通過在杭千高速隧道群監(jiān)測的實(shí)踐，對
隧道監(jiān)測項(xiàng)目的選擇和測點(diǎn)布置問題進(jìn)行了詳細(xì)闡述，提出了在不同監(jiān)測目的下選擇合適的監(jiān)測項(xiàng)目和合理的測點(diǎn)布置，可以起到事半功倍的效果，以供隧道監(jiān)測工作者參考。
引言
自從奧地利的拉布西維茲（ V.Rabcewicz） 于1948 年提出
新奧法以來，新奧法已在我國各山嶺公路隧道中得到了廣泛應(yīng)用。眾所周知，監(jiān)控量測作為新奧法的三要素之一，對于隧道施工安全和施工過程控制都起著至關(guān)重要的作用[1]。然而在
隧道施工監(jiān)控量測過程中，監(jiān)測項(xiàng)目的選擇和測點(diǎn)的布置是檢驗(yàn)監(jiān)控量測效果的關(guān)鍵所在。如果監(jiān)控項(xiàng)目選擇不合適，不但浪費(fèi)人力物力，也會使監(jiān)測效率大打折扣，而測點(diǎn)布置位置的選擇更是監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性的保證。
數(shù)據(jù)采集的高效和可靠性是隧道監(jiān)控量測有效性的保證。所以要高效就需要根據(jù)隧道圍巖狀況對規(guī)范中所規(guī)定的量測內(nèi)容有選擇性的進(jìn)行動態(tài)布置。而可靠性就是要有選擇性的對隧道關(guān)鍵位置進(jìn)行布置，不能死搬硬套的按規(guī)范斷面布置間距或位置進(jìn)行布置，這就需要監(jiān)測工作者對隧道的地質(zhì)圍巖狀況非常了解，并實(shí)施監(jiān)測位置的動態(tài)布置，只有這樣才能保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時(shí)性和有效性。所以在目前公路隧道施工監(jiān)測中，監(jiān)測內(nèi)容的選擇和測點(diǎn)位置的布置已越來越受到監(jiān)測工作者的重視。下面筆者就根據(jù)在浙江省杭千高速公路隧道群施工中監(jiān)測的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)如何進(jìn)行監(jiān)測項(xiàng)目的選擇和測點(diǎn)的布置，以供參考。
1 公路
隧道的監(jiān)測項(xiàng)目選擇
在選擇監(jiān)測項(xiàng)目時(shí)，首先需明確隧道監(jiān)測的目的，根據(jù)不同要求進(jìn)行確定。從監(jiān)測目的出發(fā)，通常可以從三個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測項(xiàng)目的選擇，包括優(yōu)化施工順序、施工安全和科學(xué)研究。
通常在隧道施工過程中，相關(guān)四方包括建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方和監(jiān)理方最關(guān)心的就是隧道施工安全，而優(yōu)化施工順序也是必不可少的，如果需要為相似工程提供更多的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步指導(dǎo)隧道設(shè)計(jì)和施工，則需進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)研究。下面就說明如何從以上三個(gè)方面出發(fā)進(jìn)行監(jiān)測項(xiàng)目的選擇，并以杭千高速公路隧道施工安全監(jiān)測為例說明監(jiān)測項(xiàng)目的選擇。
1.1 優(yōu)化施工順序
如果單從優(yōu)化施工順序來說，我們最關(guān)心的是隧道圍巖變形的情況。所以從這個(gè)角度出發(fā)，監(jiān)測項(xiàng)目中的變形監(jiān)測項(xiàng)目是需要重點(diǎn)選擇的。
從施工經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，一般選用的監(jiān)測項(xiàng)目是周邊收斂和拱頂下沉，可以說這兩個(gè)項(xiàng)目在一般隧道監(jiān)測中都是必不可少的。因?yàn)楦鶕?jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ042-94）規(guī)定[2]，判定圍巖變形是否穩(wěn)定主要靠這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過其決定下一步采取何種施工方案。如規(guī)范規(guī)定：①當(dāng)位移-時(shí)間曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)時(shí)，則表明圍巖和支護(hù)已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)密切監(jiān)視圍巖動態(tài)，并加強(qiáng)支護(hù)，必要時(shí)暫停開挖。②二次襯砌的施工應(yīng)滿足周邊收斂速率小于0.1~0.2mm/d，或拱頂下沉速率小于0.07~0.15mm/d。
