新奥法隧道施工中的监控量测技术研究
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摘 要：在隧道建设中通过对隧道进行监控量测，可以及时发现隧道围岩在施工中所发生的变化，经过分析之后能够改变方案、优化修改设计并且指导现场施工，使得隧道建设能够顺利进行。文章阐述了隧道工程中新奥法监控量测的项目分类、目的和方法，并提出了数据处理和分析的方法，从而优化了新奥法的量测技术。
中图分类号：U456 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）14-0151-02
近年来，隧道建设中已广泛采用新奥法进行隧道设计及施工，而现场监控测量是新奥法隧道施工的三大支柱之一，监控量测数据的采集、处理和分析本身就是新奥法的重点和难点，也是评价设计、施工建设是否合理的重要方面，是对新奥法进行继续研究探讨发展的方向之一。在隧道施工中进行监控量测能够及时掌握隧道围岩动态和支护结构的使用情况，对施工进度、工程质量以及经济投入都有非常重要的影响。在施工安全方面，通过对支护状态进行评价，能够做到及时预测隧道施工中存在的险情，保障施工者的人身安全。
1 现场监控量测流程
隧道施工采用新奥法时，现场监控量测就是对隧道围岩和支护结构体系的稳定性和使用情况做出判断，从而保证施工安全、指导施工、选择及修正支护参数、进行施工管理。同样现场监控量测是隧道设计、施工中不可或缺的一个重要步骤，它对于隧道施工前的初始设计和施工建设过程中进行再设计都有着重要的指导意义。监控设计的流程图如图1所示。
综合考虑，现场监控量测并非只是最初施工设计时进行初勘和各项静态测试，最重要的一方面是在整个施工阶段进行隧道地质情况的详勘和各项动态测试。判断循环存在于整个施工过程中，并不断进行设计的修正完善和优化。
2 隧道监控量测中的内容、方法和目的
①地质及支护状况的观察。在每次完成爆破后和初喷后，为了对隧道围岩的稳定性进行正确评价，判断围岩的类别是否与预设计相符，需要通过施工者进行肉眼观察、地质罗盘及锤击检查隧道中各个掌子面的方法，描述、记录围岩地质、岩性、岩层产状、结构面、裂隙、溶洞、地下水情况以及衬砌支护效果，必要时地下水流量也应进行拍照、测量。对开挖面附近进行初期支护状态进行观察、描述、记录，从而对判断围岩、隧道稳定性、支护结构参数的合理性有着非常重要的作用。
②围岩周边收敛量测。周边收敛量测是对隧道周边相对方向两个固定点连线上的相对位移值进行测量，了解周边收敛和断面变形状况，直观表现了隧道开挖所引起围岩的变形情况，大多采用收敛计进行接触量测或高精度全站仪进行非接触式量测。隧道开挖爆破后应尽早的在隧道两侧边墙及拱腰水平方向进行钻孔，钻孔直径40～50 mm，并埋设深度约为20～30 mm的测杆或球头测桩，使用快凝水泥固定，测桩球头应设有保护罩。测点位置如图2所示。
③拱顶下沉量测。大多浅埋隧道里判断围岩稳定性的必要依据就是拱顶下沉和地表下沉。地表的下沉是由于隧道拱顶发生下沉造成的，地表点所发生的下沉位移值一般比拱顶点发生的下沉位移值要小，两者发生下沉的时间不同，拱顶点下沉要比地表点下沉早。特殊情况下两者下沉同时发生，当隧道埋深很浅、围岩发生破碎时，地表下沉位移值逼近拱顶下沉位移值。所以，根据不同隧道开挖面上拱顶点的垂直位移的变化情况，就可以对隧道的稳定性做出判断。隧道拱顶下沉量测时可采用精密水准仪及钢卷尺进行接触式量测方法。在量测时先在周边收敛量测断面拱顶处埋设一个测桩，再在测桩上焊接一弯钩，弯钩上挂上钢卷尺，使用精密水准仪进行测量。
