12/12京滬高速鐵路隧道監(jiān)控量測總結(jié)王洪義趙國超程安文摘要:目前鐵路隧道的設計理念是：安全、環(huán)保，盡可能少的破壞原始地貌，隧道一般遵循“早進晚出”，所以隧道的進口和出口埋深都比較淺。為保證工程的安全進行，質(zhì)量可靠，監(jiān)控量測是施工中重要的一個工作。本文闡述了京滬高速鐵路三標段金牛山隧道監(jiān)控量測的施測方法，掌握圍巖動態(tài)和支護工作狀態(tài)，綜合分析監(jiān)控量測，從而及時調(diào)整隧道的支護方案，保證圍巖穩(wěn)定和施工安全。關(guān)鍵詞:監(jiān)控量測、拱頂沉降、水平收斂、地表沉降、全站儀、電子水準儀、非接觸測量1工程概況金牛山隧道位于山東省泰安市境內(nèi)，隧道長為1905m，隧道內(nèi)為3‰和12‰的上坡。隧道開挖半徑為7.48m、凈空高為11.91m，處于丘陵緩坡地帶，地形起伏較大，圍巖大部分為Ⅳ、Ⅴ類弱風化圍巖。隧道進口的最小埋深只有2.1m，由于隧道的進口和出口埋深較淺，所以在進口和出口45m施工范圍內(nèi)采用雙側(cè)壁導坑法施工。在隧道中部跨京福高速公路段，埋深只有9.28m，車流量大。2監(jiān)控量測的目的由于金牛山隧道埋深很淺，為保證施工安全及結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性，監(jiān)控量測工作非常必要。在隧道施工過程中，用現(xiàn)場量測的數(shù)據(jù)對圍巖支護體系的穩(wěn)定狀態(tài)進行檢測，確認支護參數(shù)和施工方法的準確性，為初期支護和二次襯砌設計參數(shù)的調(diào)整提供依據(jù)，驗證支護結(jié)構(gòu)效果。監(jiān)控工程對周圍環(huán)境的影響，積累量測數(shù)據(jù)，為信息化設計與施工提供依據(jù)，是確保施工及運營安全、指導施工程序、便利施工管理的重要手段，監(jiān)控量測是施工過程中必不可少的施工工序。通過量測了解該工程條件下所表現(xiàn)、反映出來的一些地下工程規(guī)律和特點，為今后類似工程或工法本身發(fā)展提供借鑒、依據(jù)和指導作用。3監(jiān)控量測的項目（1）洞內(nèi)觀察（2）水平相對凈空變化值的量測（3）拱頂下沉量測（4）地表下沉量測4量測斷面間距和量測頻率（1）根據(jù)設計圖紙確定拱頂下沉及周邊收斂間距如下表圍巖級別量測斷面間距（m）Ⅴ（淺埋）5Ⅴ（深埋）10Ⅳ（淺埋）10~15Ⅳ（深埋）20~30Ⅲ50Ⅱ80（2）根據(jù)設計圖紙確定拱頂下沉及周邊收斂量測頻率如下表變形速度（mm／d）量測斷面距開挖面距離（m）量測頻率≥5（0~1）B1~2次／天1~5（1~2）B1次／天0.5~1（1~2）B1次／2天0.2~0.5（2~5）B1次／2天＜0.2＞5B1次／1周注：B表示隧道開挖寬度，d表示天（3）地表下沉量測斷面間距如下表埋置深度H量測斷面間距（m）H＞2B20~50B＜H＜2B10~20H＜B10注：B表示隧道開挖寬度5監(jiān)控量測的方法和實施情況5.1、洞內(nèi)監(jiān)控量測的實施5.根據(jù)相關(guān)圖紙和相關(guān)技術(shù)要求，隧道有以下三種開挖方式，根據(jù)開挖方式的不同，有三種測點布置方式，其示意圖如下：為能對圍巖及支護結(jié)構(gòu)的性態(tài)作較全面的分析，并且獲得完整數(shù)據(jù)，同時又使各項數(shù)據(jù)間能相互比較、相互驗證，因此，地表監(jiān)測點與洞內(nèi)拱頂沉降點及水平凈空收斂點均布置在同一斷面上。5.