监控量测在承隆铁路隧道施工中的应用

董丁芳

[摘 要]本文通过监控量测法在改建铁路承德至隆化线工程中的成功应用，总结出监控量测的方案策划、量测实施、数据分析和数据应用，在监测数值趋势临近允许值时就要及时采取措施，修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计参数，有效指导施工避免工程风险，取得经济效益。

[关键词]隧道；监控量测；地表沉降；拱顶下沉；数据分析

文章编号：2095-4085（2015）03-0087-04

1 工程概况

改建铁路承德至隆化线改线工程位于承德市双峰寺镇境内，线路全长6. 436 km，其中隧道全长5. 318 km，隧道最大埋深103 m。其中大瓦沟隧道全长2857 m；王家洼隧道长254 m，二道窝铺隧道长2207 m。围岩主要是片麻岩，裂隙发育不均，岩体较破碎。隧道浅埋段落较多，局部段落存在偏压，发育断层。总体而言隧道工程地质条件较复杂，隧道开挖时可能发生突水，塌方风险较大。

2 监控量测法方案及应用

本工程隧道数量较多，有必要及时做好监控量测方案，预防塌方、裂缝、掉块、突水等风险事件，为初期支护和二次衬砌时机提供数据支持。首先做好监控量测方案，再次根据情况准确布置监控量测点，配置适合的水准仪和收敛仪，掌握监控量测频率，最后及时整理分析数据，及时初期支护、在合理的时间内，施做二次衬砌，保证二衬与掌子面的距离合理，可以准确的把握围岩的稳定性、准确判断支护、衬砌的可靠性，及时监测出安全风险，及时采用工程特殊措施，修改施工方法修改支护参数，确保施工安全。

本隧道工程监控量测项目包括：洞内、外观察、拱顶下沉监测、隧道净空变化监测和地表沉降监测。

2.1 监控量测方法

2.1.1 洞内外观察方法

施工人员每次爆破后及初期支护后观察围岩变化、地下水、渗透、支护结构外观变化、洞口地表情况，地表沉陷、喷射混凝土、锚杆、钢架的状况，施工质量是否符合规定的要求等情况的观测，并做好观察结果的记录，将其记录于工程日志中。以便对围岩的发展趋势进行预测，对施工方案提出修改建议。

2.1.2 拱部位移量监测方法

拱顶下沉观测用精密水准仪观测测试断面拱顶观测点与基准点之间的高差，从而计算出拱顶下沉量，观测精度为0.1 mm。可以用来判断支护效果，并指导施工工序。拱顶下沉值主要用于确认围岩的稳定性，事先预报拱顶坍塌。

2.1.3 隧道净空水平收敛量监测方法

主要采用收敛计（收敛计测试精度为±0. 06 mm），采集测点间的测试长度与初始长度之差为变化值数据，该变化值与初始长度之比为相对收敛值，据此计算收敛变化速度，判断围岩的稳定状态，及时进行二衬；保证结构稳定，更好地用于指导施工。

2.2 监控量测的频率

拱顶下沉量测与水平净空相对变化量测宜用相同的量测频率，应从下表中根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率：

2.4 监控量测监测点布置要点

2.4.1 浅埋段、偏压段地表沉降监测要点

隧道开挖前应当布设浅埋隧道地表沉降点。

洞口段、偏压段、洞顶浅埋地段开挖前垂直隧道纵轴线横向埋设地表监控量测桩及水平基准点。第一个监测断面布置在明暗洞交界里程往洞内方向2m处，其余断面间隔见（地表沉降观测横断面纵向间距表），布置尽量与洞内拱顶下沉、净空水平收敛断面布置一致（也可根据情况调整）。一般情况按照表1布置地表沉降观测点纵向间距，按照图1布置地表沉降横向测点。在布置测点时应注意在隧道中线附近及围岩较差的地段将测点加密布置。

2.4.2 拱顶下沉及净空收敛监控量测布置要点

拱顶下沉测点和净空变化（围岩收敛）测点应布置在同一断面，拱预测点原则上设置在拱顶轴线附近。根据设计要求，Ⅲ级围岩地段30米设一个断面，Ⅳ级围岩地段10米设一个断面，V级围岩地段5米设一个断面。Ⅱ级围岩地段视具体情况设置监控测点。围岩等级里程段划分按照隧道设计图执行。测点布置分为全断面法开挖监控量测点埋设和台阶法开挖监控量测点埋设，详见洞内监控量测点布置示意图。

