鐵路隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析

[摘要]：隧道監(jiān)控量測(cè)在整個(gè)鐵路隧道施工具有重要作用。文章以新歌樂(lè)山隧道拱頂下沉地表沉降監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為例，闡述了測(cè)樁點(diǎn)的布設(shè)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法、數(shù)據(jù)獲取與處理，并對(duì)數(shù)據(jù)做出合理判斷分析和有益探討，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)工作具有一定指導(dǎo)意義。

[關(guān)鍵詞]：鐵路隧道施工 監(jiān)控量測(cè) 地表沉降 數(shù)據(jù)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(jiān)控量測(cè)貫穿于整個(gè)隧道施工過(guò)程中，是一項(xiàng)非常重要的工作。監(jiān)測(cè)的目的主要包括：保證施工安全；預(yù)測(cè)施工引起的地表變形；驗(yàn)證支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工；總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)計(jì)、施工技術(shù)水平。

隧道拱頂下沉是隧道工程應(yīng)進(jìn)行的日常監(jiān)控量測(cè)的必測(cè)項(xiàng)目。本文以新歌樂(lè)山隧道地表沉降為例，闡述了監(jiān)測(cè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)操作具體過(guò)程、數(shù)據(jù)獲取及處理方法。

1.新歌樂(lè)山隧道工程概況

新歌樂(lè)山隧道屬新建蘭渝鐵路引入重慶樞紐工程，位于既有渝懷線歌樂(lè)山隧道左側(cè)約25～50m，設(shè)計(jì)時(shí)速120km/h。隧道進(jìn)口里程K1106+280，出口里程K1108+547，全長(zhǎng)2267m。隧道進(jìn)出口為淺埋段，洞頂覆蓋層僅4～8m，出口洞頂及周邊有大量民房，且下穿公路，出口段約300m采用非爆破法開(kāi)挖。不良地質(zhì)有巖溶、煤窯采空區(qū)、富水軟弱圍巖，特殊巖土為鹽溶角礫巖及石膏。施工難度極大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，為極高風(fēng)險(xiǎn)隧道，如圖1所示。

圖1 新歌樂(lè)山隧道現(xiàn)場(chǎng)圖 圖2拱頂下沉點(diǎn)布置示意圖

2.拱頂下沉crown settlement

隨著隧道開(kāi)挖，在圍巖自重、爆破震動(dòng)等因素影響下，隧道拱頂絕對(duì)高程降低稱為拱頂下沉。拱頂下沉量測(cè)屬位移量測(cè)，對(duì)于特殊地質(zhì)段地層和淺埋段地層，此項(xiàng)量測(cè)比收斂值量測(cè)更為重要，其量測(cè)數(shù)據(jù)是判斷支護(hù)效果，指導(dǎo)施工工序，保證施工質(zhì)量和安全的最基本的資料。

3.監(jiān)控量測(cè)方案設(shè)計(jì)

監(jiān)控量測(cè)貫穿在整個(gè)施工過(guò)程中，必須在隧道施工做好方案設(shè)計(jì)，在施工開(kāi)始后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況做出細(xì)微調(diào)整。新歌樂(lè)山隧道的設(shè)計(jì)是由中鐵第二設(shè)計(jì)院完成，嚴(yán)格按照工程測(cè)量規(guī)范（GB/5026-2007）、鐵路隧道工程施工技術(shù)指南（TZ204-2008）和鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程（TB10121-2007）等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)前提下制定了詳細(xì)方案。

3.1測(cè)點(diǎn)布設(shè)

拱頂下沉僅需隧道中線頂端絕對(duì)高程的變化量，一般而言，拱頂下沉監(jiān)測(cè)可與周邊位移監(jiān)測(cè)同時(shí)進(jìn)行。因此，按照斷面間距10m布設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，并將拱頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)成掛鉤、反光貼片，如圖2中G點(diǎn)所示。

3.2儀器選擇檢校

3.3監(jiān)測(cè)周期

選測(cè)項(xiàng)目監(jiān)控量測(cè)頻率應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)和施工要求以及必測(cè)項(xiàng)目反饋信息的結(jié)果確定，結(jié)合該隧道工程具體情況及以往經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)位移速度預(yù)計(jì)為1～5mmm/d，監(jiān)控量測(cè)頻率為1次/d。

3.4施測(cè)方法

拱頂下沉監(jiān)測(cè)可用水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)和電磁波三角高程方法得到觀測(cè)點(diǎn)的高程變化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地情況，選取兩個(gè)穩(wěn)定且隧道的安全施工無(wú)影響的拱腰點(diǎn)為高程基點(diǎn)。拱頂下沉值取每次周邊位移監(jiān)測(cè)左右腰線高差平均值的下沉量。因此，在周邊位移監(jiān)測(cè)同時(shí)記錄下左右斜線高差（三角高程原理）。前后兩監(jiān)測(cè)周期對(duì)比即可直接反應(yīng)出拱頂下沉值，省去大量重復(fù)工作，提高工作效率。

