中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復合型高新技術集團企業(yè)。
采用復合式襯砌的隧道，必須將現(xiàn)場監(jiān)控量測項目列入施工組織設計，并在施工中認真實施?，F(xiàn)場監(jiān)控量測是新奧法隧道施工的重要組成部分，也是監(jiān)視圍巖穩(wěn)定、判斷支護、襯砌結構設計是否合理，施工方法是否正確的一種手段；也是保證新奧法安全施工、提高經(jīng)濟效益的重要條件；還為施工中可能有的工程變更提供了科學依據(jù)。
通過監(jiān)控量測得數(shù)據(jù)分析：
（1）通過施工和環(huán)境監(jiān)測進行信息反饋及預測預報，優(yōu)化施工組織設計，指導現(xiàn)場施工，確保隧道施工的安全與質(zhì)量和工程項目的社會、經(jīng)濟、環(huán)境效益。
（2）掌握圍巖動態(tài)，了解支護結構在不同工況時的受力狀態(tài)和應力分布，對圍巖穩(wěn)定性作出評價。
（3）驗證支護結構型式、支護參數(shù)的合理性，評價支護結構、施工方法的合理性與其安全性，確定合理的支護時間。
（4）為修改優(yōu)化設計提拱數(shù)據(jù)，調(diào)整施工方法提供依據(jù)。
（5）為節(jié)省工程投資，提高隧道的設計和施工水平提供科學依據(jù)和技術保證。
2.1.1 必測項目
是為了在設計施工中確保圍巖穩(wěn)定、判斷支護結構工作狀態(tài)、指導設計施工的經(jīng)常性量測，包括圍巖地質(zhì)和支護描述、地表沉降觀測、拱頂下沉量測、周邊收斂量測。其量測方法簡單、量測密度大、量測信息直觀可靠，貫穿于整個施工過程中，對監(jiān)視圍巖穩(wěn)定、指導設計和施工有巨大的作用，土建施工完成量測工作亦告結束。其布置根據(jù)每座隧道不同的地質(zhì)條件、施工方法而變化，但不能少于《公路隧道施工規(guī)范》（JTJ042—94）的規(guī)定。
2.1.2 選擇項目
包括圍巖內(nèi)部位移量測、錨桿軸力量測、圍巖與噴射混凝土間接觸壓力量測、噴射混凝土與二次襯砌間接觸壓力量測、噴射混凝土內(nèi)應力量測、二次襯砌內(nèi)應力量測、鋼支撐內(nèi)力量測、襯砌裂縫及表面應力量測。這類量測是必測項目的拓展和補充，對代表性的地段進行量測，以便更深入地掌握圍巖穩(wěn)定狀態(tài)與支護效果，對未開挖地段提供參考信息、指導未來設計和施工。
表1 隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測項目及量測方法
選擇項目安裝埋設比較麻煩，量測項目較多、時間長、費用較大，但工程竣工后還可以進行長期觀測。根據(jù)本工程的具體情況，采用較少的量測項目、較大量量測斷面的原則，全面了解支護效果，正確指導設計施工。施工單位按施工圖要求自主量測，監(jiān)控量測項目部選擇主要項目平行量測。
2.1.3 檢測項目
包括錨桿拉拔試驗、開挖內(nèi)輪廓形狀、初期和二次襯砌背后空洞檢查。該類項目列為質(zhì)量檢查內(nèi)容。
2.2.1 量測項目
除按正常量測項目外，專門增加一項用全站儀作“非接觸量測”來測定三維位移向量，以預報前方圍巖情況。隧道各項觀測監(jiān)控量測的實施方法詳見表1。收斂儀使用JSS30-10/15A型數(shù)顯式收斂儀和鐵科院西南分院研制的監(jiān)控量測分析軟件。
2.2.2 監(jiān)控量測施工流程
見圖1。
圖1 監(jiān)控量測施工流程圖
2.2.3 量測方法及斷面測點布置
（1）拱頂下沉量測和水平收斂量測。一般使用水準儀、電子水平尺、收斂計等按照設計要求布置、量測。
（2）圍巖內(nèi)部位移量測。圍巖內(nèi)部位移測孔一般是沿隧道圍巖周邊，例如分別在拱頂、拱腰和邊墻共設5個（連拱隧道單洞為4個）測孔，孔深3.7～5 m，孔徑為Ф50 mm。多點位移計分電測式位移計和機械式位移計，一般采用5點桿式多點位移量測，一個斷面共25個測點（連拱隧道單洞為20個）。
