周 奎， 劉奕嬪， 余金鑫

（上海理工大學(xué) 環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093）

目前，對交通設(shè)施建設(shè)的需求在不斷增加，隨著高速路網(wǎng)的發(fā)展，新建隧道鄰近既有構(gòu)筑物的近接施工工程大量涌現(xiàn)，這勢必對鄰近既有構(gòu)筑物的安全產(chǎn)生影響.對于周邊鄰近既有構(gòu)筑物且穿越山嶺的巖石隧道，其近接施工除要考慮開挖影響外，還要兼顧爆破施工時的振動影響.由于對施工的復(fù)雜性認(rèn)識不足和重視不夠，工程事故時有發(fā)生.如某單線鐵路增建二線時，新建隧道毗鄰既有隧道施工，由于爆破用藥量太大，造成原本有所劣化的既有隧道結(jié)構(gòu)加劇劣化；某公路隧道通過采空區(qū)，由于事前調(diào)查不夠，設(shè)計(jì)時沒有采取對策，造成施工后襯砌開裂等［1］.因此，施工監(jiān)測是安全施工必不可少的重要工作.

近年來常用的監(jiān)測方法有以下幾個方面的特點(diǎn)：a.監(jiān)測對象以施工隧道本身為主，將既有近接構(gòu)筑物的監(jiān)測與施工隧道的監(jiān)測割裂開來，沒有考慮兩者的相關(guān)性和統(tǒng)一性.b.監(jiān)測方法單一.對單一結(jié)構(gòu)變形、圍巖壓力或爆破沖擊波進(jìn)行監(jiān)測，測量的參數(shù)互不相干，只能從一個側(cè)面反映出既有構(gòu)筑物安全可靠性的某個方面，難以全方位地反映既有構(gòu)筑物的安全可靠性.c.監(jiān)測流程無序.沒有形成一套系統(tǒng)的、完整的監(jiān)測流程，使得施工與監(jiān)測相脫節(jié)，當(dāng)在施工過程中既有結(jié)構(gòu)存在安全隱患時并不能及時地予以分析、預(yù)警和解決，不能充分發(fā)揮監(jiān)測的作用.本文結(jié)合蕭山北干山永久路新開隧道下穿人防工程的監(jiān)測項(xiàng)目，對近接人防工程在公路隧道施工時的監(jiān)測方法進(jìn)行研究.

1 工程概況

圖1 人防工程底板豎向位移和應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)位置示意圖Fig.1 Positions of monitoring points for vertical displacement and stress of the air－defense works

圖2 隧道與人防工程空間位置關(guān)系示意圖Fig.2 Diagram of spatial relationship of the tunnel and the air－defense works

蕭山北干山永久路新開隧道工程北起北干山北路邊線，南向北干山南路，全長285.0m（0＋079.0～1＋075.0）；隧道段紅線寬度為24.5m，全長為265m，隧道屬上、下行分離的連拱雙洞隧道（雙向4車道）.隧道工程下穿北干山并臨近蕭紹鐵路聯(lián)絡(luò)線，與其下方蕭紹鐵路聯(lián)絡(luò)線框架橋相接，框架橋以南接U形槽.在隧道穿越上方7～10m不等處分布有人防倉庫，施工對其影響較大.根據(jù)隧道工程的設(shè)計(jì)文件，隧道與人防工程的位置的平面關(guān)系與空間關(guān)系如圖1和圖2所示，隧道與人防工程平面交叉自0＋837至1＋035，長度約200m，位于隧道正上方的洞室面積（含糧倉及通道）約2 150m2，共涉及8個糧庫（50＃，49＃，52＃，53＃，54＃，55＃，9＃）.其中，50＃，52＃，53＃，55＃，9＃這5個糧庫全部位于隧道頂部，其余3個為局部穿過，另有4個辦公或功能用房穿過，如圖1所示.按實(shí)測防空洞底板高程，與隧道的頂部開挖設(shè)計(jì)高程相對比，在0＋837處的高差為7.07m（最?。?＋035處的高差為10.38m（最大），糧庫內(nèi)凈空最大寬度為9.2m，長為42m，高約為8m.公路隧道斷面尺寸凈高為7.266m，凈寬為11.15m.明洞采用明挖法，暗洞采用新奧法（NATM）施工.Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用全斷面開挖法.

