摘要
近年来，随着隧道工程建设发展迅速。据2020年交通运输部的相关统计，我国公路隧道数量已经越过2万大关，共计2万1千余处；同时，隧道的总长也超过了两千万米，共计达到2100多万米。其中新奥法应用在大部分隧道施工中，新奥法已成为我国隧道施工的重要方法。但是新奥法施工也存在着许多风险与不足，比如可能会产生对人身体产生损害的物质、造成地表沉降，还可能造成人员坠落、触电、机械伤害等人身伤害风险，因此在测量监控方面的研究就显得尤为重要。本文通过研究图云关隧道，对隧道工程新奥法施工中的监控技术进行研究。以便能更好的降低风险，让新奥法更好的为我国隧道工程进行服务。
关键词：新奥法；隧道施工；测量监控
abstract
In recent years, with the rapid development of tunnel engineering construction. According to the relevant statistics of the Ministry of Transport in 2020, the number of highway tunnels in China has passed 20,000, totaling more than 21,000, the total length of tunnels also exceeds 20 million meters, totaling more than 21 million meters. Among them, Austrian France is applied in most tunnel construction, which has become an important method of tunnel construction in China. However, there are also many risks and deficiencies in the construction of the Austrian Law, such as substances that may cause damage to the human body, cause surface subsidence, and may cause the risk of personal injury such as fall, electric shock and mechanical injury. Therefore, the research on measurement and monitoring is particularly important. This paper studies the monitoring technology in the construction of tunnel engineering. In order to better reduce the risk, so that the new Austrian law of better service for China’s tunnel engineering.
Key words: New Austrian method; tunnel construction; measurement and monitoring
第1章绪论
1.1研究背景
随着国家在交通网络建设方面的不断投入，公路隧道的建设也得到了快速的发展。近年来，由于隧道具有缩短交通距离等优势，公路隧道在交通网络建设中的比例呈逐年上升趋势，尤其是在山区、丘陵地区、城市、跨江跨海交通方面的建设中发挥了举足轻重的作用。据相关统计,我国隧道的总里程数可以达到每年增加1500公里以上。迄今为止，我国已经在隧道规模方面、总里程数上、隧道建设发展速度方面都居世界第一。
