監(jiān)控量測在隧道施工中的應(yīng)用

摘要：由于隧道工程的特殊性、復(fù)雜性和隧道圍巖的不確定性，對(duì)隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控量測是保證隧道工程質(zhì)量、安全的必不可少的手段。監(jiān)測技術(shù)是近10多年來在我國逐漸涉及的技術(shù)難題。本文以合肥至福州鐵路客運(yùn)專線隧道工程監(jiān)控量測為例，主要介紹了隧道工程監(jiān)控量測項(xiàng)目、監(jiān)控量測斷面及測點(diǎn)布置原則、監(jiān)控量測方法及監(jiān)控量測的實(shí)施，為科學(xué)開展隧道工程監(jiān)控量測提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：隧道施工 監(jiān)控量測 控制方法

1 概述

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，為確保地下工程的安全、質(zhì)量，監(jiān)控量測作為一個(gè)重要的控制手段在我國得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。目前每個(gè)地下工程施工過程必須結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控量測的數(shù)值，及時(shí)進(jìn)行反饋，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，以確保在可控的前提進(jìn)行施工。國內(nèi)外地鐵施工中，因未進(jìn)行監(jiān)控量測或監(jiān)控量測不到位而導(dǎo)致的重大安全施工時(shí)有發(fā)生。如2008年11月15日杭州蕭山湘湖段發(fā)生地鐵施工因監(jiān)控量測不到位，造成大面積塌方，致路面坍塌，正在路面行駛的約11輛車輛陷入深坑，造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失事故。因此，研究地鐵施工監(jiān)控量測的合理方法，確保施工安全和質(zhì)量，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 工程概況

合肥至福州鐵路客運(yùn)專線（閩贛段）Ⅰ標(biāo)線路長14.283正線公里，位于江西省婺源縣溪頭鄉(xiāng)鏡內(nèi)，線路最大縱坡2%，最小縱坡0.4%。本段包括四座隧道，分別五城隧道（出口段）3094延米、方思山隧道2802延米、桃源隧道4471延米、金山頂隧道（進(jìn)口段）2756延米，合計(jì)13131延米。其中Ⅴ級(jí)圍巖928延米（含明洞），Ⅳ級(jí)圍巖1335延米，Ⅲ級(jí)圍巖8597延米，Ⅱ級(jí)圍巖2145延米。

3 監(jiān)控量測項(xiàng)目

監(jiān)控量測項(xiàng)目分為必測項(xiàng)目和選測項(xiàng)目，必測項(xiàng)目是隧道工程應(yīng)進(jìn)行的日常監(jiān)控量測項(xiàng)目。具體監(jiān)控量測項(xiàng)目見表1。

為了滿足隧道設(shè)計(jì)與施工的特殊要求而進(jìn)行的監(jiān)控量測項(xiàng)目即選測項(xiàng)目，具體監(jiān)控量測項(xiàng)目按照表2進(jìn)行選擇。

4 監(jiān)控量測斷面及測點(diǎn)布置原則

4.1 隧道開挖前應(yīng)當(dāng)布設(shè)淺埋隧道地表沉降點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)在同一斷面里程上布置地表沉降測點(diǎn)和隧道內(nèi)測點(diǎn)。一般條件下應(yīng)當(dāng)按照表3的要求布置地表沉降點(diǎn)縱向間距，按照圖1布設(shè)隧道內(nèi)測點(diǎn)。

4.2 地表沉降測點(diǎn)的橫向間距為2～5m，應(yīng)適當(dāng)加密隧道中線附近的測點(diǎn)，隧道中線兩側(cè)的量測范圍不應(yīng)當(dāng)小于Ho+B，應(yīng)適當(dāng)加寬地表有控制性建（構(gòu)）筑物時(shí)量測范圍，其測點(diǎn)布置如圖2所示：

4.3 應(yīng)當(dāng)按照表4的要求布設(shè)監(jiān)控量測斷面，應(yīng)在同一斷面上布置拱頂下沉降點(diǎn)和凈空變化測點(diǎn)。原則上拱頂下沉降點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在拱頂軸線附近，但是當(dāng)隧道跨度較大時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合施工方法在拱部增設(shè)測點(diǎn)，參照圖3布置。

5 監(jiān)控量測方法

5.1 洞內(nèi)、外觀察

①在施工過程中應(yīng)當(dāng)進(jìn)行洞內(nèi)、洞外觀察。洞內(nèi)觀察可以分開挖工作面觀察和已施工地段觀察兩個(gè)部分。

②洞口段和洞身淺埋段是洞外觀察的重點(diǎn)，除了主要記錄地表變形、地表開裂、邊坡及仰坡穩(wěn)定狀態(tài)、地表水滲漏情況等，同時(shí)還應(yīng)觀察地面建（構(gòu)）筑物。

