测时，当日变形速率在0～0.01ｍｍ/ｄ左右，对于隧道施工很有利。根据隧道已开挖地段实测数据，拱顶下沉和水平收敛曲线可分为3个阶段:1)急剧变形阶段(变形速率较大，一般在开挖及初期支护后7ｄ内，其当日变形速率>1ｍｍ/ｄ);2)缓慢变形阶段(变形速率开始减缓，一般在30ｄ之内，其当日变形速率>0.2ｍｍ/ｄ(水平收敛)和>0.15ｍｍ/ｄ(拱顶下沉));3)稳定变形阶段(开挖及初期支护35d之后，当日变形速率趋于零，变形逐渐稳定)。通过对此变形阶段的合理划分，可以为判断隧道围岩开挖后的稳定状况和及时把握二次支护时机提供科学依据。 3．2 隧道内目测观察及锚杆抗拔力检测 通过肉眼观察、地质锤和地质罗盘测量，描述和记录围岩地质情况、岩层产状、断层破碎带、褶皱、地下水及支护效果，对围岩稳定性进行评价，判断围岩类别是否与设计相符，必要时拍照，测量地下水流量，每一量测断面要有一张记录表并填图。 通过锚杆抗拔力检测，可以测定锚杆的锚固力是否达到设计要求，判断所使用的锚杆长度是否适宜以及检查锚杆安装质量。采用快速量测法，使用设备为ＭＬ型锚杆拉力计，检测值根据设计要求的锚固力不小于50KN作为标准，采用非破坏性试验。 3．3地表沉降观测 乔庄隧道入口为 = 5 * ROMAN V级围岩，隧道埋深较浅，围岩稳定性差，在隧道入口地段（ZK42+358～ZK42+365）共埋设地表下沉测点7个，具体布置见图2，测点间距为2～5m。用水准仪和塔尺进行地表下沉的观测，历时65天，从获取的量测数据来看，最大值为2ｍｍ，考虑测量误差，地面无明显沉降，不会对洞室周围建筑物产生大的影响。 3．4喷射混凝土层和钢拱架应力量测 乔庄隧道出入洞口为 = 5 * ROMAN V级围岩，其余为 = 4 * ROMAN IV级围岩。各级围岩地段的初期支护形式如表3 所示。 根据实际地质情况，在乔庄隧道左线选取了两个断面进行初期支护的应力量测（ZK42＋665，ZK42＋798）。选取的两个断面中，ZK42＋665断面埋深为58m，地表处于一个大的冲沟范围内，地形呈左高右低走势，存在偏压现象。该断面附近洞段岩性主要为泥岩和泥质粉砂岩互层，岩体呈典型的块碎石状镶嵌结构，受地质构造影响严重，节理裂隙普遍发育，同时隧道内有大量的地下水渗入，与设计图纸中的“隧道区地下水水量贫乏”地质情况不符，施工中时有掉块现象，围岩稳定性较差，因而该断面在隧道软弱围岩段中具有典型代表性。
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| 图7 ZK42+665断面喷射混凝土应力时间曲线 图8 ZK42+665断面钢拱架应力时间曲线 从图中可以看出本断面的喷射混凝土层应力和钢拱架应力前期增长均较快，左侧拱腰的混凝土在7d就达到7.36MPa，钢拱架的应力7d达到112.86MP，随后初期支护应力开始缓慢增长，喷射混凝土层应力到15天后基本趋于稳定，钢拱架应力到25天左右也基本趋于稳定。稳定后的喷射混凝土应力全部受压，其中左侧拱腰的应力最大，其变化曲线呈抛物线状，其最终量测值为7.77 MPa，右侧拱脚的应力次之，其最终量测值为7.39ＭＰａ;拱顶的应力相对较小，其最终量测值为5.97MPa；钢拱架应力中，也是左侧拱腰的应力最大，其最终量测值为124.62MPa，拱顶的应力次之，其最终量测值为85.25MPa，右侧拱脚处受拉，最终量测值为-3.65MPa。 