2 監(jiān)測的內(nèi)容、儀器、監(jiān)測頻率及測點(diǎn)布設(shè)

2.1 監(jiān)測內(nèi)容

在既有構(gòu)筑物下方近距離進(jìn)行隧道開挖及支護(hù)施工過程中，每個進(jìn)尺的大小和開挖部分的無支護(hù)暴露時間都與圍護(hù)結(jié)構(gòu)、巖體位移等存在較強(qiáng)的相關(guān)性.這就要求做好監(jiān)測工作，并及時、合理地利用監(jiān)測信息指導(dǎo)施工和進(jìn)度控制，從而達(dá)到確保隧道工程和上部人防工程安全的目的.本次監(jiān)測項(xiàng)目建立的監(jiān)測方法主要有以下幾個方面：

a.底板豎向變形監(jiān)測.

為掌握上部倉庫底板圍巖的變形情況，底板內(nèi)布設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)進(jìn)行底板圍巖變形的監(jiān)測.使用儀器為位移計(jì).

b.受擾動區(qū)圍巖應(yīng)力變化監(jiān)測.

主要監(jiān)測既有構(gòu)筑物在隧道開挖過程中圍巖應(yīng)力變化情況.使用儀器為壓力盒.

c.隧道爆破作業(yè)對既有構(gòu)筑物的沖擊振動監(jiān)測.

主要對隧道開挖面爆破產(chǎn)生的沖擊波峰值加速度和速度進(jìn)行監(jiān)控，作為調(diào)控爆破裝藥量、掘進(jìn)速度和支護(hù)參數(shù)的參考.使用儀器為拾振器、信號采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī).

d.既有構(gòu)筑物襯砌、墻體裂縫監(jiān)測.

主要用于監(jiān)測既有構(gòu)筑物墻體、通道襯砌裂縫和襯砌的變形.使用儀器為收斂計(jì).

e.既有構(gòu)筑物底板水準(zhǔn)測量.

為了獲得位移監(jiān)測點(diǎn)的真實(shí)下沉量，對位移監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行了水準(zhǔn)測量.使用儀器為精密水準(zhǔn)儀.

f.數(shù)值模擬分析.

為了更好地掌握上部既有構(gòu)筑物在隧道開挖過程中的變形和應(yīng)力分布的變化情況，對整個工程涉及區(qū)域進(jìn)行了有限元分析，并通過模擬逐段開挖，分析在下部隧道開挖過程中既有構(gòu)筑物的變形和地壓變化，找出最不利工況，并作為既有構(gòu)筑物安全監(jiān)控的參考.使用儀器為計(jì)算機(jī).

具體實(shí)施措施為：

a.根據(jù)工程實(shí)際情況選取底板位移和圍巖壓力監(jiān)測點(diǎn)；

b.埋設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)、壓力盒等相關(guān)監(jiān)測儀器；

c.通過數(shù)據(jù)采集裝置采集底板位移和壓力數(shù)據(jù)；

d.通過拾振器和信號采集系統(tǒng)等采集爆破震動波數(shù)據(jù)；

e.使用收斂儀每月定期測量構(gòu)筑物裂縫的擴(kuò)展情況；

f.使用精密水準(zhǔn)儀和激光測距儀每月定期測量位移監(jiān)測點(diǎn)的高程，通過數(shù)據(jù)處理得出位移監(jiān)測點(diǎn)的絕對沉降；

g.將每日監(jiān)測結(jié)果匯總、分析后制作成日報(bào)表反饋給施工單位，同時結(jié)合每月定期監(jiān)測所得的相關(guān)數(shù)據(jù)制作成月報(bào)表反饋給施工單位.根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行反分析計(jì)算，提供隧道結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，預(yù)測未來動態(tài)，以便提前采取技術(shù)措施應(yīng)對突發(fā)狀況.

h.在監(jiān)測中期使用大型通用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬仿真分析；

i.結(jié)合數(shù)值模擬分析的結(jié)果和所得的監(jiān)測數(shù)據(jù)，整理、分析后總結(jié)制作既有構(gòu)筑物的安全評估報(bào)告，進(jìn)行全方位、多角度的評估分析.由此歸納隧道施工過程隧道的變形過程、變形規(guī)律、變形幅度和變形原因，并預(yù)報(bào)未來變形趨勢及工程安全程度，以達(dá)到指導(dǎo)安全施工的目的.

