施⼯监控量测技术
1 研究必要性
分离式隧道采⽤横洞进⼊主洞施⼯，横洞与主洞形成⼗字交叉的结构形式，在我国尚属⾸例。在交叉段结构受⼒复杂，施⼯难度、⼯艺复杂、安全隐患多，对⼯程质量要求⾼。若施⼯⽅法得当，隧道开挖很快就会进⼊正规循环轨道；但若施⼯⽅法不当，不仅施⼯期间的安全、⼯期和⼯程质量难以保证，营运期间的安全也会受到威胁，从⽽造成不必要的损失。
横洞的开挖采⽤钻爆法开挖，横洞掘进由左洞直接掘进⾄右洞，横洞与左洞成⼗字交叉，与右洞成T型交叉，横洞掘进完成后进⾏左洞的扩挖，形成⼀定的⼯作⾯。为保证交叉段安全，该段初期⽀护采⽤格栅钢架进⾏加强处理，并对围岩与初期⽀护进⾏监控，包括拱顶下沉，周边收敛，锚杆轴⼒、围岩与初期⽀护间的压⼒、钢拱架应⼒及初期⽀护与⼆次衬砌之间应⼒。 1 ⼯程概况
沪蓉国道主⼲线宜昌⾄恩施⾼速公路夹活岩隧道位于长阳县境内，隧长度5228m，双洞单向交通，单线总长10334m，隧道进⼝连接⼀特⼤桥（魏家洲特⼤桥），桥⾯⾄沟底既有便道的⾼差达225m，隧道出⼝连接⼀⼤桥（⼲沟⼤桥），桥⾯⾄⼭顶既有便道的⾼差约300m，由于进出⼝地形条件的限制，增设施⼯便道⾄隧道⼝的⽅案难以实现，为提供安全施⼯的掌⼦⾯⽽增设了1、2#横洞作为隧道的施⼯出碴、施⼯通风、材料运输及⼈⾏通道。1#横洞与主洞左线正交于ZK47+765.00，穿过左线与右线正交⾥程为YK47+823.01。2#横洞与主洞左线正交于ZK50+630.00，穿过左线
与右线正交⾥程为YK50+688.01。
图1 横洞与主洞平⾯布置图
2 地质情况
地质特征主要是区域性地质构造，褶皱、断裂构造及节理发育，由基岩裂隙⽔、构造裂隙⽔和岩溶裂隙⽔构成的地下⽔⼗分丰富，特别是隧道断层密布，横洞与主洞交叉段围岩为Ⅳ类，上峰尖组浅灰⾊厚层⽩云岩、含泥质⽩云岩夹薄层泥质⽩云岩、泥灰岩为主，岩层层理较发育，⼤部分岩体较破碎，岩溶不发育，含溶隙⽔和裂隙⽔。
3 超前地质预报情况
3.1 TSP203检测情况
为查明已挖⼯作⾯的前⽅岩层构造特征和⽔⽂地质特征，提出施⼯技术措施，保证隧道施⼯安全，减少因地质灾害或⽀护不当⽽导致⼤塌⽅带来的损失，为隧道施⼯服务。我部委托中南⼤学地球物理勘察新技术研究所对横洞与主洞交叉部分进⾏地质预报。超前地质预报的探测⽅法主要采⽤TSP203系统作长距离宏观控制。
3.2 现场⼯作布臵
按TSP203超前探测系统要求，实测时观测系统布臵⼀个接收孔（孔
掌⼦⾯
炮孔24个，间距1.5m
K0+148.8
螺旋伞齿轮
K0+93.3
深2.0m ）和24个炮孔（孔深1.5m ，间距1.5m ），如图2所⽰。每个炮孔⽤量为50g ～100g ，采⽤毫秒级瞬时电逐个引爆。
图2 观测系统平⾯⽰意图
3.3. 资料解释成果
图3 夹活岩隧道1#
横洞深度偏移剖⾯
图4 夹活岩隧道1# 横洞提取的反射层
图5 夹活岩隧道1#横洞2D结果显⽰根据TSP探测结果，推测成果如下：
表1 TSP预测结果（交叉段）
4 施⼯技术⽅案
4.1 施⼯顺序
为确保横洞施⼯安全，施⼯不间断不受⼲扰，横洞掘进到左洞后继续向右洞开挖，并在不影响横洞向右洞掘进的情况下进⾏左洞两侧开挖，左洞与横洞开挖交叉进⾏，开挖⾄由洞后同时修建通往右洞排⽔沟，在交叉地段铺设⽔沟盖板，开挖以横洞为主，即横洞出碴时左洞钻孔，横洞钻孔时左洞钻孔，左洞临时钻孔平台采⽤钢管脚⼿架现场搭设，横洞从HD1K0+0往⾥掘进30m范围内对交叉⼝进⾏⽀护，交叉⼝⽀护完成后进⾏左右洞双向全断⾯开挖。
4.1 技术措施
主横洞交叉⼝地段施⼯衬砌结构，根据地质预报结果，交叉段围岩为Ⅳ级围岩，由于该段结构特殊，采⽤Ⅴ级围岩⽀护参数SX5型⽀护和衬砌，初期⽀护：Ф25中空注浆锚杆，杆长350cm，间距100×80cm，梅花状布臵；Ф8双层钢筋⽹，⽹格间距20×20cm；Ⅰ16⼯字钢拱架，纵向间距80cm；喷射C20混凝⼟厚24cm。⼆次衬砌45cm厚C25钢筋混凝⼟（带仰拱）。