通過以上分析表明，只要有通過圍巖位移的測量就可以判定下一步所采取的施工措施了，從優(yōu)化施工順序角度出發(fā)，通常選擇周邊收斂和拱頂下沉就可以滿足要求了，如果是隧道淺埋處則還需增加地表下沉量測項(xiàng)目，如洞口位置。
1.2 施工安全
施工安全目前在所有工程項(xiàng)目施工中已經(jīng)提高到了非常高的高度，各單位都非常關(guān)心這一問題，所以這也是為什么目前大多建設(shè)方都單獨(dú)對隧道監(jiān)測進(jìn)行招標(biāo)，可見對其重視程度。從施工安全角度出發(fā)，變形方面的監(jiān)測當(dāng)然是必不可少的，也是判斷圍巖是否安全穩(wěn)定的重要依據(jù)。除此之外，出于安全考慮還應(yīng)對關(guān)鍵部位進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)力量測，綜合判斷圍巖的穩(wěn)定性。
以上分析表明了從施工安全考慮，初次襯砌內(nèi)的混凝土內(nèi)應(yīng)力量測也是非常必要的，所以在選擇周邊收斂和拱頂下沉量測項(xiàng)目上，根據(jù)需要通常還要增加初襯混凝土內(nèi)應(yīng)力量測項(xiàng)目。
1.3 科學(xué)研究
如果從科學(xué)研究需要，則需要根據(jù)研究的要求，盡可能多選擇關(guān)于變形和應(yīng)力方面的相關(guān)測試，除周邊收斂、拱頂下沉、地表下沉和初襯混凝土內(nèi)應(yīng)力量測外，通常還需要增加以下一些監(jiān)測項(xiàng)目：
圍巖內(nèi)部位移、
錨桿內(nèi)力、
二次襯砌內(nèi)應(yīng)力、
圍巖壓力及層間支護(hù)壓力、
型鋼支撐應(yīng)力量測等項(xiàng)目。通過以上這些監(jiān)測項(xiàng)目的實(shí)施，然后結(jié)合數(shù)值模擬分析等手段，可以在類似工程條件下對隧道設(shè)計(jì)和施工方案進(jìn)行優(yōu)化，包括開挖方式的選擇、支護(hù)結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度的選擇等，有利于進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工組織方案，從而保證隧道建設(shè)投資的經(jīng)濟(jì)性、設(shè)計(jì)的可靠性及施工的安全性。
1.4 監(jiān)測項(xiàng)目選擇實(shí)例
對于業(yè)主而言，最關(guān)心的莫過于隧道施工過程中的安全，所以任何隧道監(jiān)測，安全肯定是放第一位的，所以在地質(zhì)條件特別差的地段，只有變形方面的監(jiān)測還是不夠的，選測項(xiàng)目中的應(yīng)力監(jiān)測也是非常必要的，下面就以杭千高速中的石灰?guī)X隧道洞口某一斷面為例，說明應(yīng)力量測的重要性。
公路隧道監(jiān)測項(xiàng)目選擇與測點(diǎn)布置
通過以上拱頂下沉和初襯混凝土內(nèi)應(yīng)力分析可以看出：在第一階段（5 月9 日至5 月30 日），拱頂下沉變化比較小，而其混凝土應(yīng)力增大卻比較大，是三階段中增大最快的；在第二階段（5 月30 日至月11 日），拱頂下沉速率變大，此時(shí)混凝土內(nèi)應(yīng)力也相應(yīng)增大，但增大速率較第一階段有所減??；第三階段（6 月11 日至6 月14 日）拱頂下沉變小，變形趨于穩(wěn)定；而混凝土內(nèi)應(yīng)力僅有E10785 位置有所增大，速率與第二階段接近，而E105580 和E10838卻出現(xiàn)“反?！?，其內(nèi)應(yīng)力反而減小。
從6 月11 日開始，由于拱頂下沉趨于穩(wěn)定，且混凝土內(nèi)應(yīng)力也有所降低，對于這個(gè)情況，我們于6月13 日與施工單位進(jìn)行了口頭通報(bào)，對于這反?，F(xiàn)象，施工方認(rèn)為已基本穩(wěn)定，可以進(jìn)行掌子面的開挖作業(yè)，但監(jiān)測方根據(jù)數(shù)據(jù)有異常，應(yīng)需再觀測幾天再做決定，業(yè)主也同意我方意見。果不出所料，最后于6 月15 日上午此斷面處發(fā)生了塌方，拱頂部的所有管棚均被壓斷。由于監(jiān)測所起的作用，使業(yè)主做出了正確的決策，避免了人員的傷亡。
從上述也可以看出，并不是變形及應(yīng)力數(shù)據(jù)變小了就認(rèn)為穩(wěn)定了，可以看出經(jīng)過第二階段的發(fā)展，初襯支撐力已達(dá)到了極限值，數(shù)據(jù)減小可認(rèn)為是達(dá)到了一種極限的相對平衡狀態(tài)的表現(xiàn)。可見在這種關(guān)鍵位置選擇初襯混凝土監(jiān)測項(xiàng)目的重要性，如果僅憑變形可能會得出變形減小趨于收斂穩(wěn)定的錯(cuò)誤結(jié)論，所以在這種位置通過增加初襯混凝土內(nèi)應(yīng)力量測，綜合判斷圍巖穩(wěn)定是非常必要的。
公路隧道監(jiān)測點(diǎn)的布置
選擇了監(jiān)測項(xiàng)目后，就應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)的布置，這在規(guī)范中也有相關(guān)的規(guī)定，但是否所有斷面的布置都按規(guī)范嚴(yán)格進(jìn)行，這是沒有必要的，如果布置位置不合適或太多，不但會降低監(jiān)測效率，還增加了許多不必要的人力物力。監(jiān)測點(diǎn)的布置也可同監(jiān)測項(xiàng)目選擇的三方面來進(jìn)行闡述，具體如下。