2.2 監(jiān)測儀器

主要的檢測儀器有精密水準(zhǔn)儀、位移計(jì)、壓力盒、收斂計(jì)、拾振器，信號采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)和激光測距儀.

2.3 監(jiān)測項(xiàng)目報(bào)警值

根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范和規(guī)程結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)資料，建立一個適合于相應(yīng)工程的報(bào)警指標(biāo)值，如表1所示.各項(xiàng)監(jiān)測的報(bào)警指標(biāo)應(yīng)按照以下原則確定：

a.滿足設(shè)計(jì)計(jì)算的要求，不可超出設(shè)計(jì)值；

b.滿足測試對象的安全要求，達(dá)到保護(hù)目的；

c.滿足各保護(hù)對象的主管部門提出的要求；

d.滿足現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范、規(guī)程的要求.

表1 監(jiān)測項(xiàng)目報(bào)警值［2－5］Tab.1 Warning value［2－5］

2.4 監(jiān)測頻率

各項(xiàng)監(jiān)測均在施工前測得初始值.本次監(jiān)測為6個月.施工的第1～2個月，每天進(jìn)行1～2次測量；第3～4個月，監(jiān)測頻率為每周3次；第5～6個月，則為每周1次.

2.5 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

主要分為靜態(tài)監(jiān)測點(diǎn)和動態(tài)監(jiān)測點(diǎn).靜態(tài)監(jiān)測點(diǎn)包括位移監(jiān)測點(diǎn)、圍巖壓力監(jiān)測點(diǎn)和高程測量點(diǎn)，以便于監(jiān)測、均勻布設(shè)、監(jiān)測范圍盡可能覆蓋整個影響半徑為原則，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況布設(shè).動態(tài)監(jiān)測點(diǎn)則包括爆破振動監(jiān)測點(diǎn)，根據(jù)隧道爆破開挖掌子面所在位置及既有構(gòu)筑物自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)動態(tài)來進(jìn)行選取.現(xiàn)介紹本工程中監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)情況.

a.倉庫底板深層豎向變形監(jiān)測點(diǎn).

按圖1位置共布置7個倉庫底板豎向位移監(jiān)測點(diǎn)，如圖1和圖3所示.H為鉆孔深度，d為位移計(jì)高度差值，φ為鉆孔直徑.

圖3 底板位移計(jì)監(jiān)測點(diǎn)斷面示意圖Fig.3 Floor displacement monitoring point cross section

b.受擾動倉庫圍巖地壓變化監(jiān)測點(diǎn).

為了監(jiān)測隧道施工期間上部人防倉庫圍巖壓力的變化情況，在50＃，52＃，49～53＃庫之間通道和54～55＃庫之間通道各設(shè)置1個圍巖壓力監(jiān)測點(diǎn)，共4個，分別監(jiān)測豎向和水平方向的壓力變化.其中，3個為豎向測點(diǎn)，1個為水平測點(diǎn)（50＃），每個監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置3個鉆孔，如圖1和圖4所示.

圖3和圖4中位移計(jì)和壓力盒的安裝過程為：a.使用機(jī)械按要求鉆一個直徑φ90～130mm的孔，一般為110mm；b.安裝位移計(jì)和壓力盒；c.用細(xì)石素混凝土通過固定裝置中間的孔進(jìn)行回填，壓實(shí)以固定位移計(jì)和壓力盒.

