隧道監(jiān)控量測方法及作用

【摘 要】隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測不僅監(jiān)測施工階段圍巖和施工動態(tài)、確保施工安全，而且是調(diào)整初期支護(hù)設(shè)計參數(shù)、確定二次初襯和仰拱的施作時間的依據(jù)。監(jiān)測項目：洞內(nèi)外觀察、凈空變化、拱頂下沉、地表沉降及圍巖內(nèi)部變化。量測斷面間距應(yīng)根據(jù)圍巖級別、隧道斷面尺寸及埋置深度確定。本文以某隧道為例來說明隧道監(jiān)控量測的方法及作用。

【關(guān)鍵詞】隧道 監(jiān)控量測 數(shù)據(jù)處理

【中圖分類號】U456 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）04-0188-02

隨著我國改革開放的不斷深化，國民經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，在山區(qū)鐵路建設(shè)中突破了過去傳統(tǒng)的思想，不采取繞行，不破壞沿線生態(tài)環(huán)境，不增長鐵路里程，用設(shè)置隧道的方式避免因采取高邊坡路基帶來的滑坡、塌方、滾石、泥石流等自然災(zāi)害，確保了行車的安全可靠，亦縮短了行車時間，同時又適應(yīng)了建設(shè)與自然的和諧發(fā)展。為了適應(yīng)鐵路隧道大規(guī)模建設(shè)發(fā)展的需要，提高鐵路隧道設(shè)計、施工水平，確保安全運(yùn)營，給今后隧道工程的建設(shè)積累經(jīng)驗，在某隧道施工期進(jìn)行了監(jiān)控量測。

一 某隧道地理概況

某隧道為雙線鐵路隧道，總長358米，隧洞路面寬度12.2米，縱坡5.8‰。該隧道穿越丘陵地貌和臺地地貌，地表植被茂盛，大部分地表有堅巖露出，地形起伏大。所處區(qū)域地殼基本穩(wěn)定，地質(zhì)活動相對微弱。隧道內(nèi)圍巖分Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三個級別，Ⅲ級圍巖地段為30～50米，Ⅳ級圍巖地段為10～30米，Ⅴ級圍巖地段為5～10米。

二 某隧道監(jiān)控量測方案

1.施工監(jiān)控量測計劃

根據(jù)設(shè)計要求及相關(guān)技術(shù)規(guī)范，結(jié)合隧道的實際情況，對隧道進(jìn)行地表沉降、周邊位移、拱頂下沉、地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察項目監(jiān)測，監(jiān)測項目、監(jiān)測儀器設(shè)備及量測頻率見表1。

表1 量測頻率表

項目量測儀器設(shè)備量測時間間隔

拱頂下沉精密水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺1～15天16～30天1～3月3月以上

1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月

周邊位移收斂儀同上

2.監(jiān)控量測方法

第一，測點(diǎn)布置。本隧道施工采用上下臺階的施工方法，故測點(diǎn)的布置分為兩階段，先上部后下部的方式進(jìn)行。按照設(shè)計要求，隧洞埋深小于兩倍隧洞開挖寬度時，V類圍巖每5米設(shè)一個量測斷面，IV圍巖每10米設(shè)立一個斷面，III類圍巖每10～15米設(shè)計一個斷面。取得效果后，V類圍巖量測斷面距離可以變?yōu)?0米一個，IV類圍巖可變?yōu)?0米一個，III類圍巖可變?yōu)?0米一個。周邊位移每斷面2個對測點(diǎn)，拱頂下沉測點(diǎn)原則上設(shè)置在拱頂中心線上一個點(diǎn)，兩側(cè)寬3米處各埋設(shè)一個。

第二，主要監(jiān)控量測項目監(jiān)測方法。（1）地表沉降觀測。地表沉降觀測采用精密水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺進(jìn)行觀測。按設(shè)計要求，隧洞埋深小于隧道寬度時每10米一個斷面，隧洞埋深小于小隧道寬度2倍時20米一個斷面，每斷面11點(diǎn)，平均分布，做出穩(wěn)固標(biāo)記，埋設(shè)鋼筋砼樁，進(jìn)行開挖前的地表原始數(shù)據(jù)測設(shè)。隧洞開挖后，開挖面距離量測斷面小于2倍隧洞開挖寬度時，每天進(jìn)行1～2次的數(shù)據(jù)觀測。開挖面距離量測斷面小于5倍隧洞開挖寬度時，每兩天進(jìn)行一次數(shù)據(jù)觀測。開挖面距離量測斷面大于5倍隧洞開挖寬度時，每周進(jìn)行一次數(shù)據(jù)觀測。根據(jù)實測數(shù)據(jù)、下沉的速率掌握地形的變化情況，為洞內(nèi)施工提供判斷依據(jù)。（2）地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察。在隧洞開挖支護(hù)施工中，每次爆破后，嚴(yán)格做到對圍巖巖性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、支護(hù)裂紋的觀察和描述，及時掌握施工現(xiàn)場的實際情況。（3）周邊位移量測。周邊位移采用收斂儀進(jìn)行量測，按測點(diǎn)布置示意圖所示測點(diǎn)位置在開挖成型的斷面上定出標(biāo)記，并鉆孔埋設(shè)測點(diǎn)（須保證測點(diǎn)的穩(wěn)固），采用周邊收斂儀按量測頻率進(jìn)行量測。根據(jù)收斂位移量、收斂速度、斷面的變形形態(tài)，判斷圍巖的穩(wěn)定性。（4）拱頂下沉量測。在拱頂中心線上埋設(shè)測點(diǎn)后，可用精密水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺進(jìn)行測量。水準(zhǔn)尺長度不夠時，可在測點(diǎn)上設(shè)置掛鉤，采用精密銦鋼尺懸掛代替水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)。監(jiān)視隧道拱頂?shù)慕^對下沉量，掌握斷面的變形動態(tài)，判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.監(jiān)測的動態(tài)管理

