摘要：公路隧道施工监控量测及信息化及时反馈技术是修建隧道的重要工序之一，是监控围岩与结构稳定性的重要手段，对于隧道的安全施工极为重要。研究以具体工程为例，介绍了围岩监控量测信息化系统的特点和组成部分，并对该系统在大中山隧道施工中的应用进行研究，从而保障了隧道施工的安全性。
关键词：隧道施工；围岩监控；工程预警
1工程概况
新建云南墨江至临沧公路TJ-7标位于普洱市哀牢山山脉，大中山隧道进口和出口端均位于镇沅县境内。隧道为双线分离式，左右线间距为28m，隧道区海拔高程为1198.58～1939.63m，相对高差741.05m，进口段平面为直线，纵坡＋1.3%。右线进口里程K88+245，出口里程K93+860，右线全长5615m。隧址区地表水主要为山体岩石裂隙渗出水。进口两侧冲沟内有溪流，为季节性流水。地下水类型主要包括第四系松散堆积层孔隙潜水、基岩裂隙水等。洞身区主要为泥质砂岩、砂质泥岩夹砂岩、砂岩夹泥岩，风化程度以中微风化为主，除断裂段外，泥钙质胶结，节理裂隙较发育，岩质较软，岩体完整性较好，围岩自稳能力一般。断裂带处围岩很破碎，完整性较差，自稳能力较弱。进口段洞身穿越1条断层，为F5大文庄断裂（断层里程为K89+070—K89+240），为非全新活动断裂，围岩等级为Ⅴ级。
2围岩监控量测信息化系统特点
1）有效避免人为对监测数据采集和处理过程的干扰，确保数据真实反映和反馈处理及时性，实现超限自动预警。2）突破传统管理模式，实现监测数据采集、数据传输、服务器后台综合分析、自动反馈。系统操作简单、功能齐全、窗口界面操作便捷、实用性强，降低内业处理时间，提高管理效率。3）实现观测数据及处理结果远程实时查询、溯源管理。4）有效降低成本，具备可推广性。
3围岩监控量测信息化系统在大中山隧道施工中的应用
3.1超前地质预报分析
由第三方检测单位于2017年8月28日至9月29日先后采用地质雷达和TSP进行了超前地质预报，根据报告中地质雷达测线数据和TSP测试等结果，综合分析出进口右洞K89+146—K89+220地质情况，认为该段岩体比前段变差，岩体破碎，呈角砾、碎石状结构，节理裂隙极发育，结构面间胶结差，软弱夹层发育，地下水较发育，尤其是K89+182—K89＋204段，掌子面极易掉块、坍塌，需严格控制开挖进尺，及时施作初期支护，必要时加强防排水措施，防止边墙及拱顶掉块坍塌。
3.2监测数据的分析应用
3.2.1测量数据的观测、整理
掌子面地质状况表、周边收敛拱顶下沉测量数据，每次观测后立即对数据进行校核，有异常及时补测；每次观测后及时对数据进行整理，包括观测数据计算、填表制图、误差分析等。
3.2.2测量数据分析
1）及时根据现场测量数据绘制时态曲线和空间关系曲线。根据图1对围岩稳定性进行判断：当位移-时间曲线出现反弯点时（见图1b），表明围岩和支护已发生了变形，呈不稳定状态，此时应密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖。2）隧道围岩任意点的实测相对位移值、通过分析推算的总相对位移值均应小于表1所列数值。结合实测值并根据变形等级的规定，确定变形红线。当实测值接近或达到警戒值，位移速率无明显下降，且初喷表面出现明显裂缝时，应立即采取补强措施，并调整原支护设计参数或开挖方法。表1中：①硬岩取下限，软岩取上限；②拱脚水平相对净空变化值，指两测点间净空水平变化值与其距离之比；拱顶相对下沉，指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比；③Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ类围岩可按工程类比初步选定允许值范围；④墙腰水平相对净空变化极限值，可按拱脚水平相对净空变化值乘以1.1～1.2后采用。