铁路隧道拱顶下沉监测及数据分析

[摘要]：隧道监控量测在整个铁路隧道施工具有重要作用。文章以新歌乐山隧道拱顶下沉地表沉降监测项目为例，阐述了测桩点的布设、现场监测方法、数据获取与处理，并对数据做出合理判断分析和有益探讨，对实际生产工作具有一定指导意义。

[关键词]：铁路隧道施工 监控量测 地表沉降 数据分析

Monitoring Measurement of Crown Settlement and Data Analysis

to Railway Tunnel

Chongqing vocational institute of engineering school of Geological surveying and mapping engineering， Chongqing，400037，China

Abstract： Tunnel monitoring plays an important role in the construction of the railway tunnel. Taking the new Gele Mountain tunnel crown settlement monitoring project as an example， Describes the layout measuring pile points， monitoring methods， data acquisition and processing and make reasonable judgments and useful discussion to data analysis. There is certain significance to the actual production work.

Key words： railway tunnel construction； monitoring measurement； crown settlement； data analysis.

0引言

隧道監控量测贯穿于整个隧道施工过程中，是一项非常重要的工作。监测的目的主要包括：保证施工安全；预测施工引起的地表变形；验证支护结构设计，指导施工；总结工程经验，提高设计、施工技术水平。

隧道拱顶下沉是隧道工程应进行的日常监控量测的必测项目。本文以新歌乐山隧道地表沉降为例，阐述了监测项目现场操作具体过程、数据获取及处理方法。

1.新歌乐山隧道工程概况

新歌乐山隧道属新建兰渝铁路引入重庆枢纽工程，位于既有渝怀线歌乐山隧道左侧约25～50m，设计时速120km/h。隧道进口里程K1106+280，出口里程K1108+547，全长2267m。隧道进出口为浅埋段，洞顶覆盖层仅4～8m，出口洞顶及周边有大量民房，且下穿公路，出口段约300m采用非爆破法开挖。不良地质有岩溶、煤窑采空区、富水软弱围岩，特殊岩土为盐溶角砾岩及石膏。施工难度极大，安全风险高，为极高风险隧道，如图1所示。

图1 新歌乐山隧道现场图 图2拱顶下沉点布置示意图

2.拱顶下沉crown settlement

随着隧道开挖，在围岩自重、爆破震动等因素影响下，隧道拱顶绝对高程降低称为拱顶下沉。拱顶下沉量测属位移量测，对于特殊地质段地层和浅埋段地层，此项量测比收敛值量测更为重要，其量测数据是判断支护效果，指导施工工序，保证施工质量和安全的最基本的资料。

3.监控量测方案设计

监控量测贯穿在整个施工过程中，必须在隧道施工做好方案设计，在施工开始后根据现场情况做出细微调整。新歌乐山隧道的设计是由中铁第二设计院完成，严格按照工程测量规范（GB/5026-2007）、铁路隧道工程施工技术指南（TZ204-2008）和铁路隧道监控量测技术规程（TB10121-2007）等国家标准前提下制定了详细方案。

3.1测点布设

拱顶下沉仅需隧道中线顶端绝对高程的变化量，一般而言，拱顶下沉监测可与周边位移监测同时进行。因此，按照断面间距10m布设监控点，并将拱顶监测点布设成挂钩、反光贴片，如图2中G点所示。

3.2仪器选择检校

3.3监测周期

选测项目监控量测频率应根据设计和施工要求以及必测项目反馈信息的结果确定，结合该隧道工程具体情况及以往经验，设计位移速度预计为1～5mmm/d，监控量测频率为1次/d。

3.4施测方法

拱顶下沉监测可用水准联测和电磁波三角高程方法得到观测点的高程变化。根据现场实地情况，选取两个稳定且隧道的安全施工无影响的拱腰点为高程基点。拱顶下沉值取每次周边位移监测左右腰线高差平均值的下沉量。因此，在周边位移监测同时记录下左右斜线高差（三角高程原理）。前后两监测周期对比即可直接反应出拱顶下沉值，省去大量重复工作，提高工作效率。

4.新歌乐山隧道地面沉降数据分析

该隧道施工技术成熟，都为Ⅴ级围岩，状况理想，监测结果主要采取Excel图表法进行分析预测。具体数据处理过程：野外原始数据录入相应表格；用编辑好的公式自动计算各图表需求数据（变化速度、累计量等）；选择数据按照不同方式自动生成图表（变化速度图、累计量图等）。

4.1地表下沉监测处理结果

本文仅选择进口端K1106+280与出洞端K1108+547两处局部时间段拱顶下沉监测断面进行数据分析，进洞端K1106+280监测时间，起于4月27日止于5月5日；出洞端K1108+547监测时间起于4月27日，止于5月8日；监测频率均为1次/天。监测断面监测数据变化趋势如所示，正值表示拱顶下沉，负值表示拱顶上升。

图3 进口端K1106+280量测断面拱顶下沉时态曲线

图4 出口端K1108+547量测断面拱顶下沉时态曲线

4.2监控量测结果总结分析

从拱顶下沉时态曲线可看出：

（1）新歌乐山隧道拱顶下沉值在铁路隧道监控量测技术规程（TB10121-2007）允许范围内，进口端拱顶下沉在4mm左右，出口端两端面都在1mm左右。

（2）拱顶下沉速率在监测断面开挖初期较大，当隧道开挖面渐渐远离监测面后，前方隧道开挖对后方已支护断面影响较小，拱顶沉降下沉速率逐步减小并最终趋于稳定。

（3）拱顶下沉监测数据采用对数回归分析，该方法有效避免因监测仪器精度过低，图表上下波动过大。从图表可以看出相同沉降时间，出口端两断面在观测期间累计沉降值分别都为1mm，进口端断面沉降值为4mm，对比可以清晰得到出口端围岩比进口端围岩更稳定，这与工程项目实际情况吻合（进口端Ⅳ级围岩，出口端Ⅴ级围岩）；进口端K1106+280量测断面在后续5月7号和8号连续两天下沉量比较大，后续监测中做特别关注，并查看各监测点有未受破坏。通观监测数据和图表，隧道情况总体正常，施工方案可行，对安全施工没影响。

5.结论

综上所述，新歌乐山隧道施工方法对隧道围岩影响较小，已完成的初期支护的作用和效果较明显，隧道结构稳定。隧道监控量测对整个隧道施工非常重要，只有根据现场实际情况，采取切实可行的施工技术，运用合理的监测手段，科学分析数据，是能够克服施工难度，安全、稳定、顺利的完成隧道施工。

参考文献

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作者简介：李建（1979.07-），男，四川省內江市人，讲师，2011年毕业于成都理工大学地图学与地理信息系统专业，获理学硕士学位。主要从事工程测量、地籍测量技术、3S集成技术应用的教学与技术设计管理工作。