监控量测在某客专隧道中的应用

高海东

（甘肃林业职业技术学院　甘肃天水　741020）

1　工程概况及施工方法

宝兰客专某隧道先后下穿藉河河谷区及两岸黄土覆盖的低山区，该隧道洞身及浅埋段地层主要为第四系全新冲洪积黏质黄土、粉质黏土等，所处区内构造运动较为活跃，表现为藉河两岸山坡侵蚀强烈，高差达100～300m，第三系地层整体抬升并微向北倾。该隧道水文地质条件复杂，隧道通过区域地层岩性变化较大，涌水量较大，此外隧道大部分位于城区地下，具有下穿渭河、城市建筑物、通过液化气站及液化气管道等多种高风险点，所以该隧道被业内专家誉为“大断面城市地铁”。

隧道在施工过程中采用三台阶七步开挖法。这种方法在较软地层开挖过程中施工空间相对较大，可以多作业面平行施工；部分软岩或土质地段可以采用挖掘机直接开挖，工效较高；在台阶法开挖的基础上，通过预留的核心土，左右错开开挖，有利于开挖面的稳定；在地质条件发生变化时，便于灵活、及时地转换施工工序，调整施工方法，适用范围较广。

2　监控量测内容和目的

监控量测是为了了解正在施工或已运营的隧道围岩的力学性质和衬砌结构的受力状态，保证施工安全，采用各种量测仪器对围岩和支护结构所进行的量测工作[1]。监控量测项目的选择要充分考虑各个量测项目的作用，按照《铁路隧道监控量测技术规范》（Q/CR9218-2015）的有关要求将量测项目分为两大类，即日常施工管理所必须进行的量测项目（必测项目）和考虑围岩条件而需要增补的项目（选测项目），根据围岩的种类和周边地质条件，合理选择量测项目[2]。在隧道施工中，必须通过可靠的监控量测数据，对围岩的力学行为进行分析，得出围岩的变化规律，指导施工，保证安全，进而得到合理的变形量，降低工程造价。

隧道监控量测的项目根据设计要求、工程特点和规模综合选定[3]，本隧道必测项目包括：洞内外观察、隧道内水平净空量测和拱顶下沉量测，选测项目主要为地表下沉量测。

3　量测方法与频率

3.1　洞内外观察

隧道每次开挖后及初喷混凝土后通过肉眼观察、地质罗盘测量和检查，通过描述和记录围岩地质和支护结构状况、岩性、岩层产状、裂隙、地下水情况、围岩完整性与稳定性。检查初期支护表面是否存在剥落或裂隙，地表是否有底鼓现象，判断围岩类型是否与设计相否。

洞内观察包括观察开挖面和初期支护。开挖工作面观察应在开挖作业后及时进行，目测围岩破坏形态，分析地质变化情况，如无变化每天进行一次，若变化明显，则每施工循环一次。洞外观察包括边仰坡稳定、地表水渗透、地表沉陷等现象。

3.2　拱顶下沉及水平收敛量测

拱顶下沉测点和水平变化测点应布置在同一断面上。拱顶下沉测点应设置在拱顶轴线附近，当隧道跨度较大时，应结合相应的施工方法在拱部增设测点。

拱顶下沉量测和水平收敛量测采用相同的量测频率。量测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度确定。在测点距开挖面的距离决定的监控量测频率和由位移速度决定的监控量测频率之中，原则上采用较高的频率值。出现异常情况或不良地质时，应增大量测频率[3]。

实际量测频率应由位移速度决定的监控量测频率和由开挖面的距离决定的监控量测频率之中选较高的一个量测频率。

3.3　地表下沉量测

当渭河隧道在下穿建筑物及浅埋段时，在开挖前布设地表沉降观测点。观测点和隧道内其它测点应布置在同一断面上，在隧道中线处应加密。

地表下沉量测应从开挖工作面前方处开始，直到衬砌结构封闭，下沉基本停止时为止。量测频率与拱顶下沉和净空收敛位移量测频率相同。

4　监控量测数据的应用

4.1　监控量测数据的处理

主要包括数据校核和数据整理。将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比，相互印证，以确认量测结果的可靠性，如有异常应及时补测。每次观测后及时对观测数据进行整理，包括观测数据计算、填表、误差处理，将实测数据整理。

4.2　根据量测值绘制时态曲线

根据量测数据绘制时间-位移曲线散点图，可以较直观的看出围岩位移变化的情况，并初步判定围岩的稳定性（以某断面为例），并推算出围岩最终位移和掌握位移变化的规律[4]。

4.3　采用统计分析法对监测结果进行回归分析

建立一种较好反映监控量测数据变化规律的函数关系式，对类似围岩段的监测物理量进行预测，防患于未然。如预测最终位移[5]，据此确定隧道施工预留沉降量等。

4.4　数值模拟

结合实际地质情况建立数值分析模型，选取合理的计算参数，对施工过程进行控制，得出隧道初期支护结构内力和应力特征[6]。数值计算值与实际值进行对比分析，得到一个合理变形量，指导施工设计。

5　结束语

在隧道施工中，从隧道开挖到第一次支护的稳定，必然存在着变形，变形量的大小直接影响工程的设计，如隧道开挖断面和钢架预留变形量。预留变形量太小，隧道支护结构可能侵入隧道限界，影响隧道结构稳定，预留变形量太大，后期施作二次衬砌厚度增加，导致工程费用增加。所以，施工中要加强布点及数据采集的规范性。监控量测数据的收集、整理、分析应及时有效，监测值出现异常时，迅速报告相关工程师和现场施工负责人，并加密观测次数，必要时进行24h不间断监测，直至稳定为止。量测工作要注意仪器测量与围岩、初期支护与洞内外观察相结合，通过对量测数据不同形式的分析，结果相互验证、补充，进而提高量测工作对施工、设计的指导、反馈作用。