3 监控量测数据的统计分析与信息反馈

3.1 第一进行测点埋设，并进行日常量测和数据处理，及时反馈信息，并根据地质条件的变化和施工异常情况，及时调整监控量测计划。现场测点读数读三次，取其平均值。并详细记录。

3.2 第二绘制时态曲线

监控量测数据分析主要包括：拱顶下沉、净空收敛的位移量，绘制时态曲线；地表沉降值，绘制时态曲线，以便于分析监控量测数据的变化规律和趋势。

3.3 第三确定位移控制基准

位移控制基准一般根据测点距开挖面的距离进行划分。

3.4 第四确定位移管理等级

根据位移控制基准，可划分为三个管理等级。

3.5 第五确定围岩变形管理等级对策表

结合本项目实际情况，制定了围岩变形管理等级用于工程的安全性评价并制定相应的工程对策。在分析数据时根据散点图进行回归分析，并将回归分析得出的变形值与允许变形值比较，从而确定下一步施工采取的措施。（见变形管理等级对策表）综合分析围岩和支护结构和工作状态。

4 监控量测数据的应用

二次衬砌的施作应在满足下列要求时进行：

（1）发现深埋隧道周边变形速率明显下降并趋于缓和；

（2）隧道拱脚、边墙、中部水平收敛的速度小于0.2 mm/d

（3）拱顶或底板垂直下沉速率≤O.15 mm/d

（4）施作二衬前的累计位移值已达极限相对位移值的90%以上；

（5）初期支护表面裂隙（观察）不再发展。

（6）对浅埋、软弱围岩等特殊地段，应视现场具体情况确定二次衬砌施作时间。

5 承隆线隧道监控量测效果

经过20个月的隧道施工监控量测，共发现位移过大4次，及时进行了处理。尤其是监控量测组在2014年6月份对二道窝铺隧道隧道出口段进行监控测量时，发现DK16+680段周边收敛数据最大，回归分析得出的变形量与允许变形值比较大于允许的变形量，根据变形等级对策表，管理等级为1级，对策为考虑采取特殊措施并加强监测。并且隧道进洞时正好遇上雨季，隧道内滴水情况严重，监控量测组坚持对隧道进行监控，根据情况加大监测频率，及时采取措施，与设计沟通后，将Ⅲ级围岩变更为V级围岩处理措施，采用上下台阶法加强支护，并采用了格栅钢架结合锚网喷的加强支护型式，纵向采用φ22螺纹钢连接，采取措施后，该段始终保持及时观察和监控量测，量测数据逐渐开始变小，在加固处理完后，围岩收敛变化基本趋于稳定。因该段通过初支观察及监控量测数据的提供，并加固处理及时，使本次围岩变形段顺利通过。

6 结论

通过对承隆线铁路隧道开挖进行监控量测表明：监控量测法在隧道工程施工中发挥了重要的作用。对围岩监控量测工作必须紧密与施工进程相配合，监控量测布置测点要合理，并须根据围岩变化及时进行调整。监控量测数据分析必须及时，在监测数值趋势临近允许值时就要及时采取措施，修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计参数，有效指导施工避免工程风险，取得经济效益。

承隆线全部隧道现均已全线贯通，监测量测不仅能指导施工，让施工人员及时了解隧道地层变化的动态和支护的稳定状况，有效减少了隧道塌方等风险，而且还可以通过隧道施工现场监测获得围岩动态为支护和衬砌提供信息依据，还能为隧道工程设计与施工积累技术资料，取得了良好的技术经济效益，有效保证了隧道施工的安全，可为类似工程提供参考。

参考文献：

[1]鲍大春《隧道新奥法施工中围岩变形的监控与分析》合肥工业大学 合肥 硕士学位论文 2011

[2]诸永高速公路隧道监控量测数据处理及地质超前预报方法研究 吉林大学庞大鹏论文分类号 U456.3

[3]朱永全，宋玉香，隧道工程[M].北京：中国铁道出版社.2006：1-3

[4]李晓红，隧道新奥法及其量测技术[M].北京：科学出版社.2002：1-3

[5]监控量测在隧道施工中的应用.白俊（陕西铁路工程职业技术学院）《实用科技》