由于洞內(nèi)監(jiān)測有兩項工作內(nèi)容，根據(jù)工作內(nèi)容的不同，儀器選用情況如下：水平凈空收斂：水平凈空收斂采用中鐵西南科學研究院生產(chǎn)的SWJ-IV隧道收斂儀，最小讀數(shù)0.01mm拱頂沉降：拱頂沉降采用DNA03水準儀和徠卡TCA2003全站儀進行非接觸測量，DNA03水準儀的標稱精度為0.3mm/Km,TCA2003全站儀的標稱精度：測角0.5″，測距±（1mm+1ppm5.水平凈空收斂實測步驟：根據(jù)設計要求隨時掌握巖石的變化情況，測點安裝應靠近開挖面又不宜被破壞的地方，并且保證在開挖后12小時（最遲不超過24小時）內(nèi)埋設，且在下一次循環(huán)開挖前量測到初次讀數(shù)，初期觀測為每天兩次，如巖石沒有異常變化按照4.2表中量測頻率進行觀測。監(jiān)測點的鋼筋根部應深入巖石并灌入水泥砂漿使其牢固。量測方法：每個監(jiān)測斷面兩次掛尺，第一次量測完成后，記錄量測數(shù)據(jù)，然后交換尺頭再次量測，兩次量測結(jié)果誤差在0.5mm內(nèi)取平均數(shù)作為水平凈空量測結(jié)果洞內(nèi)拱頂沉降監(jiān)測實測步驟：首先在隧道的仰拱埋設水準點，按照《二等水準測量規(guī)范》聯(lián)測水準點的絕對高程（此點坐標也可作為隧道內(nèi)日常測量施工放樣使用）。拱頂監(jiān)測點位置和埋設時間同水平收斂點相同，埋設方法同水平收斂點一樣要把鋼筋插入巖石內(nèi)使其牢固，在鋼筋外露部分焊接5㎝×5cm的鐵片，然后在鐵片上貼測量專用反光片。在后視水準點上架設徠卡儀器自帶的金屬三角架，固定1.3M作為后視標高，儀器架設在水準點和反光片中間適當?shù)奈恢茫槐亓咳『笠晿烁吆蛢x器高，這樣可消除因量取儀器高和后視標高帶來的誤差。然后使用全站儀測量水準點到反光片的高差，正、倒鏡測量3個測回，每測回高差值比較不超過0.5mm，取平均數(shù)示意圖如下：洞內(nèi)水平凈空收斂的精度分析：收斂儀鋼尺受溫度影響較小，隧道內(nèi)溫度基本穩(wěn)定，初次量測溫度和日常量測時溫度基本一致，不必考慮溫度改正。收斂儀的最小讀數(shù)為0.01mm，量測結(jié)果的取值也為0.01mm，能夠反映圍巖的細微變化洞內(nèi)沉降監(jiān)測精度分析：此公式為光電測距三角高程測量（單向觀測）的高差精度估算公式，其中：如水平距離取值30米，儀器觀測測點天頂距取值70°。儀器觀測后視棱鏡天頂距取值90°。斜距取值32米，地球曲率半徑取值6369000米，大氣折光系統(tǒng)測量誤差忽略不計，未考慮儀器高測定誤差及棱鏡高測定誤差。光電測距邊邊長中誤差及垂直角測角中誤差均采用儀器標稱精度。計算得此高差精度值為±0.34mm5.2洞外監(jiān)控量測的實施5.地表上沿隧道軸線布置的監(jiān)測點與洞內(nèi)拱頂沉降及水平收斂點布置在同一斷面內(nèi)，用現(xiàn)澆混凝土方式埋設，沿隧道縱斷面斷面間距按4.3表執(zhí)行。橫斷面地表監(jiān)測點間距取3～5M，在同一量測斷面內(nèi)取7～11個監(jiān)測點。另外，根據(jù)相關(guān)圖紙和相關(guān)技術(shù)要求，我們在金牛山隧道跨京滬和京福公路段地表布設了水準觀測點，用于對地表沉降進行觀測，其示意圖如下：5.采用徠卡DNA03電子水準儀，儀器標稱精度：0.3mm∕5.首先沿隧道軸線方向每隔100～150M埋設一個水準工作基點構(gòu)成水準網(wǎng)，工作基點埋設在穩(wěn)定的基巖面上并與隧道開挖線保持一定距離，以免受隧道施工影響工作基點的穩(wěn)定，采用現(xiàn)澆混凝土方式埋設，工作基點按照《二等水準測量規(guī)范》聯(lián)測。對每個斷面上的監(jiān)測點也按照《二等水準測量規(guī)范》進行觀測，依次對每條斷面上的監(jiān)測點進行閉合或符合水準路線測量。地表下沉量測應在開挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）處開始，直至襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止時為止。