摘 要 本文根据新奥法施工特点，结合曹源隧道讨论现场监控量测常规项目及超前地质预报的应用及效果。

关键词 ：新奥法 监控量测 地质预报 隧道施工

随着新奥法(NATM)在隧道施工中的广泛运用,作为新奥法的灵魂,现场监控量测也得到了越来越广泛的重视。现场监控量测是以现场施工监测所获得的围岩和支护系统力学状态的变化为依据,对现场所采集的数据结果进行及时的处理,为初期支护和二次衬砌的参数调整提供依据，从而在整个隧道的新奥法施工过程中起到了极其重要的作用。新奥法作为一种全新的隧道施工概念，其基本原理是运用各种手段(开挖方法,支护形式,监控量测等)抑制围岩变形，最大限度地发挥围岩自身的承载能力，使隧道施工更安全、更经济。因此，快速、准确地进行现场施工监控量测和信息反馈是新奥法施工的关键。

1 隧道工程概况

泉三高速公路SMA13合同段曹源隧道采用双洞单向行车（上下行分离），起讫桩号为：左洞：ZK243+848～ZK244+762，长914m；右洞：YK243+811～YK244+762，长941m。设计行车速度为80km/h。

隧道位于构造剥蚀-侵蚀丘陵地貌，隧址区地形起伏大，山脊（顶）宽缓浑圆，洞口处山坡较缓，未见常流水系发育，地下水主要赋存、运移于基岩风化带裂隙中，为裂隙水类型。

隧洞位于闽西南拗陷带之广平-龙岩拗陷带中，当地侵蚀基准面之上，地壳整体相对稳定。隧址未见断裂发育，但进洞口岩性变化较明显，种类较多，层理、层间节理裂隙、地层交界处的节理裂隙较发育。基岩为二迭系童子岩组（P₁t）和栖霞组（P₁q）及印支期侵入岩（ηγ¹_4-5）。岩层产状P₁t为225°∠52°；P₁q为90°∠68°，其中碳质粉砂岩及细砂岩同属二迭系童子岩组（P₁t）地层，二者常呈互层状出现，软硬变化较大，碳质粉砂岩总体呈条带状分布，走向东南～西北，展布宽度约200m。

隧道结构根据新奥法原理进行设计，采用复合式支护结构形式，初期支护以锚杆、湿喷混凝土（钢筋挂网）和钢拱架组成联合支护体系，大管棚、超前注浆小导管、超前锚杆等作为施工辅助措施，二次衬砌采用模筑砼结构，根据围岩级别、隧道埋置深度、结构跨度、受力条件、施工因素等不同采用不同的衬砌结构。初期支护与二次衬砌结构之间设有防水排水夹层，围岩裂（孔）隙水与洞内路面水分开排放。

2 监控量测的作用

为掌握隧道在开挖过程中引起的地层变形、地表沉降和支护结构的力学状态，及时预报和预测施工过程中出现的各种情况，对可能出现的事故进行防范并及时准确的处理，曹源隧道在施工过程中采用了监控量测，超前地质预报等现代化信息施工措施。通过现场量测和超前地质预报，将获取的第一手实际量测数据资料进行处理，及时迅速地向施工方、监理方、设计方和业主提供资料分析结果，直接服务于隧道施工。及时预报和预测施工过程中出现的各种情况，对可能出现的事故进行防范并及时准确的处理，防止了事故的发生。www.tmgc8.com

对曹源隧道进行监控量测，旨在：①掌握围岩的应力状态及围岩的的位移，了解围岩的松弛范围；②了解支护结构的应力状态与围岩压力状态和分布，掌握支护参数和支护时间，确定较为有利的支护形式；③对隧道围岩异常状态进行及时的预测预报。总之，对隧道施工进行监控量测使隧道的设计和施工运作纳入科学的动态的管理中，使隧道工程始终处于良好的运行状态，实现安全、合理和经济性等目标。

3监控量测的内容和实施

根据曹源隧道施工的需要，将本次监控量测内容分为常规量测项目和超前地质预报两部分内容。

3.1 常规监控量测项目

3.1.1 常规监控量测内容

表1 曹源隧道常规监控量测的项目

编号

项目名称

目的及作用

1

地质及支护状况观察

观察工作状态、围岩变形、围岩风化变质情况，节理裂隙、断层分布和形状，地下水情况及喷射砼的效果

2

周边收敛量测

量测隧道围岩周边位移，了解收敛状况，判断隧道的稳定性，特别关注水平方向的周边收敛量测，预防拱脚位置的大幅内敛造成隧道坍塌。

3

拱顶下沉量测

监视隧道拱顶下沉，了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性

4

地表下沉量测

根据地表下沉位移量判定隧道开挖对地表下沉的影响，以确定隧道支护结构

根据相关规范和设计文件，隧道的常规监控量测分为必测项目和选测项目。曹源隧道施工监控量测的必测项目为地质和支护状况观察、周边位移、拱顶下沉、锚杆抗拔力，选测项目为地表下沉、围岩压力及两层支护间压力、钢拱架支撑内力、喷射砼应力及二衬砼应力、裂缝等。根据合同要求，我单位承担曹源隧道的监控量测只进行常规项目的量测。具体量测项目详见表1。

