高速公路隧道已廣泛採用新奧法設計與施工,現場監控量測是新奧法設計與施工的重要組成部分。通過對隧道進行監控量測,可預測預報圍巖變化,優化設計和指導施工,確保隧道施工安全,使工程投資 經濟 合理。通過對濟邵高速公路喬莊隧道的拱頂下沉、水平收斂、地表沉降、噴層應力、鋼拱架應力等多項涉及圍巖穩定性及支護合理與否的參數進行跟蹤量測, 實時確定了合理的二次襯砌施工時間,成功避免了施工中重大安全事故的發生,確保了隧道施工安全和質量,對隧道施工具有指導意義。
高速公路項目的喬莊隧道穿過黃土狀亞粘土、砂巖和泥質粉砂巖的強風化、弱風化層，圍巖強度較低，遇水易軟化，節理裂隙發育，隧道兩端洞口埋深較淺，自穩能力差，嚴重威脅著施工安全。在施工的過程中,對圍巖及襯砌結構的應力和位移進行了跟蹤監控,獲得了大量的原始數據,且都及時反饋於施工中,為在不同圍巖情況下實施不同的施工方法提供了 科學 依據,為安全順利的施工提供了保障。
1．工程概況
1.1 概況
濟（源）邵（原）高速公路工程東起河南省濟源市軹城鎮耿章村附近，與二（連浩特）廣（州）高速公路濟源至洛陽段連接，大致平行省道溫邵線（S312），路線沿濟源市南部山嶺向西，經軹城鎮、承留鎮、大峪鎮、王屋鄉、下冶鄉、邵原鎮，止於河南省濟源市與山西省陽城縣交界處的西陽河，接山西省運城市境內規劃的東（鎮）蒲（掌）高速公路，路線全長約59.771km，是河南省高速公路規劃網中的省級幹線公路，也是河南省西北部通往山西省的主要出口路之一。
喬莊隧道是濟邵高速公路的重點控制工程之一，隧道進洞口位於濟源市王屋鄉喬莊村，出口位於王屋鄉官地村，屬侵蝕剝蝕低山丘陵區（Ⅱ）。隧道軸線通過處最高海拔約588m，最大相對高差約130m。山體走向近東西向。覆蓋黃土狀亞粘土，局部出露新第三系洛陽組（N1l）未膠結礫巖和三疊系二馬營組（T2er）粉砂質泥巖。隧道為單向分離式單向行車雙車道隧道，左線全長1970m， = 4 \* ROMAN IV級圍巖1660m， = 5 \* ROMAN V級310m；右線全長1920m， = 4 \* ROMAN IV級圍巖1540m， = 5 \* ROMAN V級380m。隧道淨寬10.25m，淨高5.0m，斷面淨空面積65.24m2。
1.2水文地質條件
隧道穿越低山丘陵區，地形起伏較大，地表逕流條件好，地表水除部分滲入地下外，多數以地表逕流的形式從溝谷中排洩到區外水系中。總體來說，隧道區地下水水量貧乏，主要為基巖裂隙水和鬆散巖類孔隙水，水文地質條件較簡單，水質類型為HCO3—Ca、HCO3—Ca·Mg型。
1.3施工方法
Ⅴ級圍巖採用管棚注漿或小導管注漿超前支護留核心土環狀開挖法施工，人工開挖或弱爆破開挖。Ⅳ級圍巖採用臺階法施工。
2．監控量測內容及斷面布置
2．1量測內容及量測頻率
隧道監控量測工作內容,可分為直接指導工程施工的必測項目和進行科學研究的選測項目兩部分內容,其兩者是相輔相成的。必測項目中的量測數據,有的可以直接為隧道施工服務,如地表沉降量測,有的是通過利用類比的方法判別承載結構是否穩定,如拱頂下沉、周邊位移。選測項目是著重對承載結構內部各種作用機理可以量化的部分得出相關數據,為以後理論研究提供原始數據,同時為評價承載結構受力狀況提供 參考 。
