東花園隧道沉降測量點的布置及沉降觀測

韓偉達

(中鐵十八局集團有限公司，天津 300000)

在隧道工程施工中，沉降測量點布置的科學性，既對鐵路隧道施工過程的安全性以及后期運行的安全性有很大影響，也對提升列車運營安全具有重要作用。在鐵路隧道工程施工中，有效地進行沉降監(jiān)測具有非常重要的意義，科學布設測量點，并進行全面觀測，可及時掌握隧道變形情況和沉降情況，一旦超過最大的允許值，便可及時采取有效的措施，防止變形繼續(xù)進行，危害隧道結構以及后期運營安全。此外，通過有效監(jiān)測，還能不斷累積沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，進一步分析沉降變形的規(guī)律，從而為鐵路施工，及設備檢修和施工等提供必要的參考依據(jù)和理論指導。東花園隧道從施工開始就進行沉降監(jiān)測，并及時按照監(jiān)測的結果調(diào)整施工方案和方法，為各道工序的有效開展提供了良好的技術支持，可為類似工程施工提供一定的參考和借鑒。

1 工程概述

東花園隧道位于河北省張家口市懷來縣花園鎮(zhèn)，進口位于清水河村西北，出口位于東花園四村西北，進口里程為DK82+770，出口里程為DK87+740，全長4 970 m，設計的列車行駛速度為350 km/h，最大位置開挖深度達到32 m，最大的覆土深度也達到8.1 m，為雙線隧道工程，其中左線軌頂面高程485.287 m，出口左線內(nèi)軌頂面高程487.537 m。在開挖中采取明挖法，整個隧道線路縱向為V字形，最低點里程為DK85+100，最大坡度為25‰。隧址區(qū)地層巖性比較復雜，由第四系上全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)粉土、黏性土、砂類土及碎石土，以及第四系上更統(tǒng)湖積層(Q3l)粉土、粉質(zhì)黏土、砂類土等共同組成，復雜的地層巖性，使得本工程施工難度大大提升，對變形和沉降監(jiān)測有很高的要求。

2 沉降測量精度的技術要求

本案例工程規(guī)模比較大，對沉降變形的精度要求比較高，具體的沉降變形觀測的內(nèi)容主要包括兩個方面，其一是垂直位移，其二是平面位移[1]。為保證觀測數(shù)據(jù)的精度，能夠為隧道施工提供真實有效的數(shù)據(jù)，沉降量觀測的精度不能低于三等精度，具體沉降測量精度要求見表1。

表1 東花園隧道沉降測量精度要求表

為滿足具體沉降變形測量精度標準的具體要求，在本工程沉降變形測量中，建立了專屬的測量網(wǎng)，表2為具體的變形位移測量技術要求。

表2 東花園隧道垂直位移監(jiān)測網(wǎng)技術要求表

3 東花園隧道沉降測量點的布置要點

在案例工程沉降觀測中，為最大限度上保證沉降測量的準確性，共布設了三種不同類型沉降變形測量點，其一是基準點，其二是工作基點，其三是沉降變形觀測點。這三種測量點，在東花園隧道沉降測量中的作用也不相同，在具體布置中，為發(fā)揮出各測量點的作用和價值，需要結合現(xiàn)場實際情況進行科學布置[2]。

基準點在沉降觀測中，需要保持穩(wěn)定不變。因此，本工程基準點，布設在隧道施工沉降變形區(qū)之外，且容易保存的地區(qū)，因此必須選擇全新的基巖點、深埋水準點、CPⅠ、CPⅡ、二等水準點。結合東花園隧道施工的現(xiàn)場情況和地質(zhì)水文變化條件，適當增設基準點的數(shù)量，但在具體增設時，其精度不能低于二等水準測量的精度。

工作基點布設精度，直接關系到沉降變形測量的總體精度，在案例工程工作基點布設中，選擇在不易變形的位置，保障在全部測量中，都不會發(fā)生任何變化。在具體的沉降變形測量中，這就要求工作基點必須嚴格按照相關要求進行布設，在一些特殊位置，尤其是沉降變形量大的位置，需要加密布設點[3]。各水準點之間的距離必須嚴格控制，本工程在沉降觀測中，水準點之間的距離控制在200 m左右，實現(xiàn)了垂直位移的準確檢測。

沉降變形點在布設時，必須埋設在需要具體測量的變形位置或者構筑物上，要能夠準確地反映沉降速率和特點，既要保證點位的牢固性，便于更好地保障觀測效果，還要注重形式美，以便結構更加科學合理[4]。

在進行東花園隧道沉降測量點布置中，為解決外部環(huán)境、施工技術、機械設備等對測量準確性造成的不良影響，更好地保障測量數(shù)據(jù)的準確性，需要在監(jiān)測網(wǎng)之上，同時有3個檢測點始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，并且基準點在現(xiàn)場施工條件運行的情況下，要盡量布設在沉降變形影響區(qū)域之外，以保證沉降變形檢測的準確。