為更好地做好監(jiān)控量測工作，我們將在施工中認(rèn)真處理好管理地段、管理基準(zhǔn)和管理水平三個方面的問題，施工管理各種允許參考值見表2：

表2 初期支護(hù)結(jié)構(gòu)允許相對位移表（%）

埋深

圍巖類別<50米50～300米>300米

Ⅳ Ⅴ0.1～0.300.20～0.500.40～1.20

注：相對位移指實測位移值與兩點(diǎn)間距離之比或拱頂下沉實測值與隧道寬度之比。脆性圍巖取表中較小值，塑性圍巖取表中較大值。

表3 位移管理等級表（Uo—實測位移值；Un—允許位移值）

管理等級管理位移施工狀態(tài)

ⅢUo

Ⅱ（Un/3）≤Uo≤（2Un/3）應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)

ⅠUo>2Un/3應(yīng)采取特殊措施

表4 位移速率控制基準(zhǔn)表

序號監(jiān)測項目位移速率（mm/d）施工情況

1拱頂下沉周邊收斂5可正常施工

8施工中應(yīng)注意

10加強(qiáng)支護(hù)或采取特殊措施

4.監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)處理

第一，量測成果整理。每次量測后，將原始記錄及時整理成正式記錄。對每一個量測斷面內(nèi)每一種量測項目，均應(yīng)進(jìn)行以下資料整理：原始記錄表及實際測點(diǎn)布置圖；位移（應(yīng)力）值隨時間及隨開挖面距離的變化圖；位移速度、位移（應(yīng)

力）加速度隨時間以及隨開挖面變化圖。

第二，數(shù)據(jù)處理。每次量測后均應(yīng)對量測面內(nèi)的每個量測點(diǎn)（線）進(jìn)行回歸分析，求出各自精度最高的回歸方程，并進(jìn)行相關(guān)分析和預(yù)測，推算出最終位移（應(yīng)力）和掌握位移（應(yīng)力）變化規(guī)律，并由此判斷隧道的穩(wěn)定性；總變形量應(yīng)在規(guī)范允許值內(nèi)，且不大于預(yù)留變形量，否則采取必要措施減小變形量，防止圍巖過度松弛；從速度、加速度方面來看，當(dāng)出現(xiàn)加速和異常加速時，則表明圍巖可能出現(xiàn)失穩(wěn)或支護(hù)出現(xiàn)裂縫，此時應(yīng)密切監(jiān)視圍巖狀態(tài)，并加強(qiáng)支護(hù)，必要時應(yīng)停止開挖，采取應(yīng)急措施。

第三，量測結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)收斂速度判別，一般地段：收斂速度>5mm/d時，圍巖處于急劇變化狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)系統(tǒng)；收斂速度<0.2mm/d時，圍巖基本達(dá)到穩(wěn)定。

各量測項目持續(xù)到變形基本穩(wěn)定后兩周結(jié)束，軟弱圍巖大變形地段位移長時間不能穩(wěn)定時，延長量測時間。

三 結(jié)束語

由于隧道工程的特殊性、復(fù)雜性和隧道圍巖的不確定性，對隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控量測是保證隧道工程質(zhì)量、安全必不可少的手段。通過量測，及時對隧道個別圍巖失穩(wěn)趨勢的區(qū)段提供了預(yù)報，為施工單位及時調(diào)整支護(hù)參數(shù)以及合理確定二次襯砌時間提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。通過大量量測發(fā)現(xiàn)隧道開挖及初期支護(hù)后大約30d圍巖基本上穩(wěn)定，于是建議施工單位及時施作二次襯砌。同時由于監(jiān)控措施得當(dāng)，及時地指導(dǎo)施工和修改設(shè)計，從而保證了隧道施工的安全、經(jīng)濟(jì)，收到了良好的效果。但由于監(jiān)控量測工作是一項具體而又復(fù)雜的工作，在實際過程中尚需不斷積累經(jīng)驗和完善相關(guān)理論，因此，對隧道監(jiān)控量測及數(shù)據(jù)的整理分析及應(yīng)用應(yīng)該做好以下幾點(diǎn)：（1）監(jiān)控量測內(nèi)容的選擇，量測斷面位置選擇和量測測點(diǎn)的布置；（2）監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的采集和施工狀態(tài)變化情況緊密結(jié)合，分析數(shù)據(jù)變化和施工狀態(tài)的關(guān)系；（3）量測數(shù)據(jù)的應(yīng)用，量測數(shù)據(jù)變化的準(zhǔn)確分析和判斷，量測結(jié)果的及時反饋，指導(dǎo)設(shè)計、施工和修改支護(hù)參數(shù)；（4）掌握隧洞圍巖和支護(hù)的動態(tài)信息，并及時反饋，指導(dǎo)施工作業(yè)；（5）通過對隧洞圍巖和支護(hù)的變位、應(yīng)力量測，驗證支護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計；（6）通過對隧洞圍巖、支護(hù)的觀察和動態(tài)量測，達(dá)到合理安排施工程序，確保施工安全；（7）進(jìn)行日常施工管理和資料累積，通過監(jiān)控量測保證隧道安全，預(yù)防隧道塌方。

參考文獻(xiàn)

[1]《新建鐵路工程測量規(guī)范》TB10101-99

[2]《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》（TB10121-2007）

[3]《巖土工程監(jiān)測規(guī)范》YS5229-1996

[4]《地面沉降監(jiān)測技術(shù)要求》DD2006-02

[5]《地下水動態(tài)監(jiān)測規(guī)程》DZ/T0133-1994

〔責(zé)任編輯：林勁〕