香爐山隧洞軟巖段監測方案分析與改進

張 亮，張學良，趙建平，王麗娟

(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650041)

0 引言

長距離隧洞工程施工難度大，主要原因是線路長，水文、地質條件復雜，尤其是在地質構造活動較為強烈的區域[1]。在長期的地質構造活動影響下，隧洞圍巖變化較大，圍巖強度差異大，導致施工難度較高[2-3]。同時，在構造活動強烈區域常發育斷裂活動帶，導致隧洞施工易涌水。因此，針對這種情況，加強施工中的監測工作非常必要，也是保障工程安全的重要工作內容[4-10]。下文以香爐山隧洞軟巖段為例，對監測結果進行分析，提出相關監測建議。

1 工程概況

大理I段主體施工3標所轄樁號范圍DLI36+800～DLI63+342，長約26.542km，施工部位包括香爐山隧洞主洞(DLI36+800～DLI62+596)、香爐山隧洞7#和8#施工支洞、香爐山退水洞、積福村渡槽、積福村隧洞，其中，香爐山隧洞主洞樁號范圍DLI36+800～DLI62+596，香爐山隧洞是工期控制性施工項目。

香爐山隧洞7#施工支洞上游側主洞DLI 56+345～DLI 53+749為軟巖變形段，在TBM施工中出現變形大，鋼支撐出現明顯扭曲變形，多次更換后仍不穩定，存在較大安全隱患。

根據要求，于2022年6月20日起，對施工方布設的收斂測點進行監控量測成果復核工作，截至目前，已對DLI54+075～DLI53+367軟巖變形洞段共計復核施工收斂38個斷面，獨立復核收斂2個斷面(DLI53+749、DLI54+075)。

2 軟巖變形洞段的設計與監測

2.1 監測目的

根據香爐山隧洞的總體布置、結構形式、工作特點、圍巖條件等，主要監測項目為4個。

(1)隧洞進、出口及沿程水位監測。

(2)變形監測：包括收斂變形復核監測、圍巖內部變形監測、淺埋洞段的地表沉降監測、隧洞活斷層錯動監測、襯砌和圍巖的結合面開合度監測等。

(3)滲流監測：隧洞外水壓力監測等。

(4)應力應變監測：包括襯砌混凝土應力應變監測、鋼筋應力監測、圍巖壓力監測、支護措施受力監測等。

2.2 斷面及測點布置原則

(1)每條隧洞均應設置綜合監測斷面，長隧洞2～5km宜設1個斷面，短隧洞宜在圍巖較差處設代表性斷面。

(2)隧洞斷面位置根據圍巖地質條件選取，一般在活動斷層帶、軟巖帶、高地下水及不利結構面等處均應設置代表性監測斷面。

(3)為了便于電纜牽引和供電，監測斷面位置宜盡量靠近隧洞進、出口或施工支洞附近布設。

(4)監測斷面應綜合布置變形、滲流、混凝土應力應變、接縫開度、支護措施受力等各類監測儀器。

(5)施工期應采用收斂法進行表面收斂監測。收斂斷面，一般間距100～300m，在不良地質洞段，間距約3倍洞徑至50m；每個收斂斷面布設5～7個收斂測點；初測收斂斷面盡量靠近開挖掌子面。

2.3 監測方案

大理I段主體施工3標所轄樁號范圍DLI 36+800～DLI 62+596，長約25.796km。依據監測設計，共計布設114個復核性收斂斷面，11個綜合監測斷面：DLI 60+530、DLI 58+820、DLI 57+900、DLI 55+865、DLI 53+810、DLI 51+560、DLI 50+500、DLI 48+370、DLI 45+320、DLI 42+455、DLI 40+615，布設間距介于0.98km：(DLI 58+820～DLI 57+900)～3.05km：(DLI 48+370～DLI 45+320)。

DLI 54+200～DLI 53+357軟巖變形段設計布置3個收斂監測斷面：DLI 53+990、DLI 53+870、DLI 53+540。1個綜合監測斷面：DLI 53+810。經現場圍巖實際情況進行動態設計調整：DLI 53+990收斂監測斷面調整至DLI 54+075，DLI 53+870收斂監測斷面調整至DLI 53+749，DLI 53+540收斂監測斷面調整至DLI 53+491。DLI 53+810綜合監測斷面原設計布設在鶴慶-洱源斷裂帶(F12斷裂帶)，按設計要求，該斷面需等開挖至F12斷裂帶后再進行安裝埋設。

2022年6月初，香爐山隧洞7#施工支洞上游側主洞開挖至DLI 54+200，設計明確主洞開挖已進入F12斷裂(DLI 53+747～DLI 53+912)帶影響帶。圍巖主要為松桂組碳質泥巖夾頁巖，巖體破碎，節理發育，圍巖整體性、穩定性差。按要求，需對施工方變形較大的收斂測點進行復核監控量測。

3 監測工作及其成果

3.1 現場情況

依據監測布置，DLI 54+200～DLI 53+357軟巖變形段設計布置3個收斂監測斷面：DLI 53+990、DLI 53+870、DLI 53+540，1個綜合監測斷面：DLI 53+810。

