摘 要：以新建鐵路昆明至河口線玉(溪)-蒙(自)段秀山隧道進口正洞泥巖段施工為例，圍巖監控量測點的布設、方法和頻率進行探討，以便得到及時、準確的量測數據及分析結果，對地質條件復雜的隧道施工方法的可行性、設計參數的合理性進行評價，以便及時調整，從而為地質條件復雜隧道的施工安全提供有力保障。

　　關鍵詞：圍巖監控量測,復雜地質條件,拱頂下沉,水平收斂

　　0引言

　　隨著我國鐵路交通的迅速發展，全國各地先后建成許多了較大規模的鐵路線路，通過這些鐵路線路的建設，推動了隧道工程技術的發展，促進了新奧法技術在我國的運用。特別是復雜的地質條件下，如何保證隧道施工的安全，是每一位建設者必須優先考慮的。而隧道圍巖監控量測是新奧法首要內容，是確認或修改支護設計參數和判別圍巖穩定的依據，是保證隧道施工安全的一項重要措施。監控量測工作必不可少，它是保障隧道施工安全的關鍵因素，也可為評價施工方法的可行性、設計參數的合理性以及了解圍巖及支護結構的受力和變形特性等提供準確及時的依據，對隧道施工安全、質量具有決定性意義。

　　因此，圍巖監控量測是軟弱圍巖隧道安全施工的“眼睛”，是判斷結構穩定性、指導軟弱圍巖隧道安全施工“最重要”的信息化手段。不進行監控量測，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行量測、或沒有使用量測成果而造成的，教訓深刻。

　　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、與正線間距30m設置貫通平導，平導起訖里程為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級風險隧道。該隧道地質情況十分復雜，褶皺與斷層均比較發育，巖體受構造影響極其嚴重，巖體破碎，風化強烈，主要以IV、V級圍巖為主，自穩較差。秀山隧道進口穿越三個大斷層，關營斷層、通海斷層、泥者斷層，斷層受構造影響圍巖破碎，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

　　根據勘測資料，秀山隧道地層巖性復雜，各種地質構造(斷層、活動斷層、褶皺及節理裂隙等)發育，巖體被強烈擠壓破碎，施工期間可能會發生(活動)斷層破碎帶及影響帶和(傾角平緩)破碎巖層(較)大規模坍方冒頂與大變形，可溶巖地段較大規模(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問題，此外，還將可能存在微弱～中等強度巖爆、膨脹巖，放射性等地質問題。特別是正洞DK29+350～DK31+520(合計2170米)穿越侏羅系中統張河組(J2Z)砂巖、泥巖夾泥灰巖地層，其中泥巖呈紫紅、褐灰色，泥質結構，中層狀，質軟，易風化，屬中等膨脹性泥巖。

　　根據勘測資料顯示，全秀山隧道處于非全新活動斷層、褶皺等構造發育，受其影響巖體節理裂隙發育，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，圍巖自穩性差，巖溶水及構造裂隙水發育，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問題。

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

　　3、現場監控量測

　　因此，在秀山隧道施工中，監控量測工作必不可少，必須按照《鐵路隧道施工規范》TB10204-2002和《鐵路隧道監控量測技術規程》(TB10121-2007)的有關規定進行地質素描、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現場監控量測的目的是：

　　(1)通過監控量測了解各施工階段地層與支護結構的動態變化，把握施工過程中結構所處的安全狀態，判斷圍巖的穩定性、支護、襯砌的可靠性;(確保施工安全及結構的長期穩定性)

　　(2)用現場實測的結果彌補理論分析過程中存在的不足，并把監測結果反饋設計，指導施工，為修改施工方法，調整圍巖級別、變更支護設計參數提供依據;(驗證支護結構效果，確認支護參數和施工方法的準確性或為支護參數和施工方法提供依據)

　　(3)通過監控量測對施工中可能出現的事故和險情進行預報，以便及時采取措施，防患于未然;