3.1.2 常规监控量测结果应用

针对隧道进出口地质情况较差，埋深较浅，结合施工进度的安排，主要进行了拱顶下沉、周边收敛和地表下沉量测。通过15个月的监测，得到了大量的第一手数据，一些比较有代表性的数据及图形如图1和图2所示。

图1 ZK244+733断面拱顶下沉-时间关系曲线

 

图2 ZK244+715断面地表沉降-时间关系曲线

位移监测结果表明，由于曹源隧道的地质条件比较差，随着掌子面的向观测点推进，位移-时间曲线呈明显的递增的趋势，而后随着掌子面的远去，位移-时间曲线趋于稳定。在施工监控量测过程中，发现地质异常或隧道变形较大、增长速率加快等情况，通过复核、确认后以最快方式向业主、现场技术人员、监理和项目部隧道负责人反馈，并及时整理数据与图表，形成反馈单提交给负责人，负责人分析原因后采取相应措施进行处理。施工单位据此及时采取防范措施，从而避免了大的经济损失。如图www.tmgc8.com2中箭头所标处为2007年4月12日与13日的日变化图，4月12日日变化量达57mm，当日进行复测后，确认结果无误，马上电话通知项目部隧道负责人、现场监理、业主；后加密观测，13日下沉量继续增大，单天变化量达8.4cm，地表出现明显的裂缝。根据量测情况我们马上再次发出了预警，业主、设计代表、监理、施工方四方经过现场观察，及时采取了停止掘进、封闭作业面、洞内用钢拱架和方木支撑等有效措施。由于采取的措施及时有效，4月15日只发生了小规模塌方，避免了重大人员伤亡和经济损失。

3.2 超前地质预报

根据设计文件要求与业主的指令，对曹源隧道全线进行了超前地质预报。

3.2.1超前地质预报原理

本次超前预报采用瑞利波探测仪。瑞利波探测方法分为稳态和瞬态，稳态瑞利波是每次激发一种频率，在一个测点通过多次激发和接收完成不同深度的探测；瞬态瑞利波采用瞬态冲击震源，一次激发和接收，可以获得宽频带的瑞利波振动信号，这相当于稳态成百上千次激发的信息。如图3，仪器记录同一瑞利波列在传播方向上的不同位置的两个时间域的信号，经离散傅里叶变换（DFT）转换为一系列不同频率的正弦分量。由此可以得到信号的频谱分布、相应频率的相关程度和相移大小 ，进而可计算出相邻不同频率成分的滞后时间 和平均速度 ：

 

图3 瑞利波探测原理示意图

根据速度（ ）、频率（ ）、波长（ ）关系：

可以绘制 — 关系曲线。同一波长的的瑞利波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变化情况，不同波长的瑞利波传播特性则反映了不同深度的地质情况。

如果探测的对象是非均匀介质，不同频率的振动按不同的速度传播，一定的频率对应一定的波长，即一定的地层深度，这就是瑞利波的频率（深度）—速度分散特性。通过对频散曲线进行反演，即可得到某一深度范围内的地质构造情况，和不同深度的瑞利波传播速度 值； 值的大小与介质的物理力学特性有关，据此可对探测对象（围岩）的物理力学性质做出评价。

3.2.2 超前地质预报结果及应用

对现场的测试得到原始数据，进行数据处理，结合地质资料得到如下结论：

曹源隧道整体上围岩比较复杂，断层较多，裂隙水较为发育，地质条件较差，建议施工单位根据超前地质预报资料，采取必要的安全措施，及时支护。www.tmgc8.com

3.2.3 超前地质预报结果评价

曹源隧道地质条件较复杂，设计围岩级别准确率为72.2%。地质预报对地质异常的准确率相当高，为90.5%，但对围岩的定级判别稍低，为77.0%。

4 结论与建议

由以上的监测数据可以得到以下结论：

⑴在地质比较复杂的地段，应及时完成初期支护的内容。在Ⅴ级及Ⅴ级以上围岩段应尽早封闭，并施做仰拱且掌子面与二衬距离不宜太长。

⑵监控量测结果必须及时提供，滞后的监控量测资料对于指导施工是无用的。

⑶对覆盖层薄的隧道，地表沉降观测非常有意义，体现在：①先于拱顶下沉量测项目发现围岩的变形；②覆盖层薄的隧道往往围岩条件差，需要快挖快支护（包括仰拱的施工），由于施工造成洞内量测项目经常中断，甚至不可能进行，地表沉降观测却不受其影响，却能准确反映围岩变形，适时预警。经验表明，通过地表沉降观测，可成功预警到隧道出口围岩的大变形，建议将其作为薄覆盖层隧道（或部分隧道地段）的必测项目。

参考文献

[1]公路隧道设计规范．北京：人民交通出版社，2004

[2]隧道工程试验检测技术．北京：人民交通出版社，2005

[3]工程测量规范．北京：中国计划出版社，2001

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