由于在東花園隧道中，沉降測量點會受到自然條件、人為破壞等多種因素的共同影響，個別監(jiān)測點布設完成后，難免會發(fā)生不同程度的破壞和位移[5]。為更好地保障監(jiān)測網(wǎng)基準點和工作基準點的穩(wěn)定性，就需要進行定期測量。東花園隧道沉降測量點布置中，垂直位移監(jiān)測網(wǎng)在觀測中不能僅僅一次完成，而是需要分多次進行，首次測量完成之后，每隔6個月至少再重新測量一次，具體的測標埋設位置見圖1。

圖1 沉降測標埋設位置示意圖

4 沉降測量點的觀測要點

4.1 沉降觀測的技術要求

東花園隧道沉降觀測中水準路線必須嚴格按照精度的要求進行合理選擇，本工程將沉降觀測點布設在了隧道斷面的內(nèi)壁之上，具體情況見圖2。尚未貫通前，需要在每個洞口布置2個以上基準點和工作基點[6]，東花園隧道貫通前的觀測水準路線示意圖見圖3。

圖2 隧道貫通后的觀測水準路線示意圖

圖3 隧道貫通前的觀測水準路線示意圖

隧道沉降觀測主要是從仰拱施工襯砌完成后，及時開展沉降變形觀測，最少要連續(xù)觀測90 d，否則就無法為沉降變形的判斷和評估提供真實的數(shù)據(jù)。為保障沉降觀測的精度需要對用到的測量儀器和設備定期進行檢查，并對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行全面整理。為控制好測量誤差，需要使用相同的測量設備、延用相同的測量人員，以便將外在因素對沉降觀測準確性的影響降到最低[7]。隧道沉降觀測水準的測量精度應為±1 mm，讀數(shù)取位到0.01 mm。

4.2 選擇合適的觀測周期

在案例工程沉降觀測中，要最大限度上保證沉降觀測數(shù)據(jù)的準確性，以便為施工和管理提供真實的數(shù)據(jù)和參考。在具體監(jiān)測中，需要保證沉降觀測的頻率頻次不低于表3中的規(guī)定，當沉降達到穩(wěn)定狀態(tài)之后，可不再進行觀測。

表3 東花園隧道基礎沉降觀測頻率頻次表

4.3 觀測數(shù)據(jù)處理

在東花園隧道沉降觀測中，數(shù)據(jù)處理是非常重要的環(huán)節(jié)。案例工程規(guī)模比較大，沉降觀測數(shù)據(jù)處理工作量大。為保證沉降觀測數(shù)據(jù)的準確性，施工單位需要按照隧道工程對沉降測量的具體要求，提供所有的測量文件和數(shù)據(jù)，并進行歸納整理后及時轉(zhuǎn)交給項目部，再由項目部轉(zhuǎn)交給建設單位和評估單位[8]。

在沉降觀測數(shù)據(jù)處理中，需要先對現(xiàn)場測量的資料進行認真、詳細的檢測、審核、計算。每次沉降測量監(jiān)測完成之后，需要在兩個小時內(nèi)完成相關資料的整理工作，及時將測量資料和相關數(shù)據(jù)填入到相關表格中，以便了解測量數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，便于各測量斷面和相同與不同測量手段之間的有效對比和驗證。要按時提供各類數(shù)據(jù)和文件，盡量每個月都要提交一次，以保證沉降觀測數(shù)據(jù)匯總和分析的及時性、有效性[9]。

4.4 監(jiān)測基準網(wǎng)點的穩(wěn)定性分析

本工程在進行監(jiān)測基準網(wǎng)點的整體穩(wěn)定性分析中，采取了平均間隙法。具體的分析方法是采取假設的方法，即對監(jiān)測基準網(wǎng)第j期和第1期進行全面的檢測對比，再對2個2期觀測數(shù)據(jù)進行平差處理，最后通過計算分析就能得到每個工作基點高程變化的具體數(shù)值，對2期觀測成果進行穩(wěn)定性檢驗。2周期分別定為第1周期和第2周期。每期的平差成果單位權方差估值,其計算公式為

式中：下標1，2分別代表不同的2個周期觀測成果值。

通常情況下，2個等精度觀測，可聯(lián)合起來求一個共同的單位權方差和的驗后估值，其計算公式為

這是一種整體檢驗法，在監(jiān)測基準網(wǎng)點穩(wěn)定性分析中具有良好的效果。本工程通過平均間隙法分析監(jiān)測基準網(wǎng)點的穩(wěn)定性，效果比較好，表明本次監(jiān)測結果真實有效。

5 結 語

綜上所述，結合東花園隧道實際情況，分析了沉降測量點的布置及沉降觀測。結果表明，在隧洞工程施工中將所有埋設的監(jiān)測點，作為整個監(jiān)測網(wǎng)的基準點，每一區(qū)間為一個測段，可形成符合測量要求路線，用于控制整個沉降監(jiān)測網(wǎng)是可行的，可為今后類似工程施工中沉降監(jiān)測累積更多的經(jīng)驗，并為隧道施工方案的制訂調(diào)整，以及施工技術的選擇和應用提供更加科學有效的數(shù)據(jù)支持，從而打造出高品質(zhì)的隧道工程項目，促使我國鐵路隧道建設事業(yè)持續(xù)健康地發(fā)展。