③每次開挖后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行開挖工作面觀察并且及時(shí)繪制開挖工作面地質(zhì)素描圖、數(shù)碼成像，填寫開挖工作面地質(zhì)狀況記錄表，并與勘查資料進(jìn)行對(duì)比。已施工地段觀察，應(yīng)記錄噴射混凝土、錨桿、鋼架變形和二次襯砌等的工作狀態(tài)。

5.2 變形監(jiān)控量測

①目前隧道凈空變化量測可采用接觸量測和非接觸量測兩種方法，其中接觸量測主要用收斂計(jì)進(jìn)行量測，非接觸量測則主要用全站儀進(jìn)行。

②用收斂計(jì)進(jìn)行隧道凈空變化量測方法相對(duì)比較簡單，即通過布設(shè)于洞室周邊上兩固定點(diǎn)，每次測出兩點(diǎn)的凈長L，求出兩次量測的增量（或減量）△L，即為此處凈空變化值。讀數(shù)時(shí)應(yīng)該讀三次，然后取其平均值。

③用全站儀進(jìn)行隧道凈空變化量測方法包括自由設(shè)站和固定設(shè)站兩種。與傳統(tǒng)的接觸量測的主要區(qū)別在于，非接觸量測的測點(diǎn)采用一種膜片式回復(fù)反射器作為測點(diǎn)靶標(biāo)，以取代價(jià)格昂貴的圓棱鏡反射器。通過對(duì)比不同時(shí)刻測點(diǎn)的三維坐標(biāo)[x（t），y（t），z（t）]，可獲得該測點(diǎn)在該時(shí)段的三維位移變化量（相對(duì)于某一初始狀態(tài)）。與傳統(tǒng)接觸式監(jiān)控量測方法相比，該方法能夠獲取測點(diǎn)更全面的三維位移數(shù)據(jù)，有利于結(jié)合現(xiàn)行的數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行監(jiān)控量測信息的反饋，同時(shí)具有快速、省力、數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。

④拱頂下沉量測和位移變化量測都是隧道監(jiān)控量測的必測項(xiàng)目，都能夠反映圍巖和初期支護(hù)的工作狀態(tài)。拱頂下沉監(jiān)控量測測點(diǎn)的埋設(shè)，一般在隧道拱頂軸線處設(shè)1個(gè)帶鉤的測樁（為了保證量測精度，常常在左右各增加一個(gè)測點(diǎn)，即埋設(shè)三個(gè)測點(diǎn)），吊掛銦鋼掛尺，用精密水準(zhǔn)儀量測隧道拱頂絕對(duì)下沉量。測點(diǎn)的大小一定要適中，測點(diǎn)過小的話測量時(shí)就不容易找到，而測點(diǎn)過大的話爆破時(shí)測點(diǎn)容易受到破壞。為了保證數(shù)據(jù)不中斷，在施工支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)一定要主要保護(hù)測點(diǎn)，一旦發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)被埋就要重新設(shè)置測點(diǎn)。拱頂下沉量測示意圖如圖4。拱頂下沉量的確定比較簡單，即通過測點(diǎn)不同時(shí)刻相對(duì)標(biāo)高h(yuǎn)，求出兩次量測的差值△h，即為該點(diǎn)的下沉值。讀數(shù)時(shí)應(yīng)該讀三次，然后取其平均值。

⑤一般采用水準(zhǔn)儀和銦鋼尺測量地表下沉量測，其量測的精度一般為±1mm，量測的結(jié)果能夠反映淺埋隧道開挖過程中地表變形的全過程。地表下沉量測方法和拱頂下沉量測方法相似，即通過測點(diǎn)不同時(shí)刻標(biāo)高h(yuǎn)，求出兩次量測的差值△h，即為該點(diǎn)的下沉值。

一般采用精密水準(zhǔn)儀和銦鋼尺進(jìn)行地表下沉量的測量，其測量的精度一般為±1mm，其測量的結(jié)果能夠反映淺埋隧道開挖過程中地表變形的全過程。

6 監(jiān)控量測的實(shí)施

6.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集用全站儀進(jìn)行，首先根據(jù)隧道挖掘的方法：全斷面開挖法和二次臺(tái)階法來確定埋點(diǎn)個(gè)數(shù)，全斷面開挖法要在斷面上埋設(shè)7個(gè)點(diǎn)，二次臺(tái)階法則需要埋設(shè)三個(gè)點(diǎn)，然后再埋設(shè)得點(diǎn)位上貼上反光貼片，采集數(shù)據(jù)時(shí)則需要將儀器架好然后將激光點(diǎn)打在反光貼片的正中心點(diǎn)上，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，每次數(shù)據(jù)采集完成后要及時(shí)將數(shù)據(jù)導(dǎo)出、處理。