根據喬莊隧道的地質、水文特性以及施工要求，量測內容的重點除了規範規定的4項必測內容之外根據研究的需要,進行了初期支護的噴射混凝土層應力和鋼拱架應力的量測工作，另外，由於隧道的兩端洞口圍巖均為 = 5 \* ROMAN V級，圍巖強度底，自穩能力差，巖性變化大，如施工工藝不當易造成圍巖失穩，因此在隧道洞口進行了地表沉降的量測。
2.2 量測斷面的布置
代表性斷面以及測點的布設的選取，是監控量測的首要工作。根據《公路隧道施工技術規範》TJT042-94要求，在施工過程中，按照10－50m的標準選定斷面，以及拱頂，拱肩，施工地板上1.5m等典型位置布置測點。喬莊隧道設計中將拱頂下沉和圍巖淨空收斂量測的斷面間距初步定為， = 5 \* ROMAN V級和 = 4 \* ROMAN IV級均為20m；根據隧道圍巖的實際情況確定了兩個安裝斷面進行初期支護的噴射混凝土層和鋼拱架應力量測；對於隧道洞口地段，由於覆蓋層小於40m，而且圍巖類別較低，埋設了地表沉降觀測斷面，其布點均按規範進行。
3．數據的採集與分析
為了能對圍巖及支護結構的性態作較全面的分析,並且能獲得完整的數據,同時又使各項數據間能相互比較、相互驗證,因此必測項目和選測項目的各項量測內容應儘量布置在同一個斷面上。各量測斷面的測點應在靠近開挖面及時安裝，範圍控制在2m以內，並在工作面開挖後12ｈ內和下一次開挖之前測取初始讀數。在實際的安裝埋設中，有時因為施工幹擾或避免測點遭到破壞，測點安裝位置會離開挖面遠些，此時在利用此數據分析判別時，應考慮圍巖初期的變形釋放。量測頻率也可以根據施工具體情況調整,由產生的最大位移速率來確定。喬莊隧道已測數據表明,量測時間以30～50ｄ為宜。
3．1隧道拱頂下沉及淨空收斂量測
隧道拱頂是隧道周邊上的一個特殊點，其位移情況具有較強的代表性，通過對隧道拱部下沉的絕對值量測,了解斷面變形情況、判斷拱頂的穩定性,該手段是防止塌方的有效措施之一，因此應加強拱頂位移的監測；洞內淨空位移收斂量測是目前洞內監測的主要內容之一,因為周邊位移是隧道圍巖應力狀態變化的最直觀反映,量測周邊位移可為判斷隧道空間的穩定性提供可靠的信息，而且還可以根據變位速率判斷隧道圍巖的穩定程度，為二次襯砌提供合理的支護時機。
3．2 隧道內目測觀察及錨杆抗拔力檢測
通過肉眼觀察、地質錘和地質羅盤測量,描述和記錄圍巖地質情況、巖層產狀、斷層破碎帶、褶皺、地下水及支護效果,對圍巖穩定性進行評價,判斷圍巖類別是否與設計相符,必要時拍照,測量地下水流量,每一量測斷面要有一張記錄表並填圖。
通過錨杆抗拔力檢測,可以測定錨杆的錨固力是否達到設計要求,判斷所使用的錨杆長度是否適宜以及檢查錨杆安裝質量。採用快速量測法,使用設備為ＭＬ型錨杆拉力計,檢測值根據設計要求的錨固力不小於50KN作為標準,採用非破壞性試驗。
3．3地表沉降觀測
喬莊隧道入口為 = 5 \* ROMAN V級圍巖，隧道埋深較淺，圍巖穩定性差，在隧道入口地段（ZK42+358～ZK42+365）共埋設地表下沉測點7個,具體布置見圖2，測點間距為2～5m。用水準儀和塔尺進行地表下沉的觀測,歷時65天，從獲取的量測數據來看,最大值為2ｍｍ,考慮測量誤差,地面無明顯沉降，不會對洞室周圍建築物產生大的影響。
