京张高铁东花园隧道监控量测方案设计

张 成

（中铁十八局集团第四工程有限公司 天津 300222）

1 工程概况

新建北京至张家口铁路JZSG-4标东花园隧道位于河北省张家口市怀来县东花园镇，进口位于清水河村西北，出口位于东花园四村西北；进口里程为DK82+770，出口里程DK87+740，全长4 970 m，设计时速350 km/h，基坑最大开挖深度约22 m，最大覆盖层约8.1 m。进口左线内轨顶面高程485.287 m，出口左线內轨顶面高程487.537m。全隧采用明挖法施工，线路纵向为V字形，最低点里程为DK85+100，最大纵坡为25‰。

2 监控量测工作目的与内容

2.1 监控量测的目的

通过深基坑监测进行信息反馈及预测预报，优化施工组织设计，指导现场施工，确保高边坡施工的安全、质量[1]。

掌握基坑边坡动态，利用量测结果指导施工，增加施工的安全可靠性。及时预测和反馈，预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然，保证指导施工顺利进行。

验证防护结构、防护参数、施工方法的合理性及其安全性。通过降水的沉降观测确定预留沉降量。

2.2 监控量测工作的内容

根据设计要求，东花园隧道监控量测主要项目包括：基坑及其周围环境描述、地表沉降、土体分层沉降及水平位移、地下水位、基坑底部隆起、坡顶位移、仰拱及衬砌沉降、拱顶下沉、衬砌净空变化。监测项目见表1。

表1 监测项目一览表

3 监测方法与数据处理

3.1 总体监测方法

仰拱及衬砌沉降监测、基坑底部隆起监测，采用衬砌沉降观测桩，观测仪器采用徕卡DNA03电子水准仪进行监测。土体分层沉降及水平位移监测，采用分层沉降仪和测斜管进行监测，测斜管采用塑导管。地下水位监测，采用电测水位计进行监测。地表沉降、坡顶位移、拱顶下沉、衬砌净空变化监测，采用地表观测桩和位移观测桩，观测仪器采用徕卡TS11全站仪进行监测。其中拱顶下沉、衬砌料净空变化监测为非接触测量，首先在基准点上架设仪器， 量取仪高，进行后视定向， 确定设站点三维坐标，用 NP模式瞄准膜片十字中心观测测点标靶，实时记录数据。高程采用施工高程控制网系统并与施工高程控制网联测。全线二等水准测量贯通后，在其基础上建立独立的三等高程控制网；水平位移监测基准网采用施工平面控制网并与施工控制网联测。

表2 监测范围及测点布置一览表

3.2 监测范围及测点布置

监测范围及测点布置见表2。

3.3 监控量测周期

必测项目监控量测频率应根据表3确定，原则上采用较高的频率值。出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。

表3 监控量测周期表

3.4 位移管理标准

3.4.1 控制标准

监控量测管理标准按边坡周边允许相对位移值和位移等级管理，并配合位移速率作为监控量测管理基准。边坡周边最大允许相对位移为0.01 h与80 mm较小值。当位移速率无明显下降，而此时实测位移值已接近表中所列的数值。防护施作则应在满足下列要求时进行：各测试项目的位移速率明显收敛，基坑边坡基本稳定；已产生的各项位移已达预计总位移量的80%～90%；周边位移速率小于0.1～0.2 mm/d，或边坡下沉速率小于0.07～0.15 mm/d。

3.4.2监测管理基准

本工程从保证施工期安全的角度出发，建立了三级管理制度作为管理基准，见表4。

表4 管理等级表

3.5 量测数据记录整理、分析与反馈

量测过程中重点收集以下资料：现场监控量测计划；实际测点布置图；边坡-时间曲线图、位移速度-时间曲线、找出位移-时间回归曲线，求出最终位移量；经量测变更设计和改变施工方法地段的信息反馈记录。量测后及时进行数据整理，并绘制量测数据时态曲线和边坡关系图，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，根据具体情况及时采取加设、加密或加长锚杆、加长锚索等加固措施。

由于现场量测的数据,对所有数据具有一定的离散性[2],它包含着偶然误差的影响,要经过数学处理方可应用数据进行回归计算,即用曲线u=f(t)对时间-位移散点图进行拟合,同时对变形加速率du/dt及变形速率的变化率 d2u/dt2进行探讨,根据数据处理后基坑边坡变形-时间曲线,找出不同时刻基坑边坡的变形量以及基坑边坡变形的发展趋势,进而预估基坑边坡的最大变形量,用以同变形临界值相比较,以便判断基坑边坡变形是否在允许范围内,据此来判断基坑边坡的稳定性和防护结构的可靠性。

边坡变化速度持续大于1.0 mm/d时，基坑边坡处于急剧变形状态，应加强防护系统。当边坡水平位移速度为0.1~0.2 mm/d，边坡下沉位移速度为0.1 mm/d时，可认为基坑边坡达到基本稳定。根据位移时态曲线的形态来判别。当基坑边坡位移速率不断下降时（d2u/dt2＜0），基坑边坡趋于稳定状态；当基坑边坡位移速率保持不变时（d2u/dt2＝0），基坑边坡不稳定，应加强防护；当基坑边坡位移速率不断上升时（d2u/dt2＞0），基坑边坡进入危险状态，必须立即停止开挖，加强防护。

4 结语

本文结合京张高铁东花园明挖隧道在建施工项目实际，设计了隧道的监控量测方案，并确定了数据信息的反馈流程及异常情况下的处理措施，保证了施工监测后的隧道实时施工控制，确保了明挖隧道的施工安全平稳进行。