中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團企業(yè)。
摘要：隨著城市化腳步的加快，城市交通建設(shè)的發(fā)展在不斷地隨之加快腳步，那么作為城市道路系統(tǒng)的重要部分——隧道的發(fā)展是現(xiàn)如今城市交通建設(shè)的重中之重。而隧道的建設(shè)離不開監(jiān)控量測的技術(shù)。施工監(jiān)控量測及信息反饋技術(shù)是“新奧法”修建隧道與地下工程的重要工序之一，是施工決策與管理的信息源，是現(xiàn)代隧道施工的重要組成部分，是監(jiān)控圍巖與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要手段，它對于隧道及地下工程的安全施工是極其重要并且是不可或缺的。
關(guān)鍵詞：隧道；監(jiān)控量測；探討
中圖分類號：U45文獻標識碼：A 文章編號：
0引言
城市化腳步的加快，讓城市中隧道的發(fā)展加快了建設(shè)的腳步。其中隧道的安全性是否到位，將直接影響著人們的生命財產(chǎn)安全，以及社會影響，所以在復(fù)雜多變的地層中實施某一工法，或者在同一地層中實施不同施工措施時，都將面臨對實施效果的正確評價，經(jīng)驗固然是類比和參照的有效手段，但無法在定量控制工序環(huán)節(jié)時提供及時有效的經(jīng)濟方案，尤其是風險較大的工程。
一、隧道施工監(jiān)控量測基本要求
上面也提到過，隧道施工監(jiān)控量測及信息反饋技術(shù)是“新奧法”修建隧道與地下工程的重要工序之一。新奧法中量測工作是監(jiān)視設(shè)計、施工是否合理、正確的明亮雙眸，同時也是監(jiān)視圍巖是否安全穩(wěn)定的最佳手段，始終伴隨著施工的全過程。所以有如下幾點要求:①能快速埋設(shè)測點;②每一次量測數(shù)據(jù)所需時間應(yīng)盡可能短;③測試數(shù)據(jù)應(yīng)準確可靠;④測試元件應(yīng)具有良好的防震、防沖擊波能力;⑤測試數(shù)據(jù)直觀，不必復(fù)雜計算即可直接應(yīng)用;⑥測試元件埋設(shè)能長期有效工作;⑦測試元件應(yīng)有足夠的精度。
二、監(jiān)測項目以及實施的措施
監(jiān)測的項目主要就是依據(jù)隧道工程在施工前期的環(huán)境條件、地質(zhì)條件、施工方法以及支護類型等綜合考慮確定。
2.1洞內(nèi)外觀察
首先就是實施監(jiān)測目的：在地下工程中，開挖前的地質(zhì)勘探工作很難提供非常準確的地質(zhì)資料。所以，在施工過程中對前進的開挖面附近圍巖的巖石性質(zhì)、狀態(tài)以及洞外地表是否開裂等現(xiàn)象進行目測、對支護結(jié)構(gòu)進行目測，在新奧法量測項目中占有很重要的地位。
其次就是實施的措施：其中開挖后沒有支護的圍巖的目測內(nèi)容包括：①巖質(zhì)種類和分布狀態(tài)，節(jié)理裂隙發(fā)育程度和方向性，節(jié)理裂隙的填充物的性質(zhì)和狀態(tài)等；②開挖工作面的穩(wěn)定狀態(tài)，頂板有無剝落現(xiàn)象；③是否有涌水，涌水量大小，涌水位置等；開挖后已支護段的內(nèi)容包括：④有無錨桿被拉斷或墊板陷入圍巖內(nèi)部的現(xiàn)象；⑤噴砼是否產(chǎn)生裂隙或剝離，要特別注意噴砼是否產(chǎn)生剪切破壞；⑥鋼拱架有無被壓屈現(xiàn)象；⑦是否有底鼓現(xiàn)象。
2.2地表沉降
首先就是實施監(jiān)測目的：地下工程開挖后，地層中的應(yīng)力擾動區(qū)延伸至地表，圍巖力學(xué)形態(tài)的變化在很大程度上反映于地表沉降，且地表沉降可以反映隧道開挖過程中圍巖變形的全過程。
其次就是監(jiān)測儀器：ＤＳＺ２水準儀＋測微器、塔尺。