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

　　(5)對工程施工可能產生的環境影響進行全面的監控。(監控工程對周圍環境影響)

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

　　3.2 監控量測的內容

　　根據有關規范的要求，監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，其中包括地質和支護狀態的觀測、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計及施工提供數據而進行的量測項目，其中包括圍巖壓力和兩層支護間壓力、剛支撐內力及外力、支護、襯砌內應力及表面應力、錨桿內力等。

　　4監控量測的技術要求

　　4.1量測儀器

　　量測儀器配備：數碼相機、羅盤儀、收斂儀、水準儀、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《鐵路隧道監控量測技術規程》(TB10121-2007)和設計要求，結合本標段隧道具體情況，確定量測項目見表3。《鐵路隧道監控量測技術規程》中選測項目原則上不進行，在施工過程中設計有特殊要求時再進行。

　　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在隧道開挖前布設。地表沉降測點和隧道內測點應布置同一斷面里程。地表沉降測點縱向間距應符合表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適當加密，隧道中線兩側量測范圍不應小于H0+B，地表有控制性建(構)筑物時，量測范圍應適當加寬。其測點布置如圖1所示。

　　(2)凈空變化量測測線數，可參照表5、圖2布置。

　　(3)拱頂下沉測點和凈空變化測點應布置在同一斷面上，測點布置時應避開鋼架和脫空回填處，將測點布置在兩榀鋼架之間。監控量測斷面按表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置在拱頂軸線附近。當隧道跨度較大時，應結合具體的施工方法在拱部增設測點，具體布置見圖2。

　　(4)不同斷面的測點應布置在相同部位，測點應盡量對稱布置，以便數據的相互驗證。

　　(5)地質條件差、開挖斷面大和施工工序復雜的隧道，監控量測量布點應適當加密，增設量測斷面;有選測項目量測斷面應在相應段落優先設置，并及時開展量測工作。

　　4.4監控量測頻率

　　監控量測的頻率應根據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控量測頻率和由距開挖面的距離決定的監控量測頻率之中，原則上采用較高的頻率值。當出現異常情況或不良地質時，應增大監控量測頻率。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，量測要繼續到每月為1mm為止。

　　拱頂沉降和水平收斂是判斷隧道穩定性的一個重要指標，在秀山隧道施工監測中，根據設計要求布點施測，

　　縱向間距如表9所列：

　　4.5監控量測位移管理和安全評價

　　根據監控量測分析結果，按下表位移控制基準，分三個管理等級，對工程安全性進行評價，并采取相應應對措施。

　　注： Un 為實測位移值，U0允許變形值，參照設計允許變形量。

　　監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，分部應設專人負責監控量測資料的收集、整理、簽認、歸檔和移交。分部監控量測資料由量測原始記錄本、統計表、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，數據準確統一，簽字齊全。當日量測結果及時進行統計和分析，并將量測信息及時反饋和上報。

　　管理程序根據位移管理等級分三級進行。當監控量測位移管理達到Ⅲ級時，監控量測組長上報技術主管、總工程師、現場監理工程師和指揮部;當達到Ⅱ級時，上報工程部長、總工程師和現場施工負責人，同時總工程師根據綜合情況上報設計單位、業主單位、監理單位和指揮部，采取相應工程措施;當達到Ⅰ級時，立即暫停施工，及時上報指揮部和各方，請業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每個隧道情況進行量化指標，以便于現場監控量測人員操作和匯報。根據工程安全性評價的結果，需要變更設計時，應根據有關鐵路工程變更管理辦法通知建設、設計、監理及施工單位四方及明進行設計變更。

