隧道监控量测总结

京沪高速铁路隧道监控量测总结

王洪义 赵国超 程安文

（中国水电集团京沪高铁三标段三工区七局）

摘 要:目前铁路隧道的设计理念是：安全、环保，尽可能少的破坏原始地貌，隧道一般遵循“早进晚出”，所以隧道的进口和出口埋深都比较浅。为保证工程的安全进行，质量可靠，监控量测是施工中重要的一个工作。本文阐述了京沪高速铁路三标段金牛山隧道监控量测的施测方法，掌握围岩动态和支护工作状态，综合分析监控量测，从而及时调整隧道的支护方案，保证围岩稳定和施工安全。 关键词:监控量测、拱顶沉降、水平收敛、地表沉降、全站仪、电子水准仪、非接触测量

1 工程概况

金牛山隧道位于山东省泰安市境内，隧道长为1905m，隧道内为3‰和12‰的上坡。隧道开挖半径为7.48m、净空高为11.91m，处于丘陵缓坡地带，地形起伏较大，围岩大部分为Ⅳ、Ⅴ类弱风化围岩。隧道进口的最小埋深只有2.1m，由于隧道的进口和出口埋深较浅，所以在进口和出口45m施工范围内采用双侧壁导坑法施工。在隧道中部跨京福高速公路段，埋深只有9.28m，车流量大。为保障高速公路安全畅通，对隧道下穿高速公路段的洞内和地表进行加密监控量测。

2 监控量测的目的

由于金牛山隧道埋深很浅，为保证施工安全及结构的长期稳定性，监控量测工作非常必要。在隧道施工过程中，用现场量测的数据对围岩支护体系的稳定状态进行检测，确认支护参数和施工方法的准确性，为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供依据，验证支护结构效果。监控工程对周围环境的影响，积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据，是确保施工及运营安全、指导施工程序、便利施工管理的重要手段，监控量测是施工过程中必不可少的施工工序。通过量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点，为今后类似工程或工法本身发展提供借鉴、依据和指导作用。

3 监控量测的项目

（1）洞内观察

（2）水平相对净空变化值的量测 （3）拱顶下沉量测 （4）地表下沉量测

4 量测断面间距和量测频率

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（1）根据设计图纸确定拱顶下沉及周边收敛间距如下表

围岩级别 Ⅴ（浅埋） Ⅴ（深埋） Ⅳ（浅埋） Ⅳ（深埋） Ⅲ Ⅱ 量测断面间距（m） 5 10 10~15 20~30 50 80 （2）根据设计图纸确定拱顶下沉及周边收敛量测频率如下表 变形速度（mm／d） ≥5 1~5 0.5~1 0.2~0.5 ＜0.2 量测断面距开挖面距离（m） （0~1）B （1~2）B （1~2）B （2~5）B ＞5B 量测频率 1~2次／天 1次／天 1次／2天 1次／2天 1次／1周 注：B表示隧道开挖宽度，d表示天 （3）地表下沉量测断面间距如下表 埋置深度H H＞2B B＜H＜2B H＜B 注：B表示隧道开挖宽度 量测断面间距（m） 20~50 10~20 10 5 监控量测的方法和实施情况

5.1、洞内监控量测的实施

5.1.1监测点的布置

根据相关图纸和相关技术要求，隧道有以下三种开挖方式，根据开挖方式的不同，有三种测点布置方式，其示意图如下：

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为能对围岩及支护结构的性态作较全面的分析，并且获得完整数据，同时又使各项数据间能相互比较、相互验证，因此，地表监测点与洞内拱顶沉降点及水平净空收敛点均布置在同一断面上。

5.1.2监测仪器的选用

由于洞内监测有两项工作内容，根据工作内容的不同，仪器选用情况如下：

水平净空收敛：水平净空收敛采用中铁西南科学研究院生产的SWJ-IV隧道收敛仪，最小读数0.01mm。

拱顶沉降：拱顶沉降采用DNA03水准仪和徕卡TCA2003全站仪进行非接触测量，DNA03水准仪的标称精度为0.3mm/Km,TCA2003全站仪的标称精度：测角0.5″，测距±（1mm+1ppm）。 5.1.3、监控量测的方法和实施