5 监控量测⽅案
5.1 应⼒监测断⾯
该段隧道埋深较⼤，根据地质预报监测结果显⽰，个别地段围岩较差，应⼒集中，为确保⽀护结构及隧道施⼯的安全，以及验证改正设计进⾏应⼒监测，在横洞与主洞交叉⼝段共布设8个断⾯，监测内
容包括格栅拱架的应⼒监测、围岩与初期⽀护接触压⼒监测及初期⽀护与衬砌混凝⼟间的压⼒，钢筋计和压⼒盒均为钢弦式，各传感器的埋设位臵如图6和图7。 闯红灯抓拍系统
图6 监测点布置平⾯及断⾯⽰意图
所采⽤的钢筋计型号为XYJ-2，压⼒盒型号为XYJ-4（量程为1.0MPa ），钢筋计和压⼒盒均为钢弦式的。钢筋计采⽤串联焊接于初期⽀护的格栅拱主筋上，⽤于测试格栅拱应⼒；压⼒盒采⽤⾃制钢筋架，将其与围岩紧贴，⽤于测试围岩与喷射混凝⼟间的接触压⼒。
5．2 测试⽅法与监测频率
传感器埋设后，采⽤PZX-1型振弦频率检测仪测读各传感器钢弦振动频率。通过各传感器的标定系数Q ，采⽤下列公式计算初期⽀护格栅拱应⼒和围岩与喷射混凝⼟间的接触压⼒。
(
)A f f Q F i i +-=2
2
其中：i F —所测传感器受⼒值；
Q
—传感器标定系数；
隧道中线隧道中线
横洞
埋设传感器组数
1
监测断⾯及编号①
上海
上海
成都
成都
113
3
3
3
3
5
5②
⑧
车用暖风机
⑦
③
⑨
⑥
⑤
④
①
i f —所测频率值；
0f —基准频率值； A
rfid读写器芯片—受环境影响的修正值。
以上各参数取相应的单位即可。为了准确掌握监测段应⼒情
况，达到实时监控，监测频率为传
感器埋设后每天测试⼀次，测试频率较⾼，测试2个⽉后没有异常变
化则停⽌了观测。
图2 各断⾯传感器布设⽰意图
5.3 监测结果与分析
应⼒监测结果详细情况见表2所⽰。
从表2可见，除断⾯⑧外，各断⾯的围岩与喷射混凝⼟间的接触压⼒均较⼩，⼤多数都在1.5kPa 左右，这主要是由于所监测各断⾯的初期⽀护在埋设传感器前已经完成。从后期的监测数据看出，除断⾯⑧（传感器编号606#）外，各断⾯的围岩与初期⽀护接触压⼒没有增加，说明该段隧道围岩已趋于稳定。
图
8 断⾯⑧围岩与初⽀接触压⼒随时间变化曲线
压⼒盒(测围岩与初⽀接触压⼒)
钢筋计(测格栅拱应⼒)
⽽断⾯⑧安设传感器是在初期⽀护前进⾏的，拱顶部位围岩与初期⽀护接触压⼒最⼤值为332.5kPa。通过图3可知，断⾯⑧的围岩与初期⽀护接触压⼒在刚
喷淋嘴
埋设5天内增加较快，后来随着时间推移增加量逐渐减⼩，观测20天后开始处于缓慢变化状态，保持相对稳定。
在整个监测过程中，除断⾯⑧外，各断⾯围岩与喷射混凝⼟间的接触压⼒变化较⼩，约0.1 kPa，各断⾯围岩与初期⽀护接触压⼒⼀直⽐较稳定，绘制围岩与喷射混凝⼟间的接触压⼒随时间变化曲线图和对其进⾏回归没有多⼤意义，故不再绘制。
从测试结果表2可知，格栅拱主筋均受压，绝⼤部分格栅拱应⼒值较⼩，为30~50MPa，断⾯①的右侧边墙下部的格栅拱应⼒（传感器编号1687#）最⼤，为104.5MPa。以上这些形变均未超过钢筋变形极限。
美胸衣通过图8~图16可知，各断⾯的格栅拱应⼒随时间的变化过程，图中的时间为埋设传感器后测试的累计天数。对各断⾯的格栅拱应⼒进⾏了回归分析，回归⽅法采⽤对数回归，公式为b
F+
=ln，其中：F为应⼒值，
a
T
单位MPa，T为埋设后测试时间，单位天，a，b为系数。回归结果见表2，从表2的相关系数R2看出，绝⼤多数相关系数在0.85以上，说明采⽤的回归⽅法是可靠的。将各回归的势线绘制在图8~图16上，可以清楚看出各断⾯格栅拱应⼒随时间变化趋势。另外，从图中也可看出，各断⾯栅拱应⼒在传感器埋设30天后其慢慢趋于稳定，新增加应⼒较少。
图9 断⾯①格栅拱应⼒随时间变化曲线
