监控与量测技术在铁路客运专线隧道中的应用

黄志峰

（中铁三局六公司，山西 晋中 030600）

1 概述

确保隧道工程安全、高质和高效完成施工，监控及量测是保证隧道工程质量的重要措施，也是判断围岩和衬砌是否稳定、保证施工安全、指导施工顺序、进行施工管理、提供施工信息的主要手段。由该公司正在施工的石太铁路客运专线是我国第一条新建客货混运250 km/h以上的线路，是铁路客运专线标准示范线。笔者对此次客运专线隧道监控与量测技术进行以下几方面浅谈。

2 测量目的

（1）找出地表下沉范围、量值。

（2）找出地表及地中下沉随工作面推进的规律。

（3）找出地表及地中下沉稳定的时间。

3 监控及量测的必要性

隧道与地下工程是一种特殊的工程结构体系。从岩体力学的角度看，它是处于与围岩相互作用的体系之中的结构物；从地质力学的角度看，它是处于千变万化的地质之中的工程单元体。在这样的岩体和地质体中，隧道一经开挖，其中所包容的原状力学体系便被打破，四周原有的受力状态已经改变。根据监控及量测得到的信息对支护再作若干变动，这种受力状态的改变才逐渐停止，支护与围岩体间力的作用体系逐渐达到最终平衡。

4 监控及量测的要求

（1）能快速埋设测点。隧道在开挖的过程中，开挖工作面四周两倍洞径范围内岩体受开挖影响最大。测点一般是开挖后埋设的，为尽早获得围岩开挖初始阶段的变形动态，测点应紧靠工作面快速埋设，尽早测量。一般设置在距开挖工作面2 m范围内，开挖后24 h内、下次爆破前测取初读数。

（2）每一次量测数据所需时间应尽可能短。

（3）测试数据应准确可靠。

（4）测试数据直观，不必复杂计算即可直接应用。

5 测量项目与方法

施工监控量测的项目包括必测项目和选测项目，应根据隧道工程地质条件、围岩类别、围岩应力分布情况、埋深、工程性质、支护类型等因素确定；见表1。

表1

6 施工监控与量测计划的制定

施工监控量测计划应综合施工、地质、测试等方面的要求，由设计人员完成。测量计划应根据隧道地质地型条件、支护类型和参数、施工方法和其他有关条件制定。现场测量结果能否反馈于工程设计与施工，进而达到修改设计和指导施工，在很大程度上取决于量测计划制定是否合理。

施工监控量测计划包括下列内容：

（1）监控量测项目、方法及监控量测断面选定包括：断面内测点的数量、位置、量测频率、量测仪器和元件的选定及其精度和率定方法、测点埋设时间等。

（2）传感器埋设设计，包括埋设方法、步骤、各部分尺寸及回填浆液配比、工艺选定及与工程进度衔接等。

（3）固定测试元件的结构设计和测试元件的附件设计。一般应保证测点的空间或平面位置正确，使测到的力和变形方向明确，防震、安全可靠。其包括钻孔内、钻孔口部和引出线的布线方法，测试仪器对环境的要求。

（4）量测数据记录表格式，表达测量结果的格式，测量数据精度确认的方法。

（5）测量断面布置图和文字说明及量测设计说明书。

（6）量测数据处理方法，并利用量测反馈信息修正设计和施工的方法。

（7）测量数据大致范围，作为判断异常依据。

（8）用初期量测值预测最终位移值的方法，综合判断隧道最终稳定的标准。

（9）施工管理方法，出现异常情况的对策。

7 施工监控量测计划的实施

（1）获得满足精度要求和可靠的量测信息。

（2）正确进行预测和反馈。

（3）建立管理体制和相应管理基准，进行日常施工管理、量测管理等。

表2 峪儿2#隧道收敛量测记录

表3 峪儿2#隧道拱顶下沉监测统计表

8 峪儿2#隧道监控及量测实例

（1）要求：①测基准点设在距离观测点3倍洞径以外的稳定点处；②沿线路方向每5 m设一个断面监控，每个断面埋设7个点，每点间距为3 m（特殊地质要加密）；③测量精度为±1 mm；④浅埋段必测（隧道埋深H≤隧道宽度2 B）；⑤沿线路方向浅埋段每5 m设一个监控断面、深埋段每30 m设一个监控断面，拱顶下沉监控埋设一个点，收敛对称监控均匀埋设布置3个点。

（2）客运专线隧道跨度较以往单、双线隧道跨度大，洞室的稳定性也相对较低，本隧道采用CD法施工，上台阶右半幅超前施工5～10 m,其循环进尺2～2.5 m。其优点在于能起到超前地质预报作用，便于采取应急措施，防患于未然。

（3）隧道施工过程中应进行洞内、外观察。洞内观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察的两部分有：①开挖工作面观察在每次开挖后进行。观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施；观察后及时绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状态记录表和施工阶段围岩级别判定卡。②对已施工地段的观察每天至少进行一次。

（4）洞外观察重点应在洞口段和洞身埋置深度较浅地段，其观察内容应包括地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况等。

通过对峪儿2#隧道进行监控和量测，及时对围岩采取加固措施，避免了安全事故发生，也避免企业造成市场不良形象和经济损失。

具体监控量测数据见表2、表3。

9 测量仪器及方法

（1）地表下沉：使用精密水准仪量测，测量精度为±1 mm。

（2）拱顶下沉：使用精密水准仪量测、或量测钢尺，测量精度为±1 mm。

（3）二衬前净空变化：收敛记、隧道激光断面仪、全站仪，测量精度为±0.1 mm。

隧道浅埋段地表下沉量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一个断面内。

10 数据处理

在开挖初期围岩不是很稳定时，每天进行两次测量，待围岩达到基本稳定后，以7 d/次的量测频率量测2～3周后，可结束量测。

（1）每次测量读数都相对初始读数对比的差值进行累计沉降值统计。

（2）每次测量读数都相对上一次读数对比的差值进行计算沉降值和速率，然后统计最大值与5 mm～0.2 mm/d相比较，如果在此数范围就属于变形缓慢增长阶段，如果小于此范围就属于变形稳定阶段。

数据处理的目的是现场量测的原始数据，不可避免的会具有一定的离散性，其中包含着测量误差。我们进行数学处理和分析的目的是将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确保量测数据的可靠性；探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化规律。判断围岩和支护系统稳定状态。

通过对测量数据回归分析预测最终位移值和各阶段的位移速率。

11 结束语

石太铁路客运专线隧道施工中使监控与量测技术纳入了施工工法程序，通过对峪儿2#隧道监控和量测，并对其数据结果分析和处理及时对不恶化围岩加固措施，避免了安全事故发生。