随着，隧道建设的迅速发展，也引起了越来越多的技术人员对于道路施工方法的重视与研究。未来，我国隧道建设要朝着长、大、深、群的方向继续发展、探索的要求。因此，为保障隧道建设的顺利，在隧道施工过程中灾害预测就显得尤为重要。目前，隧道建设中灾害预测的主要方法就是监控量测。
新奥法施工中比较重要的就是关于隧道围岩稳定性的监控测量，本文以图云关隧道为作为研究对象，对隧道监控测量技术进行分析，并对图云关隧道围岩稳定性进行评价，为以后类似的工程的测量监控提供参考。
1.2研究意义
众所周知，新奥法施工中的监控测量主要监测支护结构的应力、围岩变形。这种测量方法非常的适合隧道施工环境。因此，采取适合隧道施工环境的监测方法非常重要。只有通过合适的监测方法，才能够对目标进行较为全面、准确地测量，从而可以获得较为全面的监测所需的数据，这也是监测数据能够被准确分析的前提。监测人员通过准确的数据分析，可以对隧道施工中可能出现的围岩、支护结构等安全性问题作出研判,从而可以对隧道施工各方发出提醒，提交相关预警报告,协助施工等单位对监测的工程及时应对、解决问题。制定符合工程实际与设计要求的监测方案，保障工程施工安全、有序地进行，从而降低重大事故发生率。
1.3研究现状
新奥法施工技术最先由奥地利学者提出的,之后在欧洲其他国家以及日本等国家开始得到认可，并逐渐成为隧道工程建设中的重要环节，被普遍应用在隧道建设和地下建设中。我国引进该技术施工的时间虽然较晚，从上世纪80年代至今也只有四十年左右，但是却获得了巨大的发展。该技术已经被广泛应用在我国的地下工程建设之中。不可否认地是，我国在该技术运用方面与欧美等国家仍存在一定的差距，在工程建设过程中仍然有一些问题需要解决。主要表现在：一是部分施工人员对于隧道监控量测重视度不够，有的甚至在施工过程中从未做过监控量测；二是数据处理不及时，导致监控量测在安全保障方面的效果不明显；三是监控测量与施工设计本应是相辅相成的，但在实际施工过程中，二者并没有做到协调互补、相互验证。因此,在新奥法施工测量监控方面，我国仍有较大的进步空间。本文通过图云关隧道为工程实例，借此来研究新奥法施工测量监控，并引用几种超前地质预报方法，希望对类似工程的测量监控提供参考意见。
第2章新奥法的定义与优点
2.1新奥法定义
新奥法是把锚杆以及喷射混凝土当作主要支护的方式，对围岩的变形进行测量，并对获得的数据进行分析，根据数据分析的结果指导设计及施工，最大限度地利用围岩自承能力的一种施工手段。[1]相比传统的钢木构件技术，锚喷支护技术在技术手段以及工程概念方面都有较大的差异，有助于提升施工人员对于隧道相关问题的认识。它可以不受岩体特性的限制。也就是说，新奥法既可以用于自稳性强的岩体的施工，也可以用于稳定性比较差的岩石。新奥法施工基于保持岩体原有强度的原则，采用开挖与支护相结合的方式来抵抗隧道围岩的破坏，从而达到最大化的运用围岩的承载力。
2.2隧道新奥法施工原理
在隧道施工过程中岩体是隧道主要的承载体，因此对于围岩的稳定性、安全性的保障非常重要。在这个过程中使用新奥法，要注意保持围岩完整性，避免其长期裸露在外。
所以，打造高应力洞室是隧道开挖的一个重要前提。当隧道多次开挖且岩体中存在少量变形时，岩体应力将重新分布，岩体应力将通过圆形空腔分散，从而对隧道起到良好的支护效果。
因此，为了防止围岩承载力丧失，产生安全隐患，就要及时地对围岩变形情况进行监测，及时反馈。在初期支护过程中，利用拱架、锚杆以及钢筋棚网等，再喷射混凝土，将围岩与之紧紧贴在一起，使得岩体应力均匀分布，从而形成强稳定性的支护系统。做好初期支护后，为了进一步保障施工的安全性，通常会再进行二次衬砌，使得岩体全部被封闭，使得安全性进一步提高。
2.3新奥法施工的特点与要点
(1)一般情况下，新奥法施工效率更高，且围岩封闭性强，起到更好的支护效果，其成本也更加的低廉。支护施工，先需要在准确的爆破位置进行炸药爆破，完成爆破后再进行锚喷支护。锚杆施工前必须确认支架已达到预期强度。然后确定锚杆长度以及钻孔方向。锚杆施工结束后，再进行混凝土湿喷。