④地表下沉。是通过地表下沉位移量来判断隧道开挖施工对地表下沉造成的影响，从而最终确定隧道支护结构。量测过程中基准点埋设在以隧道开挖横向各3～5倍洞径外的区域为地表测试有效范围，在此范围内埋设地表沉降观测基点，再使用水准仪量测观测基点下沉位移值。
2.2 隧道监控量测的选测项目
①围岩内部位移量测。进行该量测是了解隧道围岩松弛区、位移量及围岩应力的分布情况，使之能够为判断隧道围岩变形情况提供数据。量测时使用多点位移计，埋入隧道锚杆内， 量测隧道围岩内部不同深度发生的位移值。
②锚杆轴力量测。锚杆轴力量测是为了判断锚杆的布置是否合理，依据为锚杆所承受的压力。量测时使用测力锚杆，埋入隧道锚杆孔内，从而量测隧道围岩内部的不同深度锚杆所受的压力。
③衬砌应力量测。是根据喷射混凝土层内轴向应力及衬砌内应力，记录支护衬砌内受力情况。量测工具：应力计，施工进行喷射混凝土的同时，把应力计埋入其中，量测喷射混凝土层内的轴向应力。施工进行浇筑混凝土模筑时，把应力计埋入其中，量测衬砌内应力。
④围岩压力及支护压力量测。利用围岩压力及支护压力量测得出围岩压力及层间支护压力的大小，计算复合衬砌的围岩压力大小，用以判断隧道围岩给予初期支护和二次衬砌各自压力情况。量测使用压力盒，在围岩与初期支护间，在初期支护与二次衬砌间埋设压力盒，各自量测围岩与初期支护间接触压力及初期支护与二次衬砌间的接触压力。
⑤型钢支撑应力量测。型钢支撑应力量测是量测作用在型钢支撑上的压力，用来对型钢支撑的几何尺寸、间距以及是否使用型钢支撑做出判断。量测时在型钢支撑上焊接钢筋计，量测型钢支撑上的压力。
⑥弹性波测试。弹性波测试主要是勘察围岩松动区的大小以及裂隙的变化情况。量测时采用单孔法/跨孔法使用HF-D型智能声波仪来测定围岩中不同深度的岩体波速，以确定围岩松动区域大小、岩体内部裂缝大小。
3 数据处理与分析
现场量测采集的数据由于受环境和人为因素的影响存在不可避免的偶然误差，所以现场量测所得的数据都要经过数理回归分析。根据实测位移值，来选择曲线函数，再用回归分析来处理数据，制定出实测值散点曲线图及回归函数曲线图，同时再绘制位移―时间曲线（U―T曲线），对最大位移值做出预测，使之正确的指导施工。从绘制得到的周边水平位移曲线中可以了解到围岩净空变化值的大小，对围岩是否进入稳定状态做出相应判断；从拱顶下沉曲线中可以测量出拱顶下沉量，使之对现有初期支护是否能有效约束围岩变形增长做出判断。在实践中，通常采用四种非线性函数进行回归试算。
双曲线函数：U=T/（a+b・T）（1）
幂函数：U=a・Tb（2）
指数函数：U=a・e-（b/T）（3）
对数函数：U=a+b/lg（1+T）（4）
式中：a、b为回归常数；U为位移值（mm）；T为初读数后的时间（d）。
4 结 语
监控量测是对隧道围岩动态监控，判断其稳定性的重要手段，在新奥法施工中占据着非常重要的地位。但在具体施工实践中常常会出现监控量测只注重量测数据的采集、处理和分析，而与信息的传递和反馈脱节，工程建议过程有名无实，致使监控量测失去其原有的重要意义。再有施工者在施工中如漠视监控量测的重要性，浮躁马虎，所采集的数据不能反映真实情况，致使量测工作停留于表面。所以在隧道施工工作中要以求真务实的态度认真对待量测工作，认真采集、处理、分析量测数据，及时反馈信息优化设计，使得隧道施工能安全有效进行。
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