監(jiān)控量測在承隆鐵路隧道施工中的應(yīng)用

董丁芳

[摘 要]本文通過監(jiān)控量測法在改建鐵路承德至隆化線工程中的成功應(yīng)用，總結(jié)出監(jiān)控量測的方案策劃、量測實(shí)施、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)應(yīng)用，在監(jiān)測數(shù)值趨勢臨近允許值時就要及時采取措施，修改施工方法、調(diào)整圍巖級別、變更支護(hù)設(shè)計參數(shù)，有效指導(dǎo)施工避免工程風(fēng)險，取得經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞]隧道；監(jiān)控量測；地表沉降；拱頂下沉；數(shù)據(jù)分析

文章編號：2095-4085（2015）03-0087-04

1 工程概況

改建鐵路承德至隆化線改線工程位于承德市雙峰寺鎮(zhèn)境內(nèi)，線路全長6. 436 km，其中隧道全長5. 318 km，隧道最大埋深103 m。其中大瓦溝隧道全長2857 m；王家洼隧道長254 m，二道窩鋪隧道長2207 m。圍巖主要是片麻巖，裂隙發(fā)育不均，巖體較破碎。隧道淺埋段落較多，局部段落存在偏壓，發(fā)育斷層?？傮w而言隧道工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，隧道開挖時可能發(fā)生突水，塌方風(fēng)險較大。

2 監(jiān)控量測法方案及應(yīng)用

本工程隧道數(shù)量較多，有必要及時做好監(jiān)控量測方案，預(yù)防塌方、裂縫、掉塊、突水等風(fēng)險事件，為初期支護(hù)和二次襯砌時機(jī)提供數(shù)據(jù)支持。首先做好監(jiān)控量測方案，再次根據(jù)情況準(zhǔn)確布置監(jiān)控量測點(diǎn)，配置適合的水準(zhǔn)儀和收斂儀，掌握監(jiān)控量測頻率，最后及時整理分析數(shù)據(jù)，及時初期支護(hù)、在合理的時間內(nèi)，施做二次襯砌，保證二襯與掌子面的距離合理，可以準(zhǔn)確的把握圍巖的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確判斷支護(hù)、襯砌的可靠性，及時監(jiān)測出安全風(fēng)險，及時采用工程特殊措施，修改施工方法修改支護(hù)參數(shù)，確保施工安全。

本隧道工程監(jiān)控量測項(xiàng)目包括：洞內(nèi)、外觀察、拱頂下沉監(jiān)測、隧道凈空變化監(jiān)測和地表沉降監(jiān)測。

2.1 監(jiān)控量測方法

2.1.1 洞內(nèi)外觀察方法

施工人員每次爆破后及初期支護(hù)后觀察圍巖變化、地下水、滲透、支護(hù)結(jié)構(gòu)外觀變化、洞口地表情況，地表沉陷、噴射混凝土、錨桿、鋼架的狀況，施工質(zhì)量是否符合規(guī)定的要求等情況的觀測，并做好觀察結(jié)果的記錄，將其記錄于工程日志中。以便對圍巖的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，對施工方案提出修改建議。

2.1.2 拱部位移量監(jiān)測方法

拱頂下沉觀測用精密水準(zhǔn)儀觀測測試斷面拱頂觀測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差，從而計算出拱頂下沉量，觀測精度為0.1 mm?？梢杂脕砼袛嘀ёo(hù)效果，并指導(dǎo)施工工序。拱頂下沉值主要用于確認(rèn)圍巖的穩(wěn)定性，事先預(yù)報拱頂坍塌。

2.1.3 隧道凈空水平收斂量監(jiān)測方法

主要采用收斂計（收斂計測試精度為±0. 06 mm），采集測點(diǎn)間的測試長度與初始長度之差為變化值數(shù)據(jù)，該變化值與初始長度之比為相對收斂值，據(jù)此計算收斂變化速度，判斷圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，及時進(jìn)行二襯；保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，更好地用于指導(dǎo)施工。

2.2 監(jiān)控量測的頻率

拱頂下沉量測與水平凈空相對變化量測宜用相同的量測頻率，應(yīng)從下表中根據(jù)變形速度和距開挖工作面距離選擇較高的一個量測頻率：

2.4 監(jiān)控量測監(jiān)測點(diǎn)布置要點(diǎn)

2.4.1 淺埋段、偏壓段地表沉降監(jiān)測要點(diǎn)

隧道開挖前應(yīng)當(dāng)布設(shè)淺埋隧道地表沉降點(diǎn)。

洞口段、偏壓段、洞頂淺埋地段開挖前垂直隧道縱軸線橫向埋設(shè)地表監(jiān)控量測樁及水平基準(zhǔn)點(diǎn)。第一個監(jiān)測斷面布置在明暗洞交界里程往洞內(nèi)方向2m處，其余斷面間隔見（地表沉降觀測橫斷面縱向間距表），布置盡量與洞內(nèi)拱頂下沉、凈空水平收斂斷面布置一致（也可根據(jù)情況調(diào)整）。一般情況按照表1布置地表沉降觀測點(diǎn)縱向間距，按照圖1布置地表沉降橫向測點(diǎn)。在布置測點(diǎn)時應(yīng)注意在隧道中線附近及圍巖較差的地段將測點(diǎn)加密布置。

2.4.2 拱頂下沉及凈空收斂監(jiān)控量測布置要點(diǎn)