(2)利用新奥法施工时有两个注意事项：一方面是要重视复合式衬砌的工作。它是整个隧道施工中非常重要的一个环节；除了在初期支护中有外层柔性支护，可以控制围岩的变形。同时，对内层也进行衬砌施工，使得工程施工在安全范围内。二是重视新奥法的开展与现场监测。在监测工作开展过程时，离不开高效地工作状态以及高质量的量测设备。根据设备量测的围岩的数据进行参考，来适时调整支护设计工作。
第3章新奥法测量监控内容及监控内容
3.1监控测量概述
在新奥法施工时,由于挖掘过程中的爆破会使得围岩的应力场发生变化,这也是隧道产生位移变形的重要因素,尤其隧道开挖的位置处于不良地质地段,很可能造成更为严重的沉降变形,这种变形是被允许的但也必须要限制在安全范围内,控制不当则导致围岩松动甚至明塌造成安全事故,由于隧道围岩应力场的改变存在着很多不确定性因素,常常在设计过程中无法全部考虑到而产生较大误差,若还是执行最初的设计方案,可能带来支护结构无法支撑围岩而发生安全事故,因此在这种设计方案与实际状况不同的情况会先考虑运用工程类比法,就是将该工程与类似的工程项目进行类比,以确定符合本工程项目的监控量测标准,从而制定出更符合项目的设计方案,新奥法施工必须要做到实时监测、及时反馈、动态管理等。
安全是一切工程项目的底线,只有保障安全才可以进行正常的施工,而相比地上工程地下工程项目对施工技术方法的要求更高,施工环境也相对复杂、不确定性较多,因此一定要严格遵循安全要求,把握施工的每一个环节,在隧道施工中时刻警钟长鸣,监控量测在隧道施工中就好比检察官,对围岩环境及现场支护状况进行严格的控制,及时反馈监测数据来调整施工方案,调整支护参数并采取对应加固措施作为二次衬砌的基础。
3.2监控测量基本目的
(1)监控测量应用在整个施工周期。能够正确识别围岩性质，并且及时地修正、完善施工设计。
(2)协调统一好监测与开发、支护施工的关系。测点位置和数量应当符合设计和实际施工要求，根据监测情况对内容进行修正。
(3)制定具体的实施细则。监控量测的工作人员应当根据工程实际情况及设计方的要求，制定监控测量的具体实施细则。该细则需经工程监理及其他相关负责人共同认可后方可执行。(4)成立专门的监控量测组织，配备具有丰富理论及实践经验的专业人员及高精准的测量工具。
(5)及时发现围岩变形。做到监测人员定时监测，及时发现问题，及时处理，及时向相关部门进行反馈，协助施工现场安全作业。
(6)建立完善的数据审查制度。专门人员负责数据处理分析，对数据进行复核、审查，及时发现问题，解决问题，并及时跟踪记录详细情况，以确保数据的全面、准确。
3.3必测项目
必测项目，顾名思义就是在挖掘隧道过程中的必须测量监控的项目。一般情况下，对衬砌结构的受力情况和围岩稳定性的评估主要就是依据必测项目的量测结果。
(1)洞内围岩的观察
它指的是在隧道掌子面挖掘中，观察记录并分析掌子面的前方、洞周围的岩体完整性、性质、节理及地下水发育以及洞内支护情况。通过对上述情况的观察记录使得施工人员了解并掌握对于隧道所在地的地层的相关信息，并通过超前地质预报，分析掌子面前方围岩地质状况,从而预测出较为准确的围岩的情况，并通过上述判断对围岩采取相应的对围岩作出精准的预测,并采取相应措施以确保施工的安全。
(2)初期支护的拱顶下沉与周边位移
监控量测获得的数据可以较为直观的反映围岩变化，为隧道安全作业提供保障。
拱顶下沉是判断围岩状况的重要依据。主要测量拱顶附近的测量点与参考点外的仰拱之间在垂直方向上的相对位移。一般情况下可使用水准仪检测法测量位移。拱顶下沉的测量点的位置一般是在拱顶轴线的附近。如果拱是分段开挖的，或者隧道的总跨度较大,测点数量也应当随之增加。水平相测线的位置要综合考虑施工情况、隧道环境等决定。如图：
③地表沉降测量