5.2.4、為保證高速公路的安全運行，按照設計要求應加密隧道下穿高速公路段的監(jiān)測斷面的間距和觀測頻率，洞內(nèi)和地表監(jiān)測點應布置同一斷面內(nèi)，縱向間距為5M，橫斷面監(jiān)測點間距3M，為隨時掌握路面下沉情況，地表及洞內(nèi)拱頂沉降觀測頻率為2次∕5.3工作基點網(wǎng)的建立和檢測在監(jiān)控量測地表區(qū)域附近布設3個水準基點為一組，基準點布設在穩(wěn)定的基巖面上，均采用現(xiàn)澆混凝土的方式埋設，為保證基準點不受隧道開挖的影響，基準點都布設在爆破振動安全允許距離外，以保證基準點的穩(wěn)定性。工作基點網(wǎng)和監(jiān)測點距離適中，通視條件好，網(wǎng)形適宜。工作基點按閉合水準網(wǎng)測量，等級按《二等測量規(guī)范》執(zhí)行，每3個月復測一次，檢測出現(xiàn)異常時必須先復查工作基點，特殊情況加密復測頻率。6量測數(shù)據(jù)的整理、分析6.1現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)及時整理，繪制量測數(shù)據(jù)與時間的關(guān)系曲線，并進行數(shù)據(jù)處理和回歸分析。6.2以位移-時間曲線為基礎(chǔ)，根據(jù)位移值、位移速率等分析、評定圍巖和支護的穩(wěn)定性。判別初期支護的工作狀態(tài)，支護特點并對初期支護進行安全評估。6.3當位移急劇增加，每天的相對凈空變化超過1mm6.4當?shù)乇沓两怠⑺絻艨帐諗俊⒐绊斚鲁亮窟_到預測最終值的80%～90%，收斂速度小于0.1～0.2mm／天，拱頂下沉速率小于0.07～0.15mm6.5在同一斷面上，當?shù)乇硐鲁亮看蠖磧?nèi)拱頂和水平凈空收斂值沒有異常變化時，要進行現(xiàn)場觀察和分析是否地表有局部滑坡并將數(shù)據(jù)和情況及時上報。6.6及時提交成果資料和上報監(jiān)測數(shù)據(jù)，在觀測期內(nèi)，位移值超過設計值的20%及以上時，應及時會同建設、勘察設計等單位查明原因，必要時進行地質(zhì)復查，并根據(jù)實測結(jié)果調(diào)整計算參數(shù)，對設計預測位移進行修正或采取控制措施。6.7通過以上綜合分析、評價及時修正設計、調(diào)整支護參數(shù)，對施工及時提供建議和措施。6.8拱頂下沉和水平凈空收斂成果表如下圖：7結(jié)束語由于隧道工程的特殊、復雜性和隧道圍巖的不確定性，對隧道圍巖及支護結(jié)構(gòu)進行監(jiān)控量測是保證隧道工程質(zhì)量、安全必不可少的手段。在金牛山隧道施工中，通過對隧道施工現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)獲得圍巖動態(tài)及得到沉降最終值，通過分析監(jiān)控變形趨勢來確定下一道施工工序時間，確保施工安全。尤其是在隧道下穿高速公路段埋深淺，而且高速公路車流量多，噸位大，為確保高速公路不受影響，正常運行，防止發(fā)生坍塌，我們增加了監(jiān)測點的密度和觀測頻率，隨時掌握隧道內(nèi)部和路面的位移變化，隧道下穿高速公路的順利通過提供安全保障。另外，在洞內(nèi)進行拱頂沉降觀測利用全站儀進行非接觸測量，測量速度快，受施工干擾少。全站儀所觀測的三維坐標，也可代替水平凈空收斂，同樣能在地下廠房、大基坑開挖、高邊坡施工等進行監(jiān)控量測。參考文獻【1】《客運專線無碴軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》（鐵建設[2006]189號）；【2】《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》（