东花园隧道沉降测量点的布置及沉降观测

韩伟达

(中铁十八局集团有限公司，天津 300000)

在隧道工程施工中，沉降测量点布置的科学性，既对铁路隧道施工过程的安全性以及后期运行的安全性有很大影响，也对提升列车运营安全具有重要作用。在铁路隧道工程施工中，有效地进行沉降监测具有非常重要的意义，科学布设测量点，并进行全面观测，可及时掌握隧道变形情况和沉降情况，一旦超过最大的允许值，便可及时采取有效的措施，防止变形继续进行，危害隧道结构以及后期运营安全。此外，通过有效监测，还能不断累积沉降监测数据，进一步分析沉降变形的规律，从而为铁路施工，及设备检修和施工等提供必要的参考依据和理论指导。东花园隧道从施工开始就进行沉降监测，并及时按照监测的结果调整施工方案和方法，为各道工序的有效开展提供了良好的技术支持，可为类似工程施工提供一定的参考和借鉴。

1 工程概述

东花园隧道位于河北省张家口市怀来县花园镇，进口位于清水河村西北，出口位于东花园四村西北，进口里程为DK82+770，出口里程为DK87+740，全长4 970 m，设计的列车行驶速度为350 km/h，最大位置开挖深度达到32 m，最大的覆土深度也达到8.1 m，为双线隧道工程，其中左线轨顶面高程485.287 m，出口左线内轨顶面高程487.537 m。在开挖中采取明挖法，整个隧道线路纵向为V字形，最低点里程为DK85+100，最大坡度为25‰。隧址区地层岩性比较复杂，由第四系上全新统冲洪积层(Q4al+pl)粉土、黏性土、砂类土及碎石土，以及第四系上更统湖积层(Q3l)粉土、粉质黏土、砂类土等共同组成，复杂的地层岩性，使得本工程施工难度大大提升，对变形和沉降监测有很高的要求。

2 沉降测量精度的技术要求

本案例工程规模比较大，对沉降变形的精度要求比较高，具体的沉降变形观测的内容主要包括两个方面，其一是垂直位移，其二是平面位移[1]。为保证观测数据的精度，能够为隧道施工提供真实有效的数据，沉降量观测的精度不能低于三等精度，具体沉降测量精度要求见表1。

表1 东花园隧道沉降测量精度要求表

为满足具体沉降变形测量精度标准的具体要求，在本工程沉降变形测量中，建立了专属的测量网，表2为具体的变形位移测量技术要求。

表2 东花园隧道垂直位移监测网技术要求表

3 东花园隧道沉降测量点的布置要点

在案例工程沉降观测中，为最大限度上保证沉降测量的准确性，共布设了三种不同类型沉降变形测量点，其一是基准点，其二是工作基点，其三是沉降变形观测点。这三种测量点，在东花园隧道沉降测量中的作用也不相同，在具体布置中，为发挥出各测量点的作用和价值，需要结合现场实际情况进行科学布置[2]。

基准点在沉降观测中，需要保持稳定不变。因此，本工程基准点，布设在隧道施工沉降变形区之外，且容易保存的地区，因此必须选择全新的基岩点、深埋水准点、CPⅠ、CPⅡ、二等水准点。结合东花园隧道施工的现场情况和地质水文变化条件，适当增设基准点的数量，但在具体增设时，其精度不能低于二等水准测量的精度。

工作基点布设精度，直接关系到沉降变形测量的总体精度，在案例工程工作基点布设中，选择在不易变形的位置，保障在全部测量中，都不会发生任何变化。在具体的沉降变形测量中，这就要求工作基点必须严格按照相关要求进行布设，在一些特殊位置，尤其是沉降变形量大的位置，需要加密布设点[3]。各水准点之间的距离必须严格控制，本工程在沉降观测中，水准点之间的距离控制在200 m左右，实现了垂直位移的准确检测。

沉降变形点在布设时，必须埋设在需要具体测量的变形位置或者构筑物上，要能够准确地反映沉降速率和特点，既要保证点位的牢固性，便于更好地保障观测效果，还要注重形式美，以便结构更加科学合理[4]。

在进行东花园隧道沉降测量点布置中，为解决外部环境、施工技术、机械设备等对测量准确性造成的不良影响，更好地保障测量数据的准确性，需要在监测网之上，同时有3个检测点始终处于稳定状态，并且基准点在现场施工条件运行的情况下，要尽量布设在沉降变形影响区域之外，以保证沉降变形检测的准确。