2.6 監(jiān)測系統(tǒng)流程

圖4 壓力盒監(jiān)測點(diǎn)斷面示意圖Fig.4 Pressure monitoring point cross section diagram

通過現(xiàn)場監(jiān)測并參與研討施工方案，建立了一套相對完善的施工方案流程：根據(jù)地址報(bào)告及隧道施工方案制定監(jiān)測方案→施工方按施工進(jìn)度組織施工→根據(jù)監(jiān)測方案進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測→分析監(jiān)測數(shù)據(jù)是否在報(bào)警值范圍內(nèi)→向施工方報(bào)警→商討施工工藝及爆破參數(shù)的合理性和科學(xué)性→調(diào)整施工方案，依次循環(huán)，直至完成施工.

2.7 監(jiān)測數(shù)據(jù)整理

每次測量后，將原始數(shù)據(jù)及時整理成正式記錄，并對每一種量測項(xiàng)目均進(jìn)行資料整理，綜合原始記錄表及實(shí)際測點(diǎn)圖，整理位移值、應(yīng)力值、位移速度、位移加速度隨時間及開挖面距離的變化情況.為使監(jiān)測工作能及時地為工程安全提供信息，應(yīng)對觀測資料進(jìn)行整理，使之成為便于使用的成果，具體內(nèi)容包括：

a.觀測點(diǎn)平面布置；

b.位移量時程曲線；

c.位移速率時程曲線；

d.位移－距開挖面距離曲線；

e.震動－距離曲線.

2.8 數(shù)據(jù)處理與反饋

每次量測后，對量測面內(nèi)的每個量測點(diǎn)（線）分別進(jìn)行回歸分析，求出各自精度最高的回歸方程，并進(jìn)行相關(guān)分析和預(yù)測，推算出最終位移，掌握位移變化規(guī)律，并由此判斷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性.

對隧道施工及安全而言，對實(shí)測結(jié)果的分析極具參考價值.分析主要包括：

a.地質(zhì)預(yù)報(bào)分析；

b.周邊位移的分析與反饋；

c.圍巖位移及松動區(qū)段的分析與反饋；

d.淺埋地表下沉分析與反饋；

e.爆破震動分析與反饋.

取得各種監(jiān)測資料后，及時進(jìn)行處理，排除儀器、讀數(shù)等操作過程中的失誤，剔除和識別各種粗大、偶然和系統(tǒng)誤差，避免漏測和錯測，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和完整性.監(jiān)測數(shù)據(jù)全部輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)計(jì)算并描繪出各測量對象的變化曲線，快速、及時地反饋給有關(guān)單位和人員，實(shí)時監(jiān)控施工.

3 監(jiān)測效果分析

根據(jù)本文所述的監(jiān)測方法，對現(xiàn)場測量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，本文僅選取底板位移監(jiān)測結(jié)果及圍巖壓力監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析.

3.1 底板位移監(jiān)測結(jié)果分析

本文對連續(xù)30天監(jiān)測所得的11個位移計(jì)的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，其所得底板位移監(jiān)測曲線及回歸分析曲線如圖5所示.S為底板位移偏移值，t為時間.

圖5 底板位移隨時間變化曲線及回歸曲線圖Fig.5 Displacement－time curves and regression curves

由圖5可知，在連續(xù)30天的測量中，累計(jì)偏移量均不超過預(yù)計(jì)值15mm，其中，最大偏移量為－2.46mm，最小偏移量為－0.42mm，均在正常范圍內(nèi).各監(jiān)測點(diǎn)底板偏移隨公路隧道的開挖而持續(xù)緩慢地下沉，整個監(jiān)測過程中沒有出現(xiàn)異常位移變化，各監(jiān)測點(diǎn)的歷時曲線也基本呈線性變化.

3.2 底板圍巖壓力監(jiān)測結(jié)果分析

本文對連續(xù)30天監(jiān)測所得的9個壓力盒的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，所得底板圍巖壓力隨時間變化曲線如圖6所示.σ為圍巖壓力變化值.

