內(nèi)容提示：連拱隧道在國內(nèi)作為一個新興的課題，尚處于由存在而論證其合理性的階段。結(jié)合目前隧道工程建設(shè)監(jiān)測工作的需要，對公路連拱隧道工程安全監(jiān)測的設(shè)計、實施方法作了較為深入的研究；并對主要施工工藝以及施工動態(tài)的分析，再結(jié)合隧道施工可能對周圍環(huán)境影響的分析，指導(dǎo)連拱隧道的信息化設(shè)計和施工，通過對連拱隧道主要施工工藝及施工控制的研究，擬解決隧道動態(tài)施工力學(xué)問題。

　　1公路隧道施工監(jiān)控量測的必要性

　　隧道工程是一種特殊的工程結(jié)構(gòu)體系。從巖體力學(xué)的角度看，它是處于與圍巖相互作用的體系之中的結(jié)構(gòu)物；從地質(zhì)力學(xué)的角度看，它是處于千變?nèi)f化的地質(zhì)體之中的工程單元體。在這樣的巖體或地質(zhì)體中，隧道必將受到周圍地質(zhì)環(huán)境的強烈影響；從結(jié)構(gòu)角度看，這種工程單元體是由周圍地質(zhì)休和各種支護結(jié)構(gòu)構(gòu)成，即：

　　隧道結(jié)構(gòu)體系＝周圍地質(zhì)體+支護結(jié)構(gòu)

　　其形成過可作如下圖1表述：

　　從隧道的這種復(fù)雜的力學(xué)發(fā)展過程，可以認(rèn)識到以下兩點：

　　第一，隧道工程如果作為一種工程結(jié)構(gòu)物看待，它的受力特點與地面工程有很大的差別。由于隧道工程是處于千變?nèi)f化的巖體之中，其所受外力是不明確的；

　　第二，隧道工程的成形過程，自始至終都存在著受力狀態(tài)變化這一特性。即隧道從開挖起，一直到受力平衡和體系穩(wěn)定，或者到結(jié)構(gòu)受損，圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)一直是在變動，支護和襯砌的內(nèi)力和外形也在變動之中。

　　2公路隧道監(jiān)測項目及量測要求

　　2.1公路隧道監(jiān)測項目

　　施工監(jiān)控量測的項目應(yīng)根據(jù)隧道工程地質(zhì)條件、圍巖類別、圍巖應(yīng)力分布情況、隧道跨度、埋深、工程性質(zhì)、開挖方法、支護類型等因素確定。

　　2.2公路隧道監(jiān)控量測要求

　　（1）能快速埋設(shè)測點，隧道在開挖過程中，開挖土作面四周兩倍洞徑范圍內(nèi)受開挖影響最大。測點一般是開挖后埋設(shè)的，為盡早獲得圍巖開挖初始階段的變形動態(tài)，測點應(yīng)緊靠工作面快速埋設(shè)，盡早量測。

　�。�2）每一次量測數(shù)據(jù)所需時間應(yīng)盡可能短。

　�。�3）測試元件應(yīng)具有良好的防震、防沖擊波能力。

　�。�4）測試數(shù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)確可靠、直觀，不必復(fù)雜計算即可直接應(yīng)用。

　�。�5）測試元件在埋設(shè)后能長期有效工作，應(yīng)有足夠的精度。

　　3公路隧道監(jiān)控量測的實施分析

　　隧道工程監(jiān)測的實施階段就是進(jìn)行儀器安裝和測讀的階段，因此需要編制相應(yīng)的監(jiān)測工程施工組織設(shè)計，需要收集并分析監(jiān)測工程設(shè)計文件、技術(shù)規(guī)范、儀器布置圖等資料，進(jìn)行現(xiàn)場考察，研究工程特點和施工條件，確定施工方案，編制進(jìn)度計劃。