3．4噴射混凝土層和鋼拱架應力量測
喬莊隧道出入洞口為 = 5 \* ROMAN V級圍巖，其餘為 = 4 \* ROMAN IV級圍巖。各級圍巖地段的初期支護形式如表3 所示。 根據實際地質情況，在喬莊隧道左線選取了兩個斷面進行初期支護的應力量測（ZK42＋665，ZK42＋798）。選取的兩個斷面中，ZK42＋665斷面埋深為58m，地表處於一個大的衝溝範圍內，地形呈左高右低走勢，存在偏壓現象。該斷面附近洞段巖性主要為泥巖和泥質粉砂巖互層，巖體呈典型的塊碎石狀鑲嵌結構，受地質構造影響嚴重，節理裂隙普遍發育，同時隧道內有大量的地下水滲入，與設計圖紙中的「隧道區地下水水量貧乏」地質情況不符，施工中時有掉塊現象，圍巖穩定性較差，因而該斷面在隧道軟弱圍巖段中具有典型代表性。
採用XJH-2型振弦式混凝土應變計和XJD-2(B)型鋼板應變計分別進行噴射混凝土層和鋼拱架應力量測。在初期支護的施工過程中，先將混凝土應變計布置在噴射混凝土層的兩側，將鋼板應變計焊接在測試鋼拱架的上下翼緣，待初期支護完畢後採用PZX-1型振弦頻率檢測儀進行量測。
從量測的數據可以看出，初期支護的受力狀態與實際相吻合，且初期支護的應力偏大，應加強支護。鑑於該支護體的實際受力情況，為保證施工安全，對後序施工採用淺眼爆破，控制總藥量，延長注漿持壓時間等措施，同時加強監控量測的頻率。當施工到ZK42+672時，圍巖條件依舊很差，而且裂隙水多，滲水嚴重，開挖後坍塌掉塊嚴重，在隧道拱頂左側形成一個64m3左右的錐形坍塌空間。通過對現場採集監測數據以及實際地質情況綜合分析後，採取對坍塌空間用噴砼（分層）＋錨杆（多層）＋鋼筋網（多層）形式回填處理，對後續圍巖較差地段按Ⅴ級圍巖（原設計為Ⅳ圍巖）初期支護的施工方案，並採用注漿小導管進行超前支護，在施工過程中加強監控量測。監控數據表明：加強初期支護後，數據逐漸趨於穩定，截至斷面ZK42＋686，施工安全渡過破碎帶，初期支護又調整為Ⅳ級圍巖支護。
5．結 論
由於隧道工程的特殊性、複雜性和隧道圍巖的不確定性，對隧道圍巖及支護結構進行監控量測是保證隧道工程質量、安全的必不可少的手段。通過量測，及時對喬莊隧道個別圍巖失穩趨勢的區段提供了預報，為施工單位及時調整支護參數以及合理確定二次襯砌時間提供了可靠的科學依據。通過大量量測發現隧道開挖及初期支護後大約30d圍巖基本上穩定，於是建議施工單位及時施作二次襯砌。同時由於監控措施得當，及時的指導施工和修改設計，從而保證了隧道施工的安全、 經濟 、收到了良好的效果。但由於監控量測工作是一項具體而又複雜的工作，在實際過程中尚需不斷積累經驗和完善相關理論，因此，對隧道監控量測及數據的整理分析及應用應該做好以下幾點：
（1） 監控量測內容的選擇，量測斷面位置選擇和量測測點的布置；
（2） 監控量測數據的採集和施工狀態變化情況緊密結合，分析數據變化和施工狀態的關係；
（3） 量測數據的應用，量測數據變化的準確分析和判斷，量測信息的及時反饋，指導設計、施工和修改支護參數；
（4） 通過監控量測保證隧道安全，預防隧道塌方。