水平净空收敛实测步骤：根据设计要求随时掌握岩石的变化情况，测点安装应靠近开挖面又不宜被破坏的地方，并且保证在开挖后12小时（最迟不超过24小时）内埋设，且在下一次循环开挖前量测到初次读数，初期观测为每天两次，如岩石没有异常变化按照4.2表中量测频率进行观测。监测点的钢筋根部应深入岩石并灌入水泥砂浆使其牢固。量测方法：每个监测断面两次挂尺，第一次量测完成后，记录量测数据，然后交换尺头再次量测，两次量测结果误差在0.5mm内取平均数作为水平净空量测结果。

洞内拱顶沉降监测实测步骤：首先在隧道的仰拱埋设水准点，按照《二等水准测量规范》联测

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水准点的绝对高程（此点坐标也可作为隧道内日常测量施工放样使用）。拱顶监测点位置和埋设时间同水平收敛点相同，埋设方法同水平收敛点一样要把钢筋插入岩石内使其牢固，在钢筋外露部分焊接5㎝×5cm的铁片，然后在铁片上贴测量专用反光片。在后视水准点上架设徕卡仪器自带的金属三角架，固定1.3M作为后视标高，仪器架设在水准点和反光片中间适当的位置，不必量取后视标高和仪器高，这样可消除因量取仪器高和后视标高带来的误差。然后使用全站仪测量水准点到反光片的高差，正、倒镜测量3个测回，每测回高差值比较不超过0.5mm，取平均数作为拱顶下沉量测数据结果。

示意图如下：

洞内水平净空收敛的精度分析：收敛仪钢尺受温度影响较小，隧道内温度基本稳定，初次量测温度和日常量测时温度基本一致，不必考虑温度改正。收敛仪的最小读数为0.01mm，量测结果的取值也为0.01mm，能够反映围岩的细微变化，满足精度要求。

洞内沉降监测精度分析：

此公式为光电测距三角高程测量（单向观测）的高差精度估算公式，

其中：如水平距离取值30米，仪器观测测点天顶距取值70°。仪器观测后视棱镜天顶距取值90°。斜距取值32米，地球曲率半径取值6369000米，大气折光系统测量误差忽略不计，未考虑仪器高测定误差及棱镜高测定误差。光电测距边边长中误差及垂直角测角中误差均采用仪器标称精度。计算得此高差精度值为±0.34mm。完全可以满足观测 要求。

5.2 洞外监控量测的实施

5.2.1监测点的布置

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地表上沿隧道轴线布置的监测点与洞内拱顶沉降及水平收敛点布置在同一断面内，用现浇混凝土方式埋设，沿隧道纵断面断面间距按4.3表执行。横断面地表监测点间距取3～5M，在同一量测断面内取7～11个监测点。另外，根据相关图纸和相关技术要求，我们在金牛山隧道跨京沪和京福公路段地表布设了水准观测点，用于对地表沉降进行观测，其示意图如下：

5.2.2监测仪器的选用

采用徕卡DNA03电子水准仪，仪器标称精度：0.3mm∕㎞。 5.2.3监控量测的方法和实施

首先沿隧道轴线方向每隔100～150M埋设一个水准工作基点构成水准网，工作基点埋设在稳定的基岩面上并与隧道开挖线保持一定距离，以免受隧道施工影响工作基点的稳定，采用现浇混凝土方式埋设，工作基点按照《二等水准测量规范》联测。对每个断面上的监测点也按照《二等水准测量规范》进行观测，依次对每条断面上的监测点进行闭合或符合水准路线测量。地表下沉量测应在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直至衬砌结构封闭，下沉基本停止时为止。 5.2.4、隧道下穿高速公路量测断面间距和量测频率

