监控量测在隧道中的应用

监控量测在隧道中的应用

陈立宝

中交一公局南钦铁路NQ-2标一分部

摘要：高床岭隧道工程情况，监控量测在隧道施工的取得数据分析，可及时的调整初支护设计参数，确保

施工安全，确定二次衬砌和仰拱的施作时间，提供反馈信息。

关键词：监控量测 隧道应用

一、工程概况

高床岭隧道长890m，起止里程：DK71+100～DK71+990，本隧道进、出口均采用耳墙式洞门。洞口边坡仰坡采用骨架或锚网喷护坡；出口边仰坡采用锚杆框架梁内喷混植生护坡或骨架护坡。全隧道均采用暗挖法施工，设置复合式衬砌。隧道拱墙衬砌应一次灌筑，仰拱超前拱墙施作，仰拱应整体灌筑，光面爆破法开挖。洞身Ⅳ级围岩地段设拱墙格栅钢架及拱部φ42超前锚管加强支护，洞身V级围岩地段设全环I20b工字钢钢架及拱部φ75中管棚或φ42超前小导管加强支护，出口段设φ108超前大管棚支护。 二、地质情况

隧道位于低山丘陵地貌区， 坡面地表植被发育，为果园及灌木林。隧道穿过一低山丘，地面标高50～130m,自然坡度30～50度，隧道埋深35～84m；地表覆盖1～4m厚粉质黏土；隧道穿越岩层为花岗岩，灰白色，紫红色，风化后呈灰黄色，风化层较厚，风化差异严重。测区燕山期岩浆活动剧烈，变质作用较普遍，围岩存在放射性问题。地下水以孔隙水，基岩风化裂隙水为主，不发育。环境水对混凝土具有弱酸性侵蚀，侵蚀等级为H1。本隧道地震动峰加速度为0.05g。高床岭隧道由出口进洞，洞口地处浅埋、偏压，地下水较为丰富，进洞为V级围岩，地质是全风化花岗岩，围岩因浸水后较为软弱，给施工造成较大困难，针对隧道地下水比较大，已采取了用临时水沟将地表水引向洞外，确保洞内没有积水。地质情况复杂，需要严格按照图纸要求对结构支护体系的稳定性进行监测． 三、高床岭隧道监控量测项目

高床岭隧道施工过程中采取必测项目和选测项目相结合的监测措施：必测项目有地质

和支护状况观察、周边位移、拱顶下沉、地表下沉和锚杆抗拔力量测等；选测项目有钢支撑内力量测、围岩压力与接触应力量测、二次衬砌钢筋应力量测等。

必测项目是隧道监测中的主要项目，主要是为了解围岩岩性的变化情况、节理裂隙的发育情况、隧道内淋水情况及支护状况等,及时掌握围岩及初衬的稳定情况，判断围岩及初衬的稳定性,预报险情,修正设计,指导施工。

掌握围岩和支护动态，进行日常施工管理，提供二次衬砌施作时间；了解支护构件的作用及效果，确保隧道工程安全和工程质量；将监控量测结果及时反馈于设计进行隧道设计、施工动态管理；了解隧道施工对附近建筑物的影响；积累数据，作为以下工程施工参考。监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，按设计要求进行布点和监测，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。量测数据应及时分析处理，并与工程类比法相结合，及时调整支护参数或施工决策。 四、现场量测的规划

现场量测是隧道工程的重要手段，其目的在于了解围岩变形和应力变化的动态过程，掌握隧道围岩的稳定情况，判断支护系统的可靠程度，是直接为支护系统的设计金额施工决策服务的，这是进行现场规划的基本点．现场量测规划得是否合理，不仅取决于所有规定的量测项目能否顺利进行，同时也关系到所得的量测结果能否反馈于工程的设计与施工，进而达到修改设计与指导施工，这是进行现场量测规划的基本要求．因此，合理而周密的现场量测设计是量测的关键．