最后就是實施的措施：①基點埋設(shè)：基點應(yīng)埋設(shè)在沉降影響范圍以外的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)；且盡量埋設(shè)在視野開闊的地方，以利于觀測;②沉降點的埋設(shè)：在進行沉降測點的埋設(shè)時，先在地表鉆孔，然后放入沉降測點，測點采用２２ｍｍ，長２００～３００ｍｍ半圓頭鋼筋制成。測點四周用水泥砂漿填實。待測點完全穩(wěn)定后，即可開始測量。與基點聯(lián)測應(yīng)不少于３次，求得平均值，確定沉降點的初始高程;③沉降值計算：量測時通過測得各測點與水準點（基點）的高程差ΔＨ，可得到各監(jiān)測點的標準高程Δｈｔ，然后與上次測得高程進行比較，差值Δｈ即為該測點的沉降值。即：ΔＨｔ（１，２）＝ Δｈｔ（２）－Δｈｔ（１）;④數(shù)據(jù)分析與處理：將每次測到的地表沉降數(shù)據(jù)進行計算、整理和收集，并根據(jù)施工的具體情況，分階段繪出沉降曲線，對由曲線所形成的地表沉降槽進行分析處理。
2.3拱頂下沉
首先就是實施監(jiān)測目的：拱頂下沉量測值是反映隧道安全和穩(wěn)定的重要數(shù)據(jù)，是圍巖和支護系統(tǒng)力學(xué)形態(tài)變化的最直接、最明顯的反映，易于實現(xiàn)量測信息的反饋。
其次就是監(jiān)測儀器：隧道采用ＤＳＺ２水準儀＋測微器，附加鋼掛尺進行量測。
最后就是實施的措施：①測點埋設(shè)：測點直接焊接在隧道初支鋼支撐上，即可進行量測，施工過程中要注意保護測點，盡使量測數(shù)據(jù)不中斷；②沉降值計算：對同一測點而言：ΔＵｉ＝Ｕｉ－Ｕｉ－1式中：Ｕｉ———第ｉ次高差；Ｕｉ－1———第ｉ－１次測得與基點高差；ΔＵｉ———第ｉ次測得沉降值；③數(shù)據(jù)分析與處理：監(jiān)測數(shù)據(jù)的填寫、處理與地表下沉相同。如果拱頂下沉超限，可采取以下方法控制拱頂?shù)南鲁粒焊牧脊绊攷r體的穩(wěn)定性；改善開挖方法以減小開挖對拱的擾動；加強支護等來進行綜合處理。
2.4圍巖壓力
首先就是監(jiān)測目的：了解作用于噴砼層與圍巖之間的徑向壓力。
其次就是監(jiān)測儀器：壓力盒、電阻應(yīng)變儀。
最后就是實施的措施：①測點埋設(shè)：把測點布設(shè)在具有代表性的隧道斷面的關(guān)鍵部位上，并對各測點逐一進行編號。壓力盒埋設(shè)，要使壓力盒的受壓面向著圍巖。先用水泥砂漿將壓力盒處的圍巖抹平，再把壓力盒固定在巖面上，并用噴砼覆蓋，保證圍巖與壓力盒受壓面密貼；②壓力計算：根據(jù)每次所測得的各測點應(yīng)變讀數(shù)，可依據(jù)壓力盒的應(yīng)變—應(yīng)力公式來直接得出相應(yīng)的應(yīng)力值；③數(shù)據(jù)處理與分析：根據(jù)壓力值繪制壓應(yīng)力—時間曲線圖，在隧道橫斷面圖上按不同的施工階段，以一定的比例把壓力值點畫在各壓力盒分布位置，并以連線的形式將各點連接起來，成為隧道圍巖壓力分布形態(tài)圖。
2.5鋼支撐內(nèi)力
首先就是監(jiān)測目的：了解施工過程中初支鋼支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力情況。
其次就是監(jiān)測儀器：鋼筋應(yīng)變計、電阻應(yīng)變儀。
最后就是實施的措施：①測點埋設(shè)：根據(jù)需要，將各測點焊接在初支鋼架上，并對各測點逐一進行編號;②數(shù)據(jù)計算：根據(jù)每次所測得的各測點應(yīng)變讀數(shù)，可依據(jù)鋼筋計的應(yīng)變—應(yīng)力公式來直接得出相應(yīng)的應(yīng)力值;③數(shù)據(jù)分析與處理：根據(jù)鋼支撐應(yīng)力值繪制鋼支撐應(yīng)力隨時間的變化曲線。