2.1 優(yōu)化施工順序
從這方面出發(fā)，通常需要在斷面上布置拱頂下沉和周邊收斂等量測項(xiàng)目，以檢驗(yàn)圍巖變形是否收斂，作為對二次襯砌的參考。此時(shí)布置時(shí)，對于拱頂下沉的三個(gè)監(jiān)測點(diǎn)可分別布置于兩側(cè)拱腰和正中的拱頂，而對于周邊收斂，如果此斷面有拱頂下沉監(jiān)測點(diǎn)了，可只選擇水平向位移，即只測水平收斂即可，相當(dāng)于一個(gè)斷面布置5 個(gè)測點(diǎn)。這樣就比較便于量測，量測收斂時(shí)只需進(jìn)行水平向量測，而拱頂?shù)娜齻€(gè)測點(diǎn)直接就可以通過全站儀進(jìn)行方便的量測。這樣可大大提高監(jiān)測效率，同時(shí)也保證了監(jiān)測的可靠性。
2.2 施工安全
通常施工安全的測點(diǎn)布置需根據(jù)圍巖地質(zhì)狀況而定，如果在洞口附近，由于通常圍巖較差，也是監(jiān)測點(diǎn)布置的重點(diǎn)位置，通常需布置地表下沉、周邊收斂、拱頂下沉及初襯混凝土內(nèi)應(yīng)力量測點(diǎn)。對于具體的布置，如地表下沉主要需沿著邊仰邊的走向方向進(jìn)行布置，特別是對于有松散堆積層高陡邊仰坡一定要在關(guān)鍵位置布置監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測邊仰邊的變形，預(yù)測是否會發(fā)生洞口滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。對于周邊收斂和拱頂下沉則與優(yōu)化施工順序類似，至少需布置5 個(gè)測點(diǎn)，水平進(jìn)行收斂量測，而在拱頂和兩側(cè)的拱腰進(jìn)行拱頂下沉的布置。因?yàn)楣把ǔＪ菓?yīng)力較為集中之處，實(shí)踐也證明了許多隧道塌方均在拱腰位置出現(xiàn)，所以拱頂下沉監(jiān)測點(diǎn)宜布置此處，
如果此處圍巖特差，可適當(dāng)增加拱頂下沉監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量，在拱頂和拱腰之間根據(jù)需要可適當(dāng)加密布置。
2.3 科學(xué)研究
如果需進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)研究，則在布置面時(shí)的監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)盡量布置完整，從而能得到完整數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通?？梢园匆?guī)范進(jìn)行布置即可，斷面不宜太多，盡量選擇較為典型的斷面進(jìn)行各監(jiān)測項(xiàng)目內(nèi)容的布置，這樣在一個(gè)斷面監(jiān)測項(xiàng)目多得到的數(shù)據(jù)也越完整，經(jīng)過計(jì)算分析后可以驗(yàn)并進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
結(jié)論
通過上述分析可以看出，監(jiān)測項(xiàng)目的選擇及測的布置需根據(jù)監(jiān)測目的來進(jìn)行選擇，不應(yīng)死套規(guī)，這對于監(jiān)測工作者來說是至關(guān)重要的。選擇或置合適可以使監(jiān)測效率事半功倍，反之則會浪費(fèi)必要的人力物力且監(jiān)測效率低下，下面總結(jié)幾點(diǎn)驗(yàn)。
（1）監(jiān)測的首要目的肯定是保證施工的安全，別是在隧道數(shù)量比較多時(shí)，一定要提高監(jiān)測效率，然肯定顧此失彼，所以在選擇監(jiān)測項(xiàng)目和測點(diǎn)布時(shí)一定要有的放矢，不能盲目進(jìn)行。
（2）通常在隧道口布置時(shí)，可以選擇地表下沉、周邊收斂、拱頂下沉和初襯混凝土內(nèi)應(yīng)力四個(gè)監(jiān)測項(xiàng)目；而在隧道內(nèi)時(shí)，周邊收斂、拱頂下沉一般是必不可少的，初襯混凝土可根據(jù)圍巖狀況，有選擇的加以布置。
（3）周邊收斂、拱頂下沉通常是在同一斷面布置，所以布置時(shí)如果只考慮施工安全和優(yōu)化施工順序，周邊收斂可只量測水平向的，而拱頂下沉三個(gè)測點(diǎn)最好分別安裝在拱頂和兩側(cè)拱腰，這樣有利于提高監(jiān)測效率且能保證監(jiān)測的可靠性。
（4）根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，拱頂下沉由于量測方便、布置簡單且效果顯著，筆者認(rèn)為它是所有監(jiān)測項(xiàng)目的選擇，拱頂下沉可以加大布置密度，這樣可以顯著提高施工安全和監(jiān)測效率。
參考文獻(xiàn)
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