现场量测的规划主要有以下几方面的内容： 1、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两部分。

1) 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（附后）。

2) 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。

2、监控量测时间

拱顶下沉、收敛量测初读数宜在3～6h内完成，其他量测应在每次开挖后12h内取得初读数，最迟不得大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。

测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护，严防爆破损坏。 拱顶下沉和地表下沉量测基点应与洞内、外水准基点建立联系。 3、量测项目的确定和量测手段的选择（表1）

量测项目和量测手段应根据具体工程的特点，如围岩的地质条件、工程规划、重要程度、支护类型和施工方法，并结合业主的财力来选择．

确定量测项目和量测手段的原则是量测简单、结果可靠、成本低廉、便于施工采用、量测元件要尽量靠近工作面安设．对选择的被测物理要概念明确、量值显著，数据易于分析、反馈．

隧道现场监控量测项目及量测方法 表1

序号 1 地质及支护状况观察 周边位移及拱顶下沉 地表下沉 岩性、结构面产状及支护裂缝观察与描述，地质罗盘等 各种类型收敛仪、水平仪、高精度水准仪、钢 项目名称 方法及工具 布置位置及 测点数 开挖后及初期支护进行 每5-10m一个断面，每断面2-3对测点 每次爆破后进行 必测项目 量测时间频率 1-15d 16-30d 31-90d 90d 备注 2 3 1-2次/天 1次/2天 1-2次/周 1-3次/月 开挖面距量测断面后＜2B时，1-2次/天 开挖面距量测断面后＜5B时，1次/2天 开挖面距量测断面后＞5B时，1次/周 必测项目 尺、或测杆 洞顶偏压浅水平仪、水准仪 埋段，每断面至少5-10个测点 必测项目 4 锚杆内力及抗拔力 各类锚杆测每10一个断根据围岩情况定 力计 面，每断面至少3根锚杆 选测项目

4、监控量测点的布置

隧道浅埋地段地表下沉的量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内。当地表有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉观测点。

横断面方向应在隧道中心及两侧间距2～5m处设地表下沉测点，每个断面设7～11点，监测范围应在隧道开挖影响范围以外。必测项目量测断面间距和每断面测点数量见下表：

每断面测点数量 围岩级别 断面间距 净空变化 （收敛） 2～3 1～2 拱顶下沉 3 3 地表下沉（洞口及浅埋段） 7 7 Ⅴ Ⅳ 10m 20m 注：洞口及浅埋地段断面间距取小值。

测点元件采用φ6钢筋煨制而成，用电锤打孔，锚固剂锚入岩层中，锚入岩层深度不小于10cm，测点元件构造如下图。

φ12孔注砂浆锚固剂φ6钢筋≥10图3 测点元件构造图

图例

1.5m 3.5m 1.5m 净空收敛量测 拱顶下沉量测

必测项目洞内测点布置图

选测项目：选测项目设置在Ⅴ围岩中各设置选测断面两个。

选测项目初期支护阶段：围岩压力、钢架（型钢、格栅）受力和喷混凝土受力测点分别在拱顶、两侧拱腰、墙顶、墙中、墙底七个位置布置测点。测力锚杆分别两侧拱腰设置。围岩内部位移分别在两侧墙中设置。拱顶下沉和净空收敛测点同必测项目布置。

图例： 围岩压力、喷混凝土应变、钢架受力组件

测力锚杆 多点位移计 选测项目测点布置图

地表下沉量测应在开挖工作面前方，隧道埋深与隧道开挖高度之和处开始量测点距，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。

地表下沉量测频率应与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同。 在量测过程中应注意以下要点：

a、 量测记录要点：在整个观测期间，应设立值班记录本，详细记载值班期间的一切情

况; 量测时的气候环境以及洞内湿度、温度情况;人工对工作面及周边地质和支护的观察情况．

b、 量测频率注意：应当十分重视各量测项目初读的准确性，测读时必须是连续两次

测得的数值基本一致后才能将其定为初读数；测读的数据应尽可能在现场整理分析，尽快提交工程施工单位和项目决策部门，以此修改设计，调整支护参数，合理安排施工进度．

5、实施计划的制定

根据高床岭隧道围岩情况制定量测的总流程图

分析、研究地质勘测资料 制定监控量测计划

6、量测管理的工作

隧道现场监控量测应成立专门量测小组，根据量测的项目与量测任务的不同，可由3～5人组成。量测组负责测点埋设、日常量测、数据处理和仪器的保养维修工作。根据现场量测数据绘制水平相对净空变化，拱顶下沉时态曲线图。（以DK71+978为例）