从量测的数据可以看出，初期支护的受力状态与实际相吻合，且初期支护的应力偏大，应加强支护。鉴于该支护体的实际受力情况，为保证施工安全，对后序施工采用浅眼爆破，控制总药量，延长注浆持压时间等措施，同时加强监控量测的频率。当施工到ZK42+672时，围岩条件依旧很差，而且裂隙水多，渗水严重，开挖后坍塌掉块严重，在隧道拱顶左侧形成一个64m3左右的锥形坍塌空间。通过对现场采集监测数据以及实际地质情况综合分析后，采取对坍塌空间用喷砼（分层）＋锚杆（多层）＋钢筋网（多层）形式回填处理，对后续围岩较差地段按Ⅴ级围岩（原设计为Ⅳ围岩）初期支护的施工方案，并采用注浆小导管进行超前支护，在施工过程中加强监控量测。监控数据表明：加强初期支护后，数据逐渐趋于稳定，截至断面ZK42＋686，施工安全渡过破碎带，初期支护又调整为Ⅳ级围岩支护。 5．结 论 由于隧道工程的特殊性、复杂性和隧道围岩的不确定性，对隧道围岩及支护结构进行监控量测是保证隧道工程质量、安全的必不可少的手段。通过量测，及时对乔庄隧道个别围岩失稳趋势的区段提供了预报，为施工单位及时调整支护参数以及合理确定二次衬砌时间提供了可靠的科学依据。通过大量量测发现隧道开挖及初期支护后大约30d围岩基本上稳定，于是建议施工单位及时施作二次衬砌。同时由于监控措施得当，及时的指导施工和修改设计，从而保证了隧道施工的安全、经济、收到了良好的效果。但由于监控量测工作是一项具体而又复杂的工作，在实际过程中尚需不断积累经验和完善相关理论，因此，对隧道监控量测及数据的整理分析及应用应该做好一下几点： （1） 监控量测内容的选择，量测断面位置选择和量测测点的布置； （2） 监控量测数据的采集和施工状态变化情况紧密结合，分析数据变化和施工状态的关系； （3） 量测数据的应用，量测数据变化的准确分析和判断，量测信息的及时反馈，指导设计、施工和修改支护参数； （4） 通过监控量测保证隧道安全，预防隧道塌方。 参考文献： [1] 李晓红. 隧道新奥法及其量测技术[M]. 北京: 科学出版社， 2002. [2] 代高飞， 应松， 夏才初， 等. 高速公路隧道新奥法施工监控量测[J]. 重庆大学学报(自然科学版) ， 2004，(02). [3] 徐林生. 东门关隧道出口新奥法施工监控量测研究[J]. 重庆交通学院学报 ， 2006，(01). [4] 秦之富， 唐健. 高速公路隧道监控量测及应用[J]. 公路交通技术 ， 2006，(02). [5] 李晓红， 康勇， 顾义磊， 等. 监控量测技术在通渝隧道出口段中的应用[J]. 重庆大学学报(自然科学版) ， 2003，(09) [6] 中华人民共和国建设部发布．型钢混凝土组合结构技术规程（JGJ 138－2001）．北京：中国建筑工业出版社，2002． [7] 王应富， 蒋树屏， 张永兴. 四车道隧道动态施工力学研究[J]. 公路交通科技 ， 2005，(S1). [8] 闫静雅， 张子新， 黄宏伟. 京珠高速公路温泉隧道的施工监测及位移反分析[J]. 公路交通科技 ， 2005，(08). [9] 周佳媚， 王英学， 高波. 偏压滑坡地段隧道围岩受力特征分析[J]. 公路交通科技 ， 2003，(06). [10] 中华人民共和国交通部.公路隧道施工技术规范(JTJ043 94) [11] 沈蒲生.混凝土结构设计原理[M].北京:高等教育出版社，2002. |
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