由于在东花园隧道中，沉降测量点会受到自然条件、人为破坏等多种因素的共同影响，个别监测点布设完成后，难免会发生不同程度的破坏和位移[5]。为更好地保障监测网基准点和工作基准点的稳定性，就需要进行定期测量。东花园隧道沉降测量点布置中，垂直位移监测网在观测中不能仅仅一次完成，而是需要分多次进行，首次测量完成之后，每隔6个月至少再重新测量一次，具体的测标埋设位置见图1。

图1 沉降测标埋设位置示意图

4 沉降测量点的观测要点

4.1 沉降观测的技术要求

东花园隧道沉降观测中水准路线必须严格按照精度的要求进行合理选择，本工程将沉降观测点布设在了隧道断面的内壁之上，具体情况见图2。尚未贯通前，需要在每个洞口布置2个以上基准点和工作基点[6]，东花园隧道贯通前的观测水准路线示意图见图3。

图2 隧道贯通后的观测水准路线示意图

图3 隧道贯通前的观测水准路线示意图

隧道沉降观测主要是从仰拱施工衬砌完成后，及时开展沉降变形观测，最少要连续观测90 d，否则就无法为沉降变形的判断和评估提供真实的数据。为保障沉降观测的精度需要对用到的测量仪器和设备定期进行检查，并对监测到的数据进行全面整理。为控制好测量误差，需要使用相同的测量设备、延用相同的测量人员，以便将外在因素对沉降观测准确性的影响降到最低[7]。隧道沉降观测水准的测量精度应为±1 mm，读数取位到0.01 mm。

4.2 选择合适的观测周期

在案例工程沉降观测中，要最大限度上保证沉降观测数据的准确性，以便为施工和管理提供真实的数据和参考。在具体监测中，需要保证沉降观测的频率频次不低于表3中的规定，当沉降达到稳定状态之后，可不再进行观测。

表3 东花园隧道基础沉降观测频率频次表

4.3 观测数据处理

在东花园隧道沉降观测中，数据处理是非常重要的环节。案例工程规模比较大，沉降观测数据处理工作量大。为保证沉降观测数据的准确性，施工单位需要按照隧道工程对沉降测量的具体要求，提供所有的测量文件和数据，并进行归纳整理后及时转交给项目部，再由项目部转交给建设单位和评估单位[8]。

在沉降观测数据处理中，需要先对现场测量的资料进行认真、详细的检测、审核、计算。每次沉降测量监测完成之后，需要在两个小时内完成相关资料的整理工作，及时将测量资料和相关数据填入到相关表格中，以便了解测量数据的变化规律，便于各测量断面和相同与不同测量手段之间的有效对比和验证。要按时提供各类数据和文件，尽量每个月都要提交一次，以保证沉降观测数据汇总和分析的及时性、有效性[9]。

4.4 监测基准网点的稳定性分析

本工程在进行监测基准网点的整体稳定性分析中，采取了平均间隙法。具体的分析方法是采取假设的方法，即对监测基准网第j期和第1期进行全面的检测对比，再对2个2期观测数据进行平差处理，最后通过计算分析就能得到每个工作基点高程变化的具体数值，对2期观测成果进行稳定性检验。2周期分别定为第1周期和第2周期。每期的平差成果单位权方差估值,其计算公式为

式中：下标1，2分别代表不同的2个周期观测成果值。

通常情况下，2个等精度观测，可联合起来求一个共同的单位权方差和的验后估值，其计算公式为

这是一种整体检验法，在监测基准网点稳定性分析中具有良好的效果。本工程通过平均间隙法分析监测基准网点的稳定性，效果比较好，表明本次监测结果真实有效。

5 结 语

综上所述，结合东花园隧道实际情况，分析了沉降测量点的布置及沉降观测。结果表明，在隧洞工程施工中将所有埋设的监测点，作为整个监测网的基准点，每一区间为一个测段，可形成符合测量要求路线，用于控制整个沉降监测网是可行的，可为今后类似工程施工中沉降监测累积更多的经验，并为隧道施工方案的制订调整，以及施工技术的选择和应用提供更加科学有效的数据支持，从而打造出高品质的隧道工程项目，促使我国铁路隧道建设事业持续健康地发展。