　　5監測分析及信息反饋

　　秀山隧道圍巖破碎、完整性差、強度低，加上該段有水。特別是在通過通海斷層時，由于斷層受構造影響，圍巖為中等膨脹泥巖，當通過正洞DK29+530～DK29+580后，該段前后圍巖變形大，施工現場發現該段上、下斷面接頭處初支開裂、掉塊較嚴重,局部拱頂也出現開裂、掉塊現象。從量測數據看，拱頂下沉曲線波動較大，圍巖變形速率較大，圍巖不穩定，洞內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。現選擇具有代表性的正洞DK28+215斷面點繪制典型時態變形曲線如圖3所示。

　　從圖3可以看出，自施做完仰拱以后， DK29+550斷面的變形量達到最大，拱頂下沉量在15天內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天內的變形波動較大，此后較為穩定，后期變形較有規律。

　　發現該段量測數據異常后，為了保證隧道的施工安全和質量，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單元接頭處設置Φ150mm鋼管對撐進行加固，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，待變形穩定后，盡快施做二襯。

　　通過現場圍巖監控量測的數據分析，可預測預報圍巖變化,優化設計和指導施工，是能夠避免不必要的經濟損失或安全事故的，圍巖監控量測是保證秀山隧道施工安全的有效措施。

　　5.2異常現象成因簡要分析

　　5.2.1環境因素

　　秀山隧道該段處在通海斷層內，地質屬于中等膨脹泥巖，圍巖破碎、松散、夾泥、遇水既化，強度低，且塊度小，無粘結力，圍巖自穩性差，且富水，施工易出現大變形，甚至坍塌等地質災害。

　　5.2.2施工因素

　　正洞本段設計為格柵鋼架，上下斷面接口處(B、C單元間)在地質作用下，拱架出現90度得向內彎曲，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，導致錨桿與鋼架之間的焊接被拉開。特別是當仰拱施做完成后，相當于在邊墻底部設置了永久橫撐，致使上下斷面接口處的變形達到了最大值;再加上由于施工人員水平的原因，在隧道開挖時，隧道內有水，形成隧道超挖現象嚴重，周邊空洞較大，在初期支護時沒有及時填充噴射混凝土或填充不實，所以周邊圍巖出現蠕變現象。

　　鑒于上述原因，隧道圍巖內應力重新分布時，將變的更加激烈，致使初期支護出現變形突出現象。另外初期支護鋼拱架設計不合理及支護質量差也是主要影響因素:主要有鋼拱架圓弧不合理、支護時鋼拱架不垂直、仰拱施作不規范等。以上原因，在圍巖應力重新分布時，鋼拱架不能正常發揮作用，致使拱架變形較大。

　　6結論

　　若單純從指導施工的角度看，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一定要及時，并盡快取得第一組量測數據，以便后期量測結果的比較和對照。

　　對于工程地質條較為復雜的隧道，應嚴格遵循 “少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”，的施工原則。必須將圍巖監控量測納入工序管理，量測分析的結果必須在施工中認真組織實施。在容易出現險情的地段要加大監控量測的頻率和力度，以便與掌握準確的圍巖變化信息，及時指導隧道施工和優化設計，從而保證來隧道施工的安全。監控量測工作是一項復雜、實踐性強的工作，在實際過程中尚需不斷積累經驗、進行總結，對隧道監控量測及數據的整理分析及應用應該做好一下幾點：

　　(1)負責量測的責任人要有較強的責任心，細心的工作態度，確保采集量測數據真實可靠、準確、及時。

　　(2)布點應根據現場實際，地質條件差、開挖斷面大和施工工序復雜的隧道，監控量測布點應適當加密，增設量測斷面。

　　(3)現場布點一定要及時，不同斷面的測點應布置在相同部位，測點應盡量對稱布置，以便數據的相互驗證，以便于做好監控量測樁點布置、頻率、數據采集方面的工作。

　　(4)將監控量測納入工序管理，量測數據采集后，及時進行回歸分析，并上報分析結果，便于采取有力措施，使量測數據、量測信息能夠及時反饋，指導設計、施工和修改支護參數;

　　參考文獻

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