拱顶下沉量u(mm)—时间（d）关系曲线20y = 5.4042Ln(x) + 4.6654施 工 监 控 量 测 开挖工作面状态评价 监控量测数据处理 否 修改支护参数 稳定性判断 是 施工是否完成 是 结 束 监控量测流程图

否 累计下沉量u(mm)1510500246时间(d)8101214

拱顶下沉速率（v）—时间（d）关系曲线6.005.004.003.002.001.000.000246时间(d)8101214

下沉速率v(mm/d)

收敛值(s)-时间(d)分析图20.0015.0010.005.000.00051015时间（d）20253035y = 3.6284Ln(x) + 4.0524收敛值（mm）

位移速度（v）-时间（d）关系曲线图2.00位移速度（mm/d）1.000.0005101520时间（d）253035

五、量测数据处理和隧道的应用

1、高床岭隧道量测数据由专门量测小组对量测的数据进行了水平相对净空变化，拱顶下沉时态曲线图（图1）所列数值．

2、根据量测结果及《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》的规定可按下表中变形管理等级指导施工．（表2）

变形管理等 表2 管理等级 Ⅲ Ⅱ Ⅰ 管理位移 U0＜Un/3 （Un/3）≤U0≤（2 Un/3） U0＞（2 Un/3） 施工状态 可正常施工 应加强支护 应考虑采取特殊处理 注： U0 表示实测位移值 Un 表示允许位移值 根据高床岭隧道DK71+978进洞12米位置设的一个监控量测位移点例，该断面为Ⅴ级围岩采用I型加强复合型支护，上台阶开挖．根据现场量测的数据看出，收敛变形主要集中在拱部和拱角．由施工量测数据得出，拱顶下沉和水平收敛速度较快，开挖后15天的位移值达到总位移值的80％左右，根据高床岭隧道是典型的浅埋偏压洞，由于地质情况的特殊性地下水较为丰富，进洞为V级围岩，地质是全风化花岗岩，围岩等级太差，在开挖后期就遇到了此类的情况，拱顶位移速度最大达到了5㎜一天，拱顶下沉最大达到18㎜，监控量测表明,隧道开挖监测数据变化动态属稳定状况。可认为围岩基本稳定，可确定二次衬砌的施作时间．通过这些施工的及时调整，保证工程在安全、进度和质量及经济方面都有了一定的提高．施工中应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。隧道施工实践证明，监控量测和综合地质预报相结合，已成功

地指导了各种复杂地质条件下的隧道施工。 六、总结

监控量测工作必须紧跟开挖、支护作业。按设计要求布设监测点，并根据具体情况及时调整或增加量测的内容。量测数据应及时分析处理，并将结果反馈给设计、监理，实现动态设计、动态施工。对高床岭隧道监控量测的实践得出以下几点：

1、量测前必须对量测仪器进行校检，确保量测数据准确无误．

2、测点设置必须牢靠，并妥善保护，避免因施工造成人为破坏，以确保现场量测工作顺利进行．

3、量测数据应及时处理，在地质较差或下沉量较大时，应适当增加量测断面及量测频率，密切监控，特别是在雨天更应加大力度．

4、周边位移和拱顶下沉及地表下沉应设在同一断面上，以使量测数据结果相互对照。

参考文献

1． 客运专线铁路隧道施工技术应用指南；

2． 客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准； 3． 铁路隧道喷锚构筑法技术规范 4． 高床岭隧道施工图。

姓名：陈立宝 性别：男 出生年月：1979年5月 学历：大专 职称：工程师