3個收斂監測斷面已按調整后的樁號安裝埋設完畢，并對54+075、DLI 53+749斷面收斂測點進行觀測工作，但DLI 53+491斷面收斂測點由于受遮擋無法開展觀測。

DLI 53+810綜合監測斷面，設計意圖是布置在斷裂帶處。目前，根據巖體情況，研究認為還未到斷裂帶，故該綜合監測斷面未實施。

3.2 主要監測成果

香爐山隧洞DLI 54+200～DLI 53+357軟巖變形段布設3個收斂監測斷面，布點位置：第一層5點(頂拱)，第二層3、4點(拱肩)，第三層1、2點(邊墻)。收斂監測成果，見表1。

表1 香爐山隧洞7#支洞上游監測成果匯總表

(1)DLI 53+749斷面收斂測點于2022年10月18日埋設，同日開始觀測，圍巖類別為Ⅴ類，截至2022年12月20日，斷面各測線累計收斂值介于12.0～177.1mm之間。觀測初期呈小幅增大變化，之后逐漸趨于平穩。2022年12月13日，該部位收斂速率持續增大，周收斂變形83.4mm，日收斂速率為11.91mm/d。巡視檢查發現，周邊已加固的鋼拱架出現變形，引起參建各方高度關注。

(2)DLI 54+075斷面收斂測點于2022年6月20日埋設，同日開始觀測，圍巖類別為Ⅳ類。截至2022年12月20日，斷面各測線累計收斂值介于1.0～52.0mm之間。觀測初期至2022年9月上旬，收斂變形呈增大變化趨勢，后經施工方加固處理后。目前，該部位各測點變形基本趨于收斂。

4 監測布置建議及難點分析

4.1 監測布置

香爐山輸水隧洞穿越龍蟠-喬后、麗江-劍川、鶴慶-洱源等多條活動斷裂，年位移速率0.9～6mm，每年不等，難以通過工程選線、選址來回避斷裂帶。斷層的活動性是影響和制約深埋長隧洞設計、施工及運營的主要因素之一。

為適應活動斷裂帶圍巖的應力狀態和持續變形，開展了活動斷裂的地質學研究，重點研究活動斷裂對地應力場的影響、活動斷裂帶的振動對隧洞位移場的影響(即隧洞抗震問題)、活動斷裂的錯動對隧洞位移場的影響(即隧洞抗斷問題)。通過采取相應的設計和施工措施，避免了活動斷裂帶對輸水建筑物的影響。同時，在施工和運行過程中需重點加強安全監測，以便及時采取應對措施，保證隧洞的安全運行。

依據軟巖大變形洞段工程實際狀況，擬在軟巖大變形洞段增設部分監測斷面，通過對圍巖變形、錨桿支護應力監測，獲取準確可靠的監測數據，為臨時應急處置決策提供技術支持，確保施工過程中人員和設備安全。監測布置方案如下。

(1)建議增設4個綜合監測斷面，布設樁號為DLI 53+381、DLI 53+491、DLI 53+749、DLI 53+968，具體樁號可根據現場施工條件進行調整。

(2)新增監測斷面僅作為臨時監測用，不接入永久監測系統，故選用儀器為振弦式儀器。

(3)新增每個監測斷面布置多點位移計、錨桿應力計各5套，分別布置于拱頂、兩拱肩及拱腰；多點位移孔深應根據鉆孔情況確定，初步估計為31m，采用三點式；錨桿根據施工錨桿確定，每根錨桿布置2個測點。

(4)原定的收斂監測斷面不變。

(5)原DLI 53+810監測內容不變，仍按原計劃，根據揭露的巖體情況布置在斷裂帶處。

4.2 監測施工難點及注意事項

(1)多點位移計鉆孔時成孔難度大，鉆孔可能會因巖體過于破碎而難以成孔。

(2)注漿難度大。因巖體已經出現了較大變形，很難確保注漿密實，造成錨固點不能有效固定，最終影響數據的真實性。

(3)多點位移計最大量程為300mm，該洞段變形較大，可能會在較短時間內因變形超量程而失效。

(4)錨桿不能與其周圍巖體有效固定，或變形過大失效。

(5)由于鋼支撐變形過大而時常更換，過程中極易損壞監測儀器。

(6)監測數據能否真實反映巖體變形，規律尚不確定。

5 結論

(1)根據原監測方案的變形觀測數據，DLI 54+075斷面圍巖類別為Ⅳ類，斷面各測線累計收斂值介于1.0～52.0mm之間；觀測初期收斂變形呈增大趨勢，經加固處理后，該部位變形基本趨于收斂。DLI 53+749斷面累計收斂值介于12.0～177.1mm之間，周邊已加固的鋼拱架出現變形，變形尚未收斂。

(2)針對已經獲取的變形觀測數據，建議增設4個綜合監測斷面；同時需要注意監測點施工時的質量及交叉作業的影響，以保證監測數據的準確性。

(3)由于監測數據的局限性，監測數據能否真實反映巖體變形規律尚不確定。因此，施工中應加強監測頻率，增加監測斷面，確保施工安全。