4.新歌樂(lè)山隧道地面沉降數(shù)據(jù)分析

該隧道施工技術(shù)成熟，都為Ⅴ級(jí)圍巖，狀況理想，監(jiān)測(cè)結(jié)果主要采取Excel圖表法進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。具體數(shù)據(jù)處理過(guò)程：野外原始數(shù)據(jù)錄入相應(yīng)表格；用編輯好的公式自動(dòng)計(jì)算各圖表需求數(shù)據(jù)（變化速度、累計(jì)量等）；選擇數(shù)據(jù)按照不同方式自動(dòng)生成圖表（變化速度圖、累計(jì)量圖等）。

4.1地表下沉監(jiān)測(cè)處理結(jié)果

本文僅選擇進(jìn)口端K1106+280與出洞端K1108+547兩處局部時(shí)間段拱頂下沉監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)洞端K1106+280監(jiān)測(cè)時(shí)間，起于4月27日止于5月5日；出洞端K1108+547監(jiān)測(cè)時(shí)間起于4月27日，止于5月8日；監(jiān)測(cè)頻率均為1次/天。監(jiān)測(cè)斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)如所示，正值表示拱頂下沉，負(fù)值表示拱頂上升。

圖3 進(jìn)口端K1106+280量測(cè)斷面拱頂下沉?xí)r態(tài)曲線

圖4 出口端K1108+547量測(cè)斷面拱頂下沉?xí)r態(tài)曲線

4.2監(jiān)控量測(cè)結(jié)果總結(jié)分析

從拱頂下沉?xí)r態(tài)曲線可看出：

（1）新歌樂(lè)山隧道拱頂下沉值在鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程（TB10121-2007）允許范圍內(nèi)，進(jìn)口端拱頂下沉在4mm左右，出口端兩端面都在1mm左右。

（2）拱頂下沉速率在監(jiān)測(cè)斷面開(kāi)挖初期較大，當(dāng)隧道開(kāi)挖面漸漸遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)面后，前方隧道開(kāi)挖對(duì)后方已支護(hù)斷面影響較小，拱頂沉降下沉速率逐步減小并最終趨于穩(wěn)定。

（3）拱頂下沉監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用對(duì)數(shù)回歸分析，該方法有效避免因監(jiān)測(cè)儀器精度過(guò)低，圖表上下波動(dòng)過(guò)大。從圖表可以看出相同沉降時(shí)間，出口端兩斷面在觀測(cè)期間累計(jì)沉降值分別都為1mm，進(jìn)口端斷面沉降值為4mm，對(duì)比可以清晰得到出口端圍巖比進(jìn)口端圍巖更穩(wěn)定，這與工程項(xiàng)目實(shí)際情況吻合（進(jìn)口端Ⅳ級(jí)圍巖，出口端Ⅴ級(jí)圍巖）；進(jìn)口端K1106+280量測(cè)斷面在后續(xù)5月7號(hào)和8號(hào)連續(xù)兩天下沉量比較大，后續(xù)監(jiān)測(cè)中做特別關(guān)注，并查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)有未受破壞。通觀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和圖表，隧道情況總體正常，施工方案可行，對(duì)安全施工沒(méi)影響。

5.結(jié)論

綜上所述，新歌樂(lè)山隧道施工方法對(duì)隧道圍巖影響較小，已完成的初期支護(hù)的作用和效果較明顯，隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。隧道監(jiān)控量測(cè)對(duì)整個(gè)隧道施工非常重要，只有根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取切實(shí)可行的施工技術(shù)，運(yùn)用合理的監(jiān)測(cè)手段，科學(xué)分析數(shù)據(jù)，是能夠克服施工難度，安全、穩(wěn)定、順利的完成隧道施工。

參考文獻(xiàn)

[1]劉招偉，王夢(mèng)恕，董新平.地鐵隧道盾構(gòu)法施工引起的地表沉降分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003， 08： 1297-1301.

[2]李衛(wèi)平，王志杰. 隧道地表沉降測(cè)量方法研究與仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真， 2012，08： 357-359.

[3]中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)主編.工程測(cè)量規(guī)范（GB50026-2007）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，

2008.

[4]中鐵一局集團(tuán)有限公司主編.鐵路隧道工程施工技術(shù)指南（TZ204-2008）[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2008.

[5] 中鐵二院工程集團(tuán)責(zé)任有限公司主編.鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程（TB10121-2007）[S].北京：中國(guó)鐵道出版社出版，2007.

[6]中鐵二十三局.新歌樂(lè)山隧道控制網(wǎng)復(fù)測(cè)成果報(bào)告[R].重慶：中鐵二十三局，2010.

[7]黃聲享，尹暉，蔣征.變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理[M].武漢： 武漢大學(xué)出版社，2003.

作者簡(jiǎn)介：李建（1979.07-），男，四川省內(nèi)江市人，講師，2011年畢業(yè)于成都理工大學(xué)地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)，獲理學(xué)碩士學(xué)位。主要從事工程測(cè)量、地籍測(cè)量技術(shù)、3S集成技術(shù)應(yīng)用的教學(xué)與技術(shù)設(shè)計(jì)管理工作。