6.2 數(shù)據(jù)處理

對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入excel，構(gòu)成無接觸式收斂的圖表。見表5和圖5。

7 結(jié)語

監(jiān)控量測作為一種施工過程中的控制手段，目前越來越廣泛被應(yīng)用于各類工程之中，在今后的施工中監(jiān)控量測將會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用。特別是在地下結(jié)構(gòu)工程中監(jiān)控量測作為一種通過數(shù)據(jù)分析工程實(shí)體，控制施工過程的有效方法，通過數(shù)據(jù)的分析動(dòng)態(tài)對(duì)各種支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保施工安全，保證工程實(shí)體在成本可控的前提下保質(zhì)、保量完成施工任務(wù)。因此，在今后的施工中，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的點(diǎn)位、頻率，進(jìn)行監(jiān)測，把好施工的每一關(guān)，從而保證整個(gè)項(xiàng)目安全，做到萬無一失。

參考文獻(xiàn)：

[1]田迎華，張旭.隧道施工生產(chǎn)安全網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)系統(tǒng)的技術(shù)研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2010（05）.

TIAN Ying-hua，ZHANG Xu.Study on network platform system technology of work safety in tunnel construction[J]. Journal of Safety Science and Technology，2010（05）.

[2]高令發(fā).桐子窩隧道監(jiān)控量測技術(shù)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2005（08）.

GAO lingfa.Tongziwo Tunnel monitoring and measurement techniques [J].Railway Standard Design，2005（08）.

[3]李德宏.連拱隧道施工監(jiān)測與分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2003（01）.

LI dehong.Construction monitoring of multi-arch tunnel and its result analysis [J].Modern Tunnelling Technology， 2003（01）.

[4]張英富.馬鞍山隧道監(jiān)控量測技術(shù)研究[J].土工基礎(chǔ)，2010（02）.

MA yingfu.Research on Monitor and Measure Technology of Maanshan Tunnel[J].Soil Engineering and Foundation，2010（02）.

[5]樊宇，王義海. 南村隧道監(jiān)控量測方法[J].市政技術(shù)，2011（03）.

FAN yu，WANG yihai. The Monitoring and Control Method for Nancun Tunneling[J].Municipal Engineering Technology， 2011（03）.

[6]侯希承.渝懷鐵路黃草隧道變形測試及分析[J].鐵道建筑技術(shù)，2005（04）.

HOU xicheng. Deformation test and analysis of Huangcao Tunnel on Yuhuai Railway[J].Railway Constru-

ction Technology，2005（04）.

[7]秦之富，唐健.高速公路隧道監(jiān)控量測及應(yīng)用[J].公路交通技術(shù)，2006（02）.

QIN zhifu，TANG jian. Monitoring and Measurement of Expressway Tunnel and Its Application[J].Techn-

ology of Highway and Transport，2006（02）.

[8]曲海鋒，劉豐軍，葉飛.淺埋偏壓連拱隧道監(jiān)控量測特征分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2007（01）.

QU haifeng，LIU fengjun，YE fei.Features of monitoring for a doubl-

earch shallow tunnel sustained uns-

ymmetrical pres-sure[J].Chinese Jou-

rnal Rock Mechanics and Engineer-

ing，2007（01）.

[9]李宗長，陳永亮.淺埋偏壓隧道小導(dǎo)洞出洞施工與監(jiān)控量測技術(shù)[J].施工技術(shù)，2009（S2）.

LI zongchang，CHEN yongliang.Monitoring and Measureme-

nt Technology of the Emergence of Shallow Buried Unsysm-

metrical Loaded Small Guide Hole [J].Construction Technology，2009（S2）.

[10]李曉紅，康勇，顧義磊，唐伯明，楊君，胡世斌.監(jiān)控量測技術(shù)在通渝隧道出口段中的應(yīng)用[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003（09）.

LI Xiao hong ，KANG Yong，GU Yi lei，TANG Bo ming，YANG Jun，HU Shi bing.Applications of Monitoring Measurem-

ent Technology in Tongyu Tunnel[J].Journal of Chongqing University（Natural Science Edition），2003（09）.

[11]劉小連，朱清航，王震，尚文濤. 巖溶區(qū)特長隧道施工監(jiān)控量測及分析[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（S1）.

LIU Xiao-lian，HU Qing-hang，WANG Zhen，SHANG Wen-tao.Site Monitoring and Analysis of Construction of Super Long Tunnels in Karsts Areas[J].Journal of Chongqing University（Natural Science Edition），2008（S1）.

作者簡介：白?。?966-），男，江蘇泰興人，本科，實(shí)驗(yàn)工程師，主要研究方向：測量技術(shù)。