2.6噴混凝土應(yīng)變
首先就是監(jiān)測目的：了解噴砼層內(nèi)部的應(yīng)變值分布情況。
其次就是監(jiān)測儀器：混凝土應(yīng)變計、電阻應(yīng)變儀。
最后就是實施的措施：①測點埋設(shè)：把測點布設(shè)在具有代表性的隧道斷面的關(guān)鍵部位上，并對各測點逐一進行編號?；炷翍?yīng)變計的埋設(shè)，在鋼支撐上焊長１５ｃｍ的鋼筋（外露１０ｃｍ），然后將應(yīng)變計綁扎在鋼筋上，再噴射砼進行覆蓋；②壓變計算：根據(jù)每次所測得的各測點讀數(shù)，即可得出噴砼層內(nèi)部的應(yīng)變值；③數(shù)據(jù)處理與分析：根據(jù)應(yīng)變值繪制應(yīng)變—時間曲線圖，在隧道橫斷面圖上按不同的施工階段，以一定的比例把應(yīng)變值點畫在各混凝土應(yīng)變計分布位置，并以連線的形式將各點連接起來，成為隧道噴混凝土層內(nèi)部應(yīng)變分布形態(tài)圖。
三、監(jiān)測頻率以及監(jiān)測數(shù)據(jù)處理和信息的反饋
3.1量測頻率
做為施工人員的我們首先應(yīng)該做的就是要盡快安裝各測點，同時要較早獲得靠近推進工作面的動態(tài)數(shù)據(jù)。地表下沉的量測在隧道開挖前進行，量測超前于隧道開挖工作面；拱頂下沉、水平收斂及隧底上鼓量測在開挖后及時進行，初始讀數(shù)應(yīng)在爆破開挖后１２ｈ內(nèi)，并在下一循環(huán)開挖前取得，并要加強測點的保護。量測頻率主要根據(jù)位移速率和測點距開挖面距離而定。若遇有異常變形情況時，應(yīng)加密量測次數(shù)。
3.2監(jiān)測數(shù)據(jù)處理及信息反饋
在取得監(jiān)測數(shù)據(jù)后，要及時進行整理，繪制位移或應(yīng)力的時態(tài)變化曲線圖，即時態(tài)散點圖，如圖1所示。
圖1位移時態(tài)曲線圖
那么，當我們在取得足夠的數(shù)據(jù)后，還應(yīng)根據(jù)散點圖的數(shù)據(jù)分布狀況，選擇合適的函數(shù)，對監(jiān)測結(jié)果進行回歸分析，以預(yù)測該測點可能出現(xiàn)的最大位移值或應(yīng)力值，預(yù)測結(jié)構(gòu)和建筑物的安全狀況。此時為確保監(jiān)測結(jié)果的質(zhì)量，全部數(shù)據(jù)均由計算機管理，及時上報監(jiān)測報表，每日提供日報表，如發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)在２ｈ內(nèi)通知監(jiān)理、設(shè)計單位，遇重大、緊急情況同時報總指，并按期向有關(guān)單位提交監(jiān)測月報，對當月的施工進行評價并提出施工建議。
四、結(jié)束語
經(jīng)過以上簡單敘述，可以得知監(jiān)控量測工作是一項具體而又復(fù)雜的工作，在我們實際操作的過程當中尚需不斷積累經(jīng)驗和完善相關(guān)理論，并通過監(jiān)控量測保證隧道安全，預(yù)防隧道塌方。也就是說整個監(jiān)控量測均應(yīng)圍繞著安全、經(jīng)濟、快速這個中心來運行，其運行的狀態(tài)與質(zhì)量直接關(guān)系著工程的安全與質(zhì)量，監(jiān)控量沒是為確保施工的安全進行，并將施工對周圍環(huán)境的影響降到最小程度，取得較好的經(jīng)濟和社會效益。
參考文獻:
［1］ 趙春鋒． 圍巖監(jiān)控量測在黃土隧道中的重要性［J］． 山西建筑，2011，37( 1) :138-139．
注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。