　　3.1量測基準(zhǔn)值的確定

　　各種觀測儀器的計算都是相對計算，所以每個儀器必須有個基準(zhǔn)值�；鶞�(zhǔn)值就是儀器安裝埋設(shè)后開始工作的觀測值，基準(zhǔn)值的確定是觀測的主要環(huán)節(jié)之一。基準(zhǔn)值確定的適當(dāng)與否直接影響以后資料分析的正確性，由于確定不當(dāng)會引起很大的誤斷。所以各量測項目應(yīng)十分重視初讀數(shù)的準(zhǔn)確性，因為量測所得的初讀數(shù)是判斷施工安全的基準(zhǔn)點。初讀數(shù)的取得往往需要經(jīng)過數(shù)次波動之后才能趨于穩(wěn)定，測讀時必須是連續(xù)三次測得的數(shù)值基本一致后才能將其定為初讀數(shù)，否則應(yīng)繼續(xù)測讀，直至滿足要求為止。

　　3.2圍巖周邊位移量測

　　圍巖周邊各點趨向隧道中心的變形稱為“收斂”，所謂圍巖周邊收斂位移量測主要是指對隧道內(nèi)壁面兩點間連線方向的位移的量測，此項量測稱為“收斂”量測。收斂值為兩次量測的距離之差。收斂量測是隧道施工監(jiān)控量測的重要項目，收斂值是最基本的量測數(shù)據(jù)，是判斷圍巖動態(tài)最主要的量測項目，必須量測準(zhǔn)確，計一算無誤。隧道工程施工比較強調(diào)圍巖變形，因為巖體變形是應(yīng)力性態(tài)變化的最直觀反映，是隧道開挖時圍巖動態(tài)、圍巖條件、支護效果的綜合體現(xiàn)，是在隧道全長進(jìn)行的重要量測項目。此項目的量測結(jié)果可用以判斷：周邊圍巖的穩(wěn)定性；確定支護時間、推算位移速率、最終位移值、初期支護的妥當(dāng)與否及襯砌、仰拱的灌注時間等。

　　初測觀測斷面應(yīng)盡可能靠近開挖掌子面，距離不宜大于1.0m.應(yīng)保證沿隧道軸線每類圍巖至少有一個量測斷面。一般情況下，洞口段和埋深小于兩倍隧道寬度地段，間隔5～10m一個量測斷面；其余地段可根據(jù)地質(zhì)條件，按規(guī)范要求布設(shè)斷面。對于地質(zhì)條件好且收斂值穩(wěn)定的隧道，可加大量測斷面的間距；對于圍巖較差，收斂值長期不穩(wěn)定，開挖進(jìn)度快或采用分部開挖法施工的隧道，可縮小量測斷面的間距。

　　測點的布置要優(yōu)先考慮拱頂、拱座和邊墻，若圍巖局部有穩(wěn)定性差的巖體，也應(yīng)該設(shè)置測點，遇軟弱夾層時，應(yīng)在其上下盤設(shè)測點。

　　圍巖位移有絕對位移和相對位移之分。絕對位移是指隧道圍巖或頂?shù)装寮皞?cè)端某一部位的實際移動值，其量測方法是在距測點較遠(yuǎn)的地方設(shè)置一基點（該基點坐標(biāo)已知，且不再產(chǎn)生移動），然后定期用經(jīng)緯儀自基點向?qū)崪y點進(jìn)行量測，根據(jù)前后兩次觀測所得的標(biāo)高及方位變化，即可確定圍巖的絕對位移量。

　　應(yīng)當(dāng)根據(jù)洞室跨度的不同和所要求的精度的不同來選擇不同種類的收斂計。量測到的收斂值是指已知兩測點間在某一時間段內(nèi)距離的改變量，按下式計算：

　　△u＝R₁-R₂△v＝△u/△t△t＝t₁-t₂

　　式中：△u，△v，△t——分別為收斂值、收斂速度、觀測時間間隔；

　　R₁，R₂，t₁，t₂——時刻觀測值。

　　須指出，按上式計算的數(shù)值，前后兩次觀測時的量測方法應(yīng)相同，必要時還需進(jìn)行鋼帶尺刻度和溫度的修正。3.3拱頂下沉量測

　　隧道拱頂內(nèi)壁的絕對下沉量稱為拱頂下沉值，單位時間內(nèi)拱頂下沉值稱為拱頂下沉速度。拱頂下沉量測也屬位移量測，對于埋深較淺、固結(jié)程度低的地層，水平成層的場合，這項量測比收斂值量測更為重要，其量測數(shù)據(jù)是判斷支護效果，指導(dǎo)施工工序，保證施工質(zhì)量和安全的最基本的資料。

