客运专线Ⅵ级围岩隧道监控量测技术

陈则章

摘要：以铁路客运专线善亭隧道为工程实例，介绍了Ⅵ级围岩隧道监控量测技术，为类似隧道监控量测施工提供经验参照。

关键词：隧道；Ⅵ级围岩；监控量测；技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A

1、工程概况

善亭隧道位于安微省境内，隧道全长3152m，其中Ⅵ级围岩223m，最大埋深约140m，整个隧道按照新奥法设计施工，初期支护为采用锚、喷、网和格栅拱架，根据不同的围岩情况采用不同的组合。Ⅵ级围岩破碎软弱，易发生形变，稳定性差，监控量测尤其重要。

本隧道的监控量测主要以洞内、外观察、二次衬砌前净空变化、拱顶下沉、地表下沉、二次衬砌后净空变化、沉降缝两侧底板不均匀沉降、洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测为主测项目，为确保隧道施工顺利进行，及时掌握围岩和支护在施工中的力学动态及稳定程度，保障施工安全；为评价和修改初期支护参数、力学分析及二次衬砌施作时间提供信息依据，结合隧道具体条件确定开展主要监控量测项目见表1。

表1：量测项目及内容

注：H0—隧道埋深；b—隧道最大开挖宽度。

2、隧道洞内、外观察

洞内观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。开挖工作面观察应在每次开挖后进行。观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施；观察后应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。在节理、裂隙发育的镶嵌状、块状脆性硬岩地段应重视观察围岩的节理、裂隙走向及发育程度，对易引起坍塌的岩块及时进行锚杆支护或喷射砼封闭。对已施工地段的观察每天至少应进行一次，主要观察喷射混凝土、锚杆、钢架和二次衬砌等的工作状态。

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。

3、现场量测

3.1 量测断面间距、测点布置见表2。

表2（量测断面间距和每断面测点数量表）

测点拟布置如下：开挖时水平收敛基线布置2条（Ⅲ、Ⅳ级围岩布一条），拱顶下沉测点每个断面内布置1～3点。水平收敛基线：中心水平线上1.5米处水平布1条，距边墙底1.5米处布置1条。各测点布置见图1。

图1(量测断面布置图)

3.2量测频率

各项量测项目量测频率应根据位移速度和量测断面距开挖面距离，分别按下表2和表3确定。当量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的作为实施的量测频率。

表3（量测频率）

表4（量测频率）

各项量测作业均应持续到变形基本稳定后2～3周结束。对于膨胀性和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间。

3.3周边水平位移量测

测点埋设：喷锚支护施作后，用风钻凿Φ40mm、深200mm的孔，先用1：1水泥砂浆灌满后再插入测点固定杆，尽量使同一基线两测点的固定方向在同一直线上，等砂浆凝固后，即可进行量测工作。

量测方法：采用SWJ-Ⅳ隧道收敛计监测。该机采用大张力自锁紧摇柄加载系统，并在结构上进行了一系列性能提升设计，具有很高的量测精度，特别适用于大跨度隧道的变形监测。

3.4 拱顶下沉量测(见图2)

拱顶位移量测的测点用风枪打眼埋设好固定杆，并在外露杆头设挂钩。测点的大小要适中。支护结构施工时要注意保护测点，一旦发现测点被掩埋，要尽快重新设置，以保证数据不中断。

采用精密水平仪、水准尺、挂钩式钢尺配合测量拱顶下沉，精度可达1～2mm。量测时用一把2～4m长的挂钩式钢尺挂上即可。

图2(拱顶下沉量测示意图)

3.5 地表下沉量测

测点布置：与洞内收敛、拱顶下沉量测断面里程对应，地表下沉量测点集中设在隧道中线附近，并在开挖面前方H+h1处设测点，(H为隧道埋深，h1为上半断面净高)，直到开挖面后方约3～5B处。点位布置见图3。

测量方法：采用精密水平仪、水准尺配合测量地表沉降，精度可达2～4mm。

图3(地表下沉测点布置图)

用经纬仪将所有测点布设于同一直线上。测点钢筋安设就位后，表面磨平，并用钢钉等锐器在其表面冲眼标记。

3.6沉降缝两侧及洞口段与路基过渡段量测

隧道二次衬砌沉降缝两侧不均匀沉降观测、洞口段与洞口过渡段不均匀沉降观测频率应15d进行一次。洞内沉降缝每侧宜布设四个以上观测点；洞口布点视过渡段的情况而定，根据沉降曲线确定道床施工时间。

3.7 现场量测要求

（1）拱顶下沉、收敛量测初读数宜在开挖后3～6h后（二衬拆模24h后）即埋设测点，进行第一次量测数据采集。

（2）．测试前检查仪表设备是否完好，如发现故障应及时修理或更换；确认测点是否松动或人为损坏，只有测点状态良好时方可进行测试工作。

（3）测试中按各项量测操作规程安装好仪器仪表，每测点一般测读三次；三次读数相差不大时，取算术平均值作为观测值，若读数相差过大则应检查仪器仪表安装是否正确、测点是否松动，当确认无误后再按前述监控量测要求进行复测。每次测试都要认真做好原始数据记录，并记录掘进里程、支护施工情况以及环境温度等，保持原始记录的准确性。量测数据应在现场进行粗略计算，若发现变位较大时，应及时通知现场施工负责人，以便采取相应的处理措施。

4、量测数据整理、分析与反馈

每次量测后应及时进行数据整理，并绘制量测数据时态曲线和距开挖面关系图，对初期的时态曲线应进行回归分析，预测可能出现的最大值和变化速度，数据异常时，应根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架等加固措施。

4.1按变形管理等级指导施工（如表5）

表5(变形管理等级表)

4.2根据位移变化速度判别

净空变化速度持续大于1.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统。净空变化速度小于0.2mm/d时，围岩达到基本稳定。

4.3根据位移时态曲线的形态来判别

当围岩位移速率不断下降时（du2/d2t＜0），围岩趋于稳定状态；

当围岩位移速率保持不变时（du2/d2t＝0），围岩不稳定，应加强支护；

当围岩位移速率不断上升时（du2/d2t＞0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。

5、结束语

施工中将现场监控量测作为工序引入作业循环，并结合地质预报作出评价，优化设计参数，实施动态管理，保障了隧道施工安全，取得了较好的经济效益和社会效益。

参考文献:

⑴《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）；

⑵《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）；

⑶《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121－2007）；

⑷《铁路隧道工程施工技术指南》TZ204-2008。