大西客運(yùn)專線兩宜隧道監(jiān)測

許 張 柱

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710043)

大西客運(yùn)專線兩宜隧道監(jiān)測

許 張 柱

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710043)

鑒于兩宜隧道施工過程中山體地表、隧道仰拱及隧道襯砌出現(xiàn)裂痕的情況，進(jìn)行了隧道山體地表和隧道峒身監(jiān)測的方法研究，提出了判斷監(jiān)測體有無變形、變形規(guī)律及是否穩(wěn)定的方法，為后續(xù)施工和病害整治提供了參考依據(jù)。

隧道，隧道變形分析，基準(zhǔn)點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)

0 引言

大西客運(yùn)專線兩宜隧道位于陜西省大荔縣范家鎮(zhèn)，進(jìn)口位于金水溝內(nèi)，進(jìn)口端地表自然坡度較陡28°～46°，線路與地面線斜交，位于半坡上，兩側(cè)山體陡峭，線路右側(cè)發(fā)育一沖溝向西延伸約2 km，隧道洞口DK721+570～DK721+704長134 m段位于該沖溝南側(cè)邊坡上，山體偏壓嚴(yán)重，邊坡表層發(fā)育滑坡。隧道施工過程中地表、隧道仰拱以及隧道襯砌發(fā)現(xiàn)裂縫，為確保該隧道施工安全，需要對山體及部分隧道施工峒身進(jìn)行變形監(jiān)測，以掌握其變形的程度和規(guī)律，并及時提交監(jiān)測報告，為后續(xù)施工和病害整治提供數(shù)據(jù)依據(jù)(見圖1)。

兩宜隧道變形監(jiān)測范圍為DK721+570～DK721+800，內(nèi)容包括隧道地表監(jiān)測、隧道峒身監(jiān)測。2010年12月22日開始實(shí)施，2012年12月30日結(jié)束，歷時2年，其中地表監(jiān)測完成45個周期、峒身監(jiān)測完成57個周期。

1 隧道地表監(jiān)測網(wǎng)

隧道地表監(jiān)測網(wǎng)按逐級布網(wǎng)、分級控制原則。第一級為基礎(chǔ)控制網(wǎng)，要求遠(yuǎn)離監(jiān)測區(qū)；第二級為監(jiān)測區(qū)內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)，各監(jiān)測點(diǎn)兼做平面和高程?；A(chǔ)平面控制網(wǎng)按二等GPS施測；高程按二等水準(zhǔn)技術(shù)要求施測；監(jiān)測點(diǎn)平面采取GPS快速靜態(tài)，按四等GPS要求實(shí)測；高程監(jiān)測點(diǎn)按二等水準(zhǔn)技術(shù)要求施測。

1)地表監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)建立。

根據(jù)測區(qū)現(xiàn)場情況，遠(yuǎn)離監(jiān)測區(qū)布設(shè)3個平面基礎(chǔ)控制點(diǎn)LY1，LY2及LY3和3個高程控制點(diǎn)BM1，BM2及BM3。以中線左線大里程方向為方位角0，垂直于X軸滿足右手定則的為Y軸，假定里程DK722000坐標(biāo)為(722 000，5 000)建立相對于中線的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，把控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)中；假定BM1高程為100 m，建立高程獨(dú)立控制網(wǎng)。

2)地表監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)。

根據(jù)兩宜隧道變形監(jiān)測技術(shù)設(shè)計要求，依據(jù)現(xiàn)場地形情況，結(jié)合地質(zhì)結(jié)構(gòu)，查明山體發(fā)生位移與未發(fā)生位移的分界面、確定不良山體變化趨勢，沿中線方向，在DK721+570～DK721+800的里程范圍內(nèi)，布設(shè)7個監(jiān)測斷面，各監(jiān)測斷面垂直于線路中線，編號分別為A，B，C，D，E，F(xiàn)和G，里程分別為DK721+580，DK721+599，DK721+630，DK721+660，DK721+704，DK721+730和DK721+800，監(jiān)測點(diǎn)大里程方向左側(cè)延伸至裂縫外，右側(cè)至沖溝邊。

山體基準(zhǔn)點(diǎn)分布圖見圖2，監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)圖見圖3。

3)地表監(jiān)測點(diǎn)測量。

隧道地表監(jiān)測自2010年12月22日開始，平面采用GPS靜態(tài)觀測、高程按二等精密水準(zhǔn)進(jìn)行施測。變形觀測周期定為10 d/次，根據(jù)現(xiàn)場情況及點(diǎn)位變形曲線圖增減觀測次數(shù)。2012年7月24日，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果決定對隧道左上方的山體進(jìn)行卸載施工，地表監(jiān)測工作停止，共完成45個周期。

2 隧道峒身監(jiān)測

隧道峒身監(jiān)測主要內(nèi)容包括：監(jiān)測隧道中線和結(jié)構(gòu)是否有位移；結(jié)合地質(zhì)，監(jiān)測并確定洞口右側(cè)不良地質(zhì)體對隧道結(jié)構(gòu)的影響程度及范圍；本身隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測。

隧道變形監(jiān)測按逐級布網(wǎng)、分級控制原則，分為基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)及變形觀測點(diǎn)。每個監(jiān)測網(wǎng)不少于3個基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)間距不宜大于1 km；工作基點(diǎn)應(yīng)選在比較穩(wěn)定的位置，用于變形觀測點(diǎn)的觀測；變形觀測點(diǎn)直接設(shè)在變形體上能具體反映特征的位置。