项目部根据超前地质预报结果，加强了监测频率及密度，2017年10月6日，大中山隧道F5大文庄断裂带出现突发性变形，监控量测小组采用全站仪进行现场监测时，数据分析发现K89+182—K89+204段水平收敛和拱顶下沉变形异常，在重新复测确认后，2017年10月6日12：00利用便携式采集端现场上传监测数据至服务器，服务器随即进行综合计算分析，并根据设定的监测方案预警标准进行判定，得出K89+182断面监测数据（见图2），均触发速率红色预警。监控量测信息化系统立即推送手机短信预警信息、网页版挂饰预警信息以及PC机预警提醒，通过3种途径同时推送，预警信息根据权限设置分别送至不同层级的管理人员，做到不同问题在第一时间通知相关人员进行核实、处理与反馈。现场按照2h/次加大监测频率，至2017年10月6日18：00，现场监测数据显示异常变形扩大到K89+167断面（即变形范围扩大到距离掌子面37m）；19：00，上传监测数据至服务器，项目部收到工程预警信息后，调查分析预警原因，率先采取暂停洞内施工，撤离人员及机械至安全地带，洞内设置警戒线，安排专人进行安全巡视，并对发生问题的区域连续进行监测。K89+167断面监测数据如图3所示。建设单位收到工程预警信息后，立即组织监理、设计、施工等相关技术人员赶赴现场进行踏勘。预警断面位于F5大文庄断层破碎带中间部位（F5断层里程为K89+070—K89＋240），揭示围岩为强风化，节理裂隙发育，受构造运动影响，岩体破碎，胶结性差，节理短小杂乱，地下水不发育，围岩级别为Ⅴ级。现场采用三台阶法施工，按照超前小导管+Ⅴb支护参数进行超前和初期支护。观察发现，K89+170—K89＋178段（8m）拱顶有纵向裂纹、初支剥落现象；K89+155—K89＋160段（5m）右侧上中台阶结合部位初支开裂、剥落；K89＋158里程左侧、K89+163里程右侧存在由拱腰处向拱顶延伸的环向贯通裂纹。组织召开现场专题会，按照“宁强勿弱”的原则，研究确定工程措施，即先封闭掌子面、初支开裂段落，进行反压回填；同时施作加固圈，增设边墙砂浆锚杆及注浆锁脚锚管；并对左右线掌子面前方30m支护参数由Ⅴb调整为Ⅴc，以巩固加强；预留变形量为15cm，加大收敛、沉降异常段落的监控量测频率，按照2h/次监测，持续到变形在允许范围内，并做好变形动态分析。在此次预警响应过程中，建设各方迅速采取应急处理措施，及时地解除了险情，避免了围岩异常变形加速、初支失稳带来的隐患。隧道建设人员通过安装监测软件，在任何有信号网络的地方都可以打开程序浏览现场监测成果及工程预警信息，第一时间了解隧道围岩变形情况，动态指导施工，修改施工方法，调整围岩级别、变更设计支护参数并及时验证支护效果，确认支护参数和施工方法的准确性，有控制地调节围岩变形。经过持续2个月的攻坚施工，大中山隧道F5大文庄断层破碎带监控量测变形速率已经趋于稳定，从根本上避免了坍塌事故的发生。
4结语
监控量测既是反映隧道施工过程中围岩与支护结构稳定与否的“晴雨表”，又是施工人员的“保命符”。通过完善快捷有效的隧道施工监控量测信息化系统，利用实测信息进行综合处理和分析，及时跟踪掌握围岩的变化情况，检验原定的开挖和支护设计方案是否合理可靠，修正设计参数，优化施工工艺，改进施工方法。
参考文献：
［1］刘学增，俞文生.隧道稳定性评价与塌方预警［M］.上海：同济大学出版社，2010.
［2］许张柱.铁路隧道围岩监控量测信息化管理系统研究［J］.测绘与空间地理信息，2016，39（6）：116-118.
［3］韩涛.基于组合预测的隧道围岩变形监测分析及工程应用［D］.济南：山东交通学院，2017.
作者:申晨朝 单位:中铁十六局集团第二工程有限公司