（3）錨桿軸力量測。錨桿軸力量測沿隧道周邊，例如在拱頂、拱腰和邊墻設5個（連拱隧道單洞為4個）測孔，孔深3.7～5 m，孔徑為50 mm。一個測孔內(nèi)設4個傳感器，每個斷面20個（連拱隧道單洞為16個）測點。隧道錨桿軸向力量測方法有電測法和機械法，它們都是通過量測錨桿，先測出隧道圍巖內(nèi)不同深度的應變（或變形），然后通過有關計算轉(zhuǎn)求應力的量測方法?？紤]量測方便，一般多采用電測法的鋼筋計量測。
（4）噴射混凝土應力量測。經(jīng)常采用量測噴層切向應力的方法，主要有應力（應變）計量測法和應變磚量測法。應力（應變）計量測法是通過鋼弦頻率測定儀測出應力計受力后的振動頻率，然后從事先標定出的頻率-應力曲線上求出作用在噴層上的應力。
噴層應力計的埋設方法為：圍巖初噴以后，在初噴面上將應力計固定，再復噴，將應力計全部覆蓋并使應力計居于噴層的中央，方向為切向。待噴射混凝土達到初凝時開始測取讀數(shù)。量測斷面上應力計的布設位置為：沿隧道的拱頂、拱腰和邊墻在噴射混凝土內(nèi)共埋設5個（單洞）。
（5）二次襯砌應力量測。二次襯砌應力量測與噴射混凝土應力量測相同，應力傳感器埋設在二次襯砌混凝土內(nèi)，單洞一個斷面5個測點。量測斷面的測點布置位置及每斷面應力計數(shù)量與噴射混凝土應力量測相同。
（6）圍巖與噴射混凝土及噴射混凝土與二次襯砌間接觸壓力量測。圍巖壓力及接觸壓力量測常采用雙膜鋼弦式壓力盒，其量測原理是將應力、應變、荷載以及其他參數(shù)測量的參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率進行量測，故具有抗干擾能力強、堅固耐用的優(yōu)點，適合長距離傳送。圍巖與噴射混凝土之間的壓力盒是在噴混凝土施工以前埋設，噴射混凝土與二次襯砌之間的壓力盒是在掛防水板之前進行安裝，分別測取圍巖對噴射混凝土壓力，噴射混凝土對二次襯砌的壓力，埋設方向均為法向?；炷吝_到初凝強度以后開始測取讀數(shù)，量測斷面宜與周邊位移量測在同一斷面上。
（7）鋼架應力量測。型鋼鋼架、格柵鋼架應力量測僅限于Ⅳ、Ⅴ級圍巖地段，采用鋼筋計量測，把鋼筋計焊接在鋼架上，量測鋼架內(nèi)力，鋼架安裝完以后即可測取讀數(shù)。量測斷面的測點布置位置與噴射混凝土應力測點布置位置相同，單洞每個斷面5個測點。
（8）襯砌裂縫及表面應力量測。采用手持應變儀量測襯砌表面應力和襯砌裂縫，重點是連拱隧道中隔墻的表面應力，根據(jù)需要檢測。
2.2.4 測試要點
（1）洞內(nèi)外地質(zhì)和支護狀況觀察。洞內(nèi)主要觀察工作面狀態(tài)、圍巖變形、風化變質(zhì)情況、節(jié)理裂隙、斷層分布和形態(tài)、地下水情況以及初期支護效果。觀察后及時繪制地質(zhì)素描圖，填寫工作面狀態(tài)記錄表和圍巖類別判定卡。對已施工區(qū)段噴砼、錨桿、鋼架的狀況每天至少觀察1次；洞外觀察包括對洞口地表情況、地表沉陷、邊坡及仰坡的穩(wěn)定以及地表水滲透等的觀察。
（2）地表下沉。隧道洞頂?shù)乇沓两翟谒淼郎形撮_挖前就開始進行，借以獲得開挖過程中全位移曲線。地表沉降監(jiān)測可采用普通水平儀，配合水平尺進行，測點和拱頂下沉量測布置在同一斷面上。
（2）采購階段。該階段包含智慧物流園區(qū)設備采購、信息化服務采購以及安裝施工等工作安排。在采購環(huán)節(jié)囊括了絕大部分分包招標、合同簽署、分包合同執(zhí)行等事務工作，智慧物流園區(qū)涉及的采購資材和服務，包括數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)軟件、人工智能化設備、人機交互系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)、云服務等，要求相比普通的物流園區(qū)技術含量更高，要求更為復雜。
（3）周邊位移、拱頂下沉量測。周邊位移選用JSS30-10/15A型數(shù)顯式收斂儀及專用測點量測，拱頂下沉量測采用精密水準儀配合水準尺、鋼尺進行，兩者在同一量測斷面內(nèi)進行。