　　拱頂下沉量的大小，可通過凈空收斂觀測值利用計算的方法而得到，根據(jù)測線A，B，C的實測值并利用三角形面積換算求得。

　　3.4圍巖內(nèi)部位移量測

　　隧道圍巖內(nèi)部位移量測是通過鉆孔位移計量測孔壁巖體不同深度的軸向位移。它不同于隧道圍巖收斂觀測，后者僅能測到洞室凈空收斂變形，前者則能測到洞室圍巖內(nèi)不同深度上軸向變形。因此根據(jù)這些觀測資料，可分析判斷洞室圍巖位移的變化范圍和松弛范圍，預(yù)測預(yù)報圍巖穩(wěn)定性，為修改錨桿支護參數(shù)提供重要依據(jù)。因此，隧道圍巖內(nèi)部位移量測的主要口的是為了解隧道圍巖的徑向位移分布和松弛范圍，優(yōu)化錨桿參數(shù)，指導(dǎo)施工。

　　實踐證明，當(dāng)隧道開挖后，巖體固有結(jié)構(gòu)被破壞，塊體間阻力削弱而變形松弛，坑道圍巖應(yīng)力重分布，坑道周邊徑向應(yīng)力被釋放，圍巖內(nèi)通常形成塑性區(qū)，一方面使應(yīng)力不斷地向圍巖深部轉(zhuǎn)移，另一方面又不斷地向隧道方向變形并逐漸解除塑性區(qū)的應(yīng)力。這種向隧道方向的變形，一般在開挖后24h內(nèi)發(fā)展較快，而圍巖開挖初始階段的變形動態(tài)數(shù)據(jù)又在全部變形過程中占十分重要的地位，因此要求測點應(yīng)盡快安裝，并在下一循環(huán)開挖前獲得初讀數(shù)。

　　圍巖內(nèi)部變形量測的設(shè)備，主要是使用位移計。

　　當(dāng)在鉆孔內(nèi)布置多個測點時，就能分別測出沿鉆孔不同深度巖層的位移值。測點1的深度愈大，本身受開挖的影響愈小，所測出的位移值愈接近絕對值。

　　圍巖內(nèi)位移的量測多在軟弱、破碎或具有較大地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的圍巖內(nèi)進(jìn)行。這類圍巖本身力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，受力變形規(guī)律不易預(yù)測，支護比較困難。進(jìn)行圍巖內(nèi)位移量測，可以比周邊位移量測獲取更多的地層信息，特別是有關(guān)圍巖內(nèi)的信息，對分析圍巖的位移規(guī)律，并據(jù)此調(diào)整支護參數(shù)，或設(shè)計新的支護結(jié)構(gòu)大有助益。

　　實用中，一般根據(jù)量測結(jié)果，先繪出位移-深度關(guān)系曲線和位移-時間關(guān)系曲線。

　　如果在兩相鄰測點間位移突然變化，則表明在此兩點間很可能有不連續(xù)位移發(fā)生，即松弛圍巖的界面在此兩點之間，調(diào)整支參數(shù)時，如有可能則應(yīng)使錨桿長度超出此兩點。如果相鄰測點間位移變化比較均勻，且最深測點仍有較大變形，則表明圍巖受到擾動范圍較大，僅靠調(diào)整錨桿長度一般難以解決支護問題；這時應(yīng)采取綜合治理措施，采用特殊的鋼支撐加錨噴（掛網(wǎng)）等方案進(jìn)行初期支護，并在必要時加大二次襯砌的強度與剛度。通過位移一時間曲線，如果掌握了圍巖內(nèi)部隨時間變形的規(guī)律，則可更好地用于指導(dǎo)施工，如確定復(fù)噴的時間和二次襯砌的施工時間。