为保证高速公路的安全运行，按照设计要求应加密隧道下穿高速公路段的监测断面的间距和观测频率，洞内和地表监测点应布置同一断面内，纵向间距为5M，横断面监测点间距3M，为随时掌握路面下沉情况，地表及洞内拱顶沉降观测频率为2次∕天，分别为凌晨和晚上，特殊情况下加密观测频率。

5.3工作基点网的建立和检测

在监控量测地表区域附近布设3个水准基点为一组，基准点布设在稳定的基岩面上，均采用现浇混凝土的方式埋设，为保证基准点不受隧道开挖的影响，基准点都布设在爆破振动安全允许距离外，以保证基准点的稳定性。工作基点网和监测点距离适中，通视条件好，网形适宜。工作基点按闭合水准网测量，等级按《二等测量规范》执行，每3个月复测一次，检测出现异常时必须先复查工作基点，特殊情况加密复测频率。

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6 量测数据的整理、分析

6.1现场量测数据及时整理，绘制量测数据与时间的关系曲线，并进行数据处理和回归分析。 6.2以位移-时间曲线为基础，根据位移值、位移速率等分析、评定围岩和支护的稳定性。判别初期支护的工作状态，支护特点并对初期支护进行安全评估。

6.3当位移急剧增加，每天的相对净空变化超过1mm时或位移-时间曲线出现反弯点时，应加强观测，通知现场施工密切注意支护结构的变化。

6.4当地表沉降、水平净空收敛、拱顶下沉量达到预测最终值的80%～90%，收敛速度小于0.1～0.2mm／天，拱顶下沉速率小于0.07～0.15mm／天时，可认为围岩基本稳定进行下一道工序施工。

6.5在同一断面上，当地表下沉量大而洞内拱顶和水平净空收敛值没有异常变化时，要进行现场观察和分析是否地表有局部滑坡并将数据和情况及时上报。

6.6及时提交成果资料和上报监测数据，在观测期内，位移值超过设计值的20%及以上时，应及时会同建设、勘察设计等单位查明原因，必要时进行地质复查，并根据实测结果调整计算参数，对设计预测位移进行修正或采取控制措施。

6.7通过以上综合分析、评价及时修正设计、调整支护参数，对施工及时提供建议和措施。 6.8拱顶下沉和水平净空收敛成果表如下图：

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7 结束语

由于隧道工程的特殊、复杂性和隧道围岩的不确定性，对隧道围岩及支护结构进行监控量测是保证隧道工程质量、安全必不可少的手段。在金牛山隧道施工中，通过对隧道施工现场量测数据获得围岩动态及得到沉降最终值，通过分析监控变形趋势来确定下一道施工工序时间，确保施工安全。尤其是在隧道下穿高速公路段埋深浅，而且高速公路车流量多，吨位大，为确保高速公路不受影响，正常运行，防止发生坍塌，我们增加了监测点的密度和观测频率，随时掌握隧道内部和路面的位移变化，隧道下穿高速公路的顺利通过提供安全保障。另外，在洞内进行拱顶沉降观测利用全站仪进行非接触测量，测量速度快，受施工干扰少。全站仪所观测的三维坐标，也可代替水平净空收敛，同样能在地下厂房、大基坑开挖、高边坡施工等进行监控量测。

参 考 文 献

【1】《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》（铁建设[2006]1号）； 【2】《铁路隧道监控量测技术规程》（铁建设[2007]138号）；

【3】《客运专线无碴轨道铁路铺设条件评估技术指南》（铁建设[2006]158号）； 【4】《精密工程测量规范》（GB/T 15314-94）；

【5】《京沪高速铁路精密工程控制测量及线下工程变形监测可行性研究》； 【6】《国家三角测量规范》GB/T 17942-2000； 【7】《国家一、二等水准测量规范 》 GB 127-91； 【8】《工程测量规范》（GB0026－93）；

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