拱頂下沉測點(diǎn)和凈空變化（圍巖收斂）測點(diǎn)應(yīng)布置在同一斷面，拱預(yù)測點(diǎn)原則上設(shè)置在拱頂軸線附近。根據(jù)設(shè)計要求，Ⅲ級圍巖地段30米設(shè)一個斷面，Ⅳ級圍巖地段10米設(shè)一個斷面，V級圍巖地段5米設(shè)一個斷面。Ⅱ級圍巖地段視具體情況設(shè)置監(jiān)控測點(diǎn)。圍巖等級里程段劃分按照隧道設(shè)計圖執(zhí)行。測點(diǎn)布置分為全斷面法開挖監(jiān)控量測點(diǎn)埋設(shè)和臺階法開挖監(jiān)控量測點(diǎn)埋設(shè)，詳見洞內(nèi)監(jiān)控量測點(diǎn)布置示意圖。

3 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析與信息反饋

3.1 第一進(jìn)行測點(diǎn)埋設(shè)，并進(jìn)行日常量測和數(shù)據(jù)處理，及時反饋信息，并根據(jù)地質(zhì)條件的變化和施工異常情況，及時調(diào)整監(jiān)控量測計劃。現(xiàn)場測點(diǎn)讀數(shù)讀三次，取其平均值。并詳細(xì)記錄。

3.2 第二繪制時態(tài)曲線

監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析主要包括：拱頂下沉、凈空收斂的位移量，繪制時態(tài)曲線；地表沉降值，繪制時態(tài)曲線，以便于分析監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律和趨勢。

3.3 第三確定位移控制基準(zhǔn)

位移控制基準(zhǔn)一般根據(jù)測點(diǎn)距開挖面的距離進(jìn)行劃分。

3.4 第四確定位移管理等級

根據(jù)位移控制基準(zhǔn)，可劃分為三個管理等級。

3.5 第五確定圍巖變形管理等級對策表

結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，制定了圍巖變形管理等級用于工程的安全性評價并制定相應(yīng)的工程對策。在分析數(shù)據(jù)時根據(jù)散點(diǎn)圖進(jìn)行回歸分析，并將回歸分析得出的變形值與允許變形值比較，從而確定下一步施工采取的措施。（見變形管理等級對策表）綜合分析圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)。

4 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的應(yīng)用

二次襯砌的施作應(yīng)在滿足下列要求時進(jìn)行：

（1）發(fā)現(xiàn)深埋隧道周邊變形速率明顯下降并趨于緩和；

（2）隧道拱腳、邊墻、中部水平收斂的速度小于0.2 mm/d

（3）拱頂或底板垂直下沉速率≤O.15 mm/d

（4）施作二襯前的累計位移值已達(dá)極限相對位移值的90%以上；

（5）初期支護(hù)表面裂隙（觀察）不再發(fā)展。

（6）對淺埋、軟弱圍巖等特殊地段，應(yīng)視現(xiàn)場具體情況確定二次襯砌施作時間。

5 承隆線隧道監(jiān)控量測效果

經(jīng)過20個月的隧道施工監(jiān)控量測，共發(fā)現(xiàn)位移過大4次，及時進(jìn)行了處理。尤其是監(jiān)控量測組在2014年6月份對二道窩鋪隧道隧道出口段進(jìn)行監(jiān)控測量時，發(fā)現(xiàn)DK16+680段周邊收斂數(shù)據(jù)最大，回歸分析得出的變形量與允許變形值比較大于允許的變形量，根據(jù)變形等級對策表，管理等級為1級，對策為考慮采取特殊措施并加強(qiáng)監(jiān)測。并且隧道進(jìn)洞時正好遇上雨季，隧道內(nèi)滴水情況嚴(yán)重，監(jiān)控量測組堅持對隧道進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)情況加大監(jiān)測頻率，及時采取措施，與設(shè)計溝通后，將Ⅲ級圍巖變更為V級圍巖處理措施，采用上下臺階法加強(qiáng)支護(hù)，并采用了格柵鋼架結(jié)合錨網(wǎng)噴的加強(qiáng)支護(hù)型式，縱向采用φ22螺紋鋼連接，采取措施后，該段始終保持及時觀察和監(jiān)控量測，量測數(shù)據(jù)逐漸開始變小，在加固處理完后，圍巖收斂變化基本趨于穩(wěn)定。因該段通過初支觀察及監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的提供，并加固處理及時，使本次圍巖變形段順利通過。

6 結(jié)論

通過對承隆線鐵路隧道開挖進(jìn)行監(jiān)控量測表明：監(jiān)控量測法在隧道工程施工中發(fā)揮了重要的作用。對圍巖監(jiān)控量測工作必須緊密與施工進(jìn)程相配合，監(jiān)控量測布置測點(diǎn)要合理，并須根據(jù)圍巖變化及時進(jìn)行調(diào)整。監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析必須及時，在監(jiān)測數(shù)值趨勢臨近允許值時就要及時采取措施，修改施工方法、調(diào)整圍巖級別、變更支護(hù)設(shè)計參數(shù)，有效指導(dǎo)施工避免工程風(fēng)險，取得經(jīng)濟(jì)效益。

承隆線全部隧道現(xiàn)均已全線貫通，監(jiān)測量測不僅能指導(dǎo)施工，讓施工人員及時了解隧道地層變化的動態(tài)和支護(hù)的穩(wěn)定狀況，有效減少了隧道塌方等風(fēng)險，而且還可以通過隧道施工現(xiàn)場監(jiān)測獲得圍巖動態(tài)為支護(hù)和襯砌提供信息依據(jù)，還能為隧道工程設(shè)計與施工積累技術(shù)資料，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，有效保證了隧道施工的安全，可為類似工程提供參考。

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