量測斷面布置間距及量測頻率一般情況按設計要求辦理，洞口段、斷層破碎帶或圍巖發(fā)生變化處，加密布置。測點在避免爆破破壞的前提下盡可能靠近工作面布置，一般為0.5～2 m，并在下次爆破循環(huán)前獲得初始數(shù)據(jù)。
2.3.1 數(shù)據(jù)整理
施工時，將各項量測情況填入記錄中，及時繪制位移—時間曲線和相關圖表，并注明當前施工工序及開挖面離量測斷面的距離。
當位移—時間曲線趨于平緩時，進行數(shù)據(jù)處理和回歸分析，推算最終位移和變化規(guī)律；當位移—時間曲線出現(xiàn)反常的急驟變化時，表明此時的圍巖、支護系統(tǒng)已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必須立即停止開挖、對危險地段加強支護，確保已開挖段的安全。
將原始觀測記錄進行整理，計算出一測點在不同時間，測點距掌子面不同距離時的位移值U，以此計算出位移速度間長（L）散點圖、位移速度時間t+（L）散點圖，由于量測的偶然誤差所造成的離散性，繪制的散點圖總是上下波動和不規(guī)則的，因此必須進行數(shù)字處理才能獲得合理典型數(shù)據(jù)，并以相應數(shù)字公式進行描述，其中回歸分析是處理測讀數(shù)據(jù)最終繪制典型圖線的一種較好方法。
2.3.2 位移值U判斷穩(wěn)定性
當圍巖和支護位移值若超過某一臨界值即認為圍巖不穩(wěn)定應加強支護。
（1）以各類圍巖允許相對位移值，見表2。相對位移值系指實測位移與兩測點間距離之比，或拱頂位移實測值與隧道寬度之比。脆性圍巖取表中較小值，塑性圍巖取表中較大值。
表2 隧道周邊允許相對位移值 /%
表3 變形管理等級
2.3.3 位移速率判斷穩(wěn)定性
（1）當周邊收斂速度大于1 mm/d時，圍巖處于急劇變形階段，需加強觀測，若位移速率長期不下降則加強支護。
（2）當周邊收斂速度0.2～1 mm/d時，圍巖處于緩慢變形階段并趨于穩(wěn)定。
（3）當周邊收斂速度小于0.2 mm/d或拱頂下沉小于0.07～0.15 mm/d時，圍巖達到基本穩(wěn)定，可進行二次襯砌。
位移加速度是通過U（位移）-t（時間）曲線的形態(tài)來判斷圍巖的穩(wěn)定性。
2.3.5 量測的管理
（1）項目經(jīng)理部成立隧道監(jiān)控量測領導小組，建立以項目總工任組長，工程技術部部長為副組長，量測監(jiān)控中心專職負責，隊技術組參加的管理體系；并于工程技術部中專門設立了量測監(jiān)控中心，以加強隧道監(jiān)控量測工作管理力度。量測監(jiān)控中心負責日常量測、數(shù)據(jù)處理、儀器保養(yǎng)維修工作及數(shù)據(jù)的信息反饋，量測監(jiān)控中心負責人專職檢查落實，隊技術組設專職量測小組，每小組人員6～8人，負責測點埋設，配合項目部進行日常量測工作。
（2）量測小組負責測點埋設、日常量測、數(shù)據(jù)處理和儀器保養(yǎng)維修工作，做到“三勤、一及時”，即量測勤、數(shù)據(jù)勤、分析勤，并及時將量測信息反饋于施工和設計，指導施工。
（3）施工前據(jù)圍巖條件、支護類型參數(shù)、施工方法及所確定的量測目的專門制定詳細的監(jiān)控量測計劃，與實施性施工組織設計同時提交給監(jiān)理工程師。計劃中包含量測內(nèi)容、方法、使用儀器、測點布置、量測頻率、數(shù)據(jù)處理、量測人員及其負責人，并經(jīng)監(jiān)理工程師批準后執(zhí)行。
（4）施工時要及時埋設測點，下沉測點及收斂測點盡量布置在同一斷面上。各預埋測點要牢固可靠，設置專用標識牌，標明測點的名稱、部位、編號、埋設日期等，易于識別并妥善保護，并教育所有進洞人員不得隨意撤換和破壞。
（5）爆破開挖后立即進行工程地質(zhì)和水文地質(zhì)狀況的觀察記錄，并進行地質(zhì)描述。地質(zhì)變化處和重要地段，有照片記錄。初期支護完成后進行噴層表面的觀察和記錄，并進行裂縫描述。
（6）整理量測資料做到認真、及時、完整、準確；服從監(jiān)理工程師的指令，無條件認真配合其工作，定期向監(jiān)理工程師。
靳彥斌（山西省中陽縣交通局，山西 呂梁 033400）