它主要依据隧道浅埋暗挖段的地表沉降值，了解地表沉降稳定的时间。通过对实测数据，可以了解隧道开挖与地表沉降的关系，了解影响范围，掌握其规律，对地表沉降稳定的时间做出更准确的判断。主要方法：在与隧道工作面平行的表面上，按一定距离布置一个监测点段，并用测量仪器测量数据。量测结果能够较为直接地让施工人员了解到在开挖地表岩的变化状态。由于浅埋暗挖段的围岩通常为软弱性岩层,其自稳能力较差，在施工过程能较为容易失去稳定性，容易产生安全问题。一旦围岩失去稳定性，而支护强度又不足以支撑的时候，就很容发生塌方或掌子面顶部的滑落的事情发生,施工风险就会大大增加。因此，隧道施工作业时一定要非常地重视地表沉降，对其进行定时监测。测点布置一般如图：
地表沉降横向观测及测点布置示意图
3.4选测项目
选测项目是非必须项目，是可选择的，因此，可以理解为是对必测项目的补充。一般隧道工程量非常大，需要测量的项目也非常多。但是并不是所有的测量都需要被纳入监控之中。除了上部分所说的必测项目，应当根据隧道
具体施工情况和需要进行有选择地检测，比如来自于具有地址代表性的区段、地质复杂区段等具有指标性的监测。选测项目主要有:围岩内部位移、锚杆轴力等项目。
(1)围岩内部位移监测
它主要是监测围岩内部岩体的位移变形情况，进行统计，掌握洞体周围岩体的位移变形与隧道掌子面挖掘之间关系，根据他们之间的关系找出其中的法则,进而了解支护和围岩之间的关系。
岩体和岩体的彼此挤压会造成岩体位移，但是一般情况下，位移非常微小，肉眼或者普通的仪器是很难看出或者进行准确的测量的。所以，一般会用位移计来对围岩内部位移值进行统计。在实际的监控测量中用的位移计通过杆件的伸缩可以快速、有效的收集到岩体位移情况，而且测量结果通常情况下精确度很高。
(2)锚杆轴力
支护系统对于隧道安全施工具有极为重要的作用。而支护锚杆作为支护系统中重要组成部分，主要承担着受力。因此，需要监测锚杆的受力状况。锚杆在受力之后,它的铺杆会发生不同程度的形变。对于锚杆受力的监测，使用应变计或者应变片来进行测量锚杆的变形，分析电阻或频率变化，最后使用校准曲线或公式将电信信号换算成锚杆受力情况。
一般情况下的监测，采用由铝合金管和粘贴电阻片的钢管组成的电阻式铺杆应变计。电阻片需要采取必要的防止潮湿措施。在实践中也有直接采用工程锚杆的情况，这种情况下，只需要对针对粘贴应变片的位置防潮即可。这种方式具有价格便宜、精确度、使用方便等优点。但是缺点也很明显，它对于防潮措施要求非常严格，很容易受到干扰。
监测锚杆的轴力主要是监测受到外力作用的锚杆变形情况。测量一般会使用传感器获得相应的数据后，分析错杆支护在围岩变形过程中的控制效果。在错杆监测布置时我们应该错杆的材质、规格、长度都应当与隧道施工时的一致。在安装好后，需等到混凝土具有一定强度后再对锚杆轴力进行全时段的监控。
第4章新奥法施工监控测量工程案例
4.1图云关隧道工程概要
岭南高速公路为“二广”高速公路洛阳至南阳段的一部分,主线全长约超过74公里,联络线有24.25公里,总里程超过98公里,征用土地为6.54平方千米。
本文研究的岭南高速公路第四标段是图云关隧道。其起止桩号范围为左侧lk11+850~lk12+305，隧道左侧长度455m，穿越围岩二-四级分别280、95、80米；右幅RK11+845~RK12+315,隧道右侧段的长度为470米,穿越围岩二级-四级分别为260、115、95米。该隧道处于低山区的地段,穿越围岩为片岩和大理岩。围岩片理几乎与该线正交。进口段处于冲沟地带，基岩风化明显。附近有小滑坡、碎石土。出口段,洞口上方斜坡较陡,出露弱风化大理岩，总体来看，斜坡虽然陡峭但是仍旧处于比较稳定的状态。洞身围岩完整性较好，岩石类型为质地较硬的大理岩及片岩。
4.2图云关隧道施工技术方案
1、监控量测断面布置 图云关隧道综合围岩等级、掌子面及当前的施工进度进行研判。为了方便及时监测，确保施工安全，需要对软弱区合理的增加收敛监测断面数量。
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