1)隧道峒身基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)。

隧道峒身監(jiān)測平面基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在中線DK721+250，DK721+540及DK721+880附近，編號分別為J01，J02和J05，按水平監(jiān)測網(wǎng)二等導(dǎo)線技術(shù)要求進(jìn)行觀測。工作基點(diǎn)布設(shè)在DK721+640，DK721+740,編號分別為J03和J04，采取后方交會方式按水平監(jiān)測網(wǎng)三等施測；垂直位移監(jiān)測網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)選擇BM04，BM05及J05=BM06，按國家二等水準(zhǔn)技術(shù)要求施測。

2)隧道峒身監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)見圖4。

隧道內(nèi)共布設(shè)10個監(jiān)測斷面，分別為DK721+577.313，DK721+598.963，DK721+607.591，DK721+618.978，DK721+630，DK721+660，DK721+704，DK721+730，DK721+760和DK721+800，每個斷面上布設(shè)5個監(jiān)測點(diǎn)，其中3個平面監(jiān)測點(diǎn)、2個水準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)。平面監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)于隧道兩側(cè)壁面和隧道拱頂，高程監(jiān)測點(diǎn)位于隧道兩側(cè)壁面。

3)隧道峒身監(jiān)測點(diǎn)觀測。

隧道峒身監(jiān)測自2011年1月10日，平面監(jiān)測點(diǎn)采用全站儀按四等導(dǎo)線技術(shù)要求施測，高程監(jiān)測點(diǎn)按二等水準(zhǔn)技術(shù)要求施測，施測時采用相同的圖形或觀測路線和觀測辦法、使用同一套儀器和設(shè)備、固定觀測人員。2012年12月27日監(jiān)測峒身趨于穩(wěn)定，監(jiān)測停止，共計完成57個周期。

3 監(jiān)測成果及分析

針對歷次觀測成果分別進(jìn)行平面位移比較、高程沉降比較，繪制了平面位移變化圖、點(diǎn)位沉降曲線圖及各監(jiān)測斷面沉降曲線圖。通過累計變化量判定平面是否發(fā)生位移、點(diǎn)位是否發(fā)生下沉，通過階段變化量判定平面位移、點(diǎn)位下沉趨勢，通過監(jiān)測斷面各監(jiān)測點(diǎn)累計變化量判定監(jiān)測體變化趨勢。下面以隧道峒身監(jiān)測沉降為例說明如何對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.1 監(jiān)測點(diǎn)觀測誤差預(yù)計

依據(jù)水準(zhǔn)路線和測量精度，平差計算預(yù)計各點(diǎn)高程測量中誤差(見表1)。

表1 高程測量誤差 mm

表2 高程差值判斷表 mm

3.2 監(jiān)測成果分析

1)通過對2012年11月20日施測成果與2011年2月8日施

測基準(zhǔn)成果進(jìn)行比較，累計高程變化量最大為13.2 mm，最小為0.8 mm，沉降大于2.5 mm共14點(diǎn)，因此判定隧道峒身沉降確實(shí)存在。

2)通過對同一斷面監(jiān)測點(diǎn)累計沉降量分析，右側(cè)監(jiān)測點(diǎn)最大下沉13.3 mm(GD09Y)，最小下沉1.5 mm(GD01-1Y)，平均下沉9.1 mm；隧道左側(cè)監(jiān)測點(diǎn)最大下沉8.0 mm(GD09Z)、最小0.8 mm(GD01Z),平均下沉3.6 mm，因此判定右側(cè)監(jiān)測點(diǎn)沉降量比左側(cè)沉降量大(見表3)。

表3 同一斷面監(jiān)測點(diǎn)累計沉降量比較表

3)對2012年09月25日～11月20日時間段下沉量進(jìn)行階段分析，各監(jiān)測點(diǎn)階段沉降量均無法判斷是否沉降，因此得出：隧道內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)沉降基本趨于穩(wěn)定。

4)繪制各監(jiān)測點(diǎn)沉降位移曲線圖，分析整個監(jiān)測過程中的沉降趨勢(見圖5)。

4 結(jié)語

兩宜隧道監(jiān)測歷時兩年，研究了山體地表及隧道峒身監(jiān)測的方法，為山體、隧道變形病害治理提供依據(jù)；介紹了整個監(jiān)測過程，研究了判斷監(jiān)測體有無變形、變形規(guī)律及是否穩(wěn)定的方法，為今后其他病害隧道監(jiān)測提供借鑒。

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Monitoring of Liangyi tunnel in Datong-Xi’an passenger dedicated railway line

Xu Zhangzhu

(ChinaRailwayFirstSurveyandDesignInstituteGroup，Xi’an710043,China)

Based on cracks on mountainous surface, inverted arches and tunnel lining in Liangyi tunnel construction process, the paper researches the monitoring methods for the tunnel mountainous surface and cavern inspection, points out the methods to judge whether the tested body is deformed or not and their change rules are stable or not, so as to provide some reference for the following construction and disease treatment.

tunnel, tunnel deformation analysis, datum point, monitoring point

2015-02-07

許張柱(1980- )，男，工程師

1009-6825(2015)11-0162-03

U456.3

A