圖6 底板圍巖壓力隨時間變化圖Fig.6 Surrounding rock pressure－time curves

由圖6可知：

a.第1～3天底板圍巖壓力變化較大，主要原因?yàn)閴毫邪惭b初期，安裝填充的混凝土砂漿硬化后造成壓力盒與巖壁接觸壓力變化.

b.第6～10天及第15～18天圍巖壓力變化較大，尤其是在第6～10天50＃倉庫大門處（編號925010），壓力變化高達(dá)3.12kPa.編號925001，925002，925004為55＃倉庫測點(diǎn)；925008，925010，925012為50＃倉庫測點(diǎn)；925011，925009，925006為49＃倉庫測點(diǎn).

第6～10天和第15～18天施工對人防倉庫擾動比較大，均超過了預(yù)警值.因此，對出現(xiàn)報(bào)警情況進(jìn)行了分析，在采用鉆爆法進(jìn)行隧道施工的工程中，可能存在施工工藝及單次爆破進(jìn)尺過大等問題，從而導(dǎo)致底板壓力的連續(xù)不穩(wěn)定波動.

在對實(shí)際爆破施工日志和工作面進(jìn)行調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，主要原因是施工隊(duì)為追求單次爆破進(jìn)尺，鉆孔深度超過設(shè)計(jì)深度，并且爆破裝藥量超過設(shè)計(jì)值，致使人防工程底板圍巖壓力變化過大，存在安全隱患.通過分析，及時向業(yè)主、監(jiān)理和施工單位反映情況.因爆破振動對上部人防倉庫結(jié)構(gòu)安全性的影響較大，建議設(shè)計(jì)和施工各方保證藥量，規(guī)范爆破作業(yè)，嚴(yán)格按爆破方案的施工進(jìn)度控制炮孔深度和裝藥量.從監(jiān)測效果看，因及時向業(yè)主和施工單位反饋了爆破震動報(bào)警信息，使得上部人防倉庫在施工過程中避免了沖擊破壞的可能，保證了安全施工，取得了很好的效果［6］.

4 結(jié) 論

通過對蕭山北干山永久路新開隧道下穿人防工程監(jiān)測項(xiàng)目的研究分析，得出以下結(jié)論：

a.建立了一套行之有效的監(jiān)測方法：選取監(jiān)測點(diǎn)，埋設(shè)監(jiān)測儀器，采集相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，反饋監(jiān)測結(jié)果給施工單位，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果制作既有構(gòu)筑物安全評估報(bào)告，結(jié)合建立的三維實(shí)體模型進(jìn)行數(shù)值仿真分析，預(yù)測未來既有構(gòu)筑物變形趨勢及工程安全度，由此與施工單位研究制定新的施工方案.

b.本文同時運(yùn)用監(jiān)測結(jié)果中的兩項(xiàng)內(nèi)容對該監(jiān)測方法的效果進(jìn)行了分析，說明本方法具有顯著優(yōu)勢.（a）根據(jù)監(jiān)測工程的實(shí)際情況，建立監(jiān)測方案，監(jiān)測方案內(nèi)容全面，從變形、沉降、壓力變化、爆破沖擊波監(jiān)測及計(jì)算機(jī)仿真等多個角度，全方位地了解、分析既有構(gòu)筑物的安全可靠性；（b）各種監(jiān)測內(nèi)容相互對比分析，不僅建立了縱向的影響監(jiān)測分析，也建立了橫向的對比監(jiān)測分析，使得仿真分析的結(jié)果更具有說服力；（c）建立了一套完整的監(jiān)測流程，及時將監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行反饋，從而建立施工與監(jiān)測的良性溝通、循環(huán)，充分地發(fā)揮了監(jiān)測的作用.

［1］龔倫.上下交叉隧道近接施工力學(xué)原理及對策研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2007.

［2］中華人民共和國建設(shè)部.JGJ8—2007，建筑變形測量規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.GJJ8—99，城市測量規(guī)范［S］.北京：北京市測繪設(shè)計(jì)研究院，1999.

［4］中華人民共和國建設(shè)部.GB50026—2007，工程測量規(guī)范［S］.北京：北京計(jì)劃出版社，2007.

［5］林宗元.巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［6］王國欣，肖緒文.公路隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)反常的思考［J］.華東公路，2009（2）：77－79.