软弱围岩隧道的监控量测和数据分析处理

软弱围岩隧道的监控量测和数据分析处理

郭宽锐

随着我国近年来对基础建设重视，高速公路铁路的建设得到快速发展，而修建这些道路很多时候需要穿越山岭或者海岛，这就需要修建山岭或海底隧道，隧道施工因为地形地貌等因素特殊性，测量工作必不可少。通过对测量数据的汇总与分析，能将围岩的实际情况及时与施工和设计单位沟通，对于提高设计质量、降低施工成本非常重要，特别对保证施工单位所遇见的软弱不良地质围岩隧道的施工过程安全来说具有非常重要的现实意义。

1隧道监控量测

1．1量测目的

一是为了保证开挖掘进过程中施工人员以及掘进设备的安全，保证施工人员人身不受伤害，保证所施工的结构物长期稳定，不留下安全与质量隐患。二是通过不同断面与围岩级别的各个项目的量测，来积累数据资料，并将其通过数据与设计支护效果进行比较，进一步来修正改善设计支护参数与施工方法，达到指导施工保证过程安全与保证施工质量等目的。三是通过数据归纳收集，为信息化设计与施工以及确定二次衬砌时间提供现实依据。现场监控量测现在已经作为关键工序纳入了现场施工组织，规范要求，对周边建筑物有影响的隧道，应由专业的第三方进行检测。

现场检测要做到：开挖后及时布设各量测点、测点要牢固，埋设符合要求；按照量测项目，及时对各项目按照设计要求的频率进行观测；将观测到的数据与结果及时反馈给各个相关人员；发现问题及时采取各种相关的安全防护控制措施。

1．2量测设计与量测的项目

监控量测的设计要根据所在项目的地形地貌、水文地质与工程地质条件、设计院设计所采取的开挖支护类型以及施工中拟采用的各种技术方法和机械设备等。

监控量测项目分为必测项目和选测项目。我单位施工的某铁路项目隧道内主要为泥质、炭质软弱片岩，局部地段涌水，存在破碎带和断层，节理发育，围岩等级为Ⅴ级，该不良地质围岩隧道所选取的必测项目有五项，具体见表1.2－1与表1.2－2。

1.3量测断面间距

量测断面间距应根据围岩级别、隧道断面尺寸及埋深等因素加以确定。具体见表1.3－1。

说明：一般在隧道洞口以及岩土体浅埋的地段，所选取的断面间距常常采用最小值；对于量测所选取的选测项目，所对应的量测断面的测点数量，一般在选取有代表性的1～2个；当所遇到的为软岩围岩或不良地质的隧道时，应该视围岩及水文地质情况，对测点应该进行加密，对断面也进行适当的加密。

1．4监控量测断面布置

量测断面布置时要考虑本项目所确定选用的是台阶法，还是全断面或三台阶等方法；围岩好还是比较差，是否有涌水、断层、滑层等地质因素，还要与初期支护所采用的各种参数参数相结合。本工程项目每个断面，布置了一个拱顶下沉量测点和两条收敛量测线。测点在一个断面内进行对称布设；对于不同断面测点按照掌子面围岩的不同距离设置要求，设置的在隧道的同一个部位，同一断面之内，不可错开设置。

1．5量测频率

对于隧道洞内的观察，主要所做的工作为开挖掌子面的各种围岩地质情况观察和支护表面混凝土、钢架等的稳定情况等观察。开挖掌子面的观察一定要把握住时间，一般都在爆破开挖除险后立即进行，当掌子面的地质情况与设计或前一断面对比基本上没有发生比较大的变化时，每天观察一次。对支护表面各因素的量测与监控也应每天至少进行一次观察。观察的内容包括喷射混凝土的表层是否出现裂纹、凝固和稳定情况、初期支护的外观状况及稳定情况等。

2监控量测数据的处理

施工过程中由于受各种地形水文，地质以及人为因素或受仪器精度、操作人员的责任心与水平等各种原因的影响，所量测到的数据总体来说不是均衡的，一般都是分散的或是变化的，得到的数据大都具有一定的离散性，因此要对所采集到的实测数据，采用一定的方法进行归纳、统计，并按照实际情况对各个环节进行回归分析、误差分析和归纳整理等，最后才能得到与现场实际比较接近的数据或事实，只有做好前面比较基础性的分析、归纳、整理等相关工作后，才可利用新得到的数据对成果进行处理分析。

3工程实测数据分析

我单位施工的某隧道，施工中进行了围岩必测和选测的量测，此处仅选取不良地质某地段，对本隧道的安全性和稳定性有比较大影响的的周边收敛量测和拱顶下沉量测所得到的数据进行了选取，并对监控量测所得到的数据进行了结果分析。

运用指数、对数以及双曲线函数对监控量测数据进行回归分析，预测测点可能出现的最终数值和影响的范围等，可进一步验证设计方设计的支护参数和施工所采用的施工方法的合理性及为后续施工各项参数的调整提供一定的依据，为隧道的信息化设计与施工以及确定合理的二次衬砌时间提供数据支撑与依据，并可预测各级围岩的稳定性，并为后续围岩的开挖与支护以及施工方法等提供合理的参数。本工程根据施工中所选取的有代表性的几个断面所检测到的周边收敛数据和拱顶下沉与时间的数据，绘制了隧道周边收敛与时间的关系曲线、拱顶下沉与时间的关系曲线，选取了存在软弱不良地质地段的三个典型断面D1、D2、D3进行了数据收集、汇总整理等工作，对其对周边收敛和拱顶下沉情况结合三种函数进行了回归分析。具体情况见下表。

由以上表图可看出，量测得到的数据，可利用上述各函数对隧道的必测项目周边收敛数值和拱顶下沉数据进行分析，利用周边收敛回归分析所得到的极限值与施工规范所要求的允许值也比较接近，拟合程度相对来说比较高，相关系数接近于1，这说明用以上的方法，对预测隧道的稳定性和施工安全性、信息化设计与施工等都具有比较重要的作用与意义。

4结论

通过对现场量测所取得各种数据以及利用数据绘制的各种变形曲线，采用数学方法，用对数、指数、双曲线等函数模型进行回归分析，可以比较直观快速的判断出隧道前方开挖掌子面的稳定情况，而且能结合开挖掌子面素描所揭示的现场实际工程地质状况，通过实测数据的汇总统计与比较分析，能将围岩的监控量测各种数值的变化，以及变化是否具有一定的规律性和它的发展趋势，能够及时与各方共享和沟通，对施工的过程安全、降低施工成本、预测隧道的稳定性等非常重要，对隧道信息化设计与施工等都也具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]铁路隧道监控量测技术规程Q/cＲ9218－2015．北京：中国铁道出版社，2015．

[2]中华人民共和国交通部．公路隧道设计规范．

[3]王凯和.浅谈软弱围岩隧道监控量测方案设计[J].福建建材，2015（5）：21-22.