東馬各莊隧道施工的遠(yuǎn)程監(jiān)測

李 飛 馮俊輝

（河北大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 保定 071002）

0 引言

我國監(jiān)測技術(shù)和方法還處于發(fā)展階段，對(duì)施工監(jiān)測和信息反饋的研究還不是很多。傳統(tǒng)的電信號(hào)類傳感器受工作原理的限制，存在分布式自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集裝置的通訊距離短，電源不易解決，耗損大，絕緣要求高，抗電磁能力弱，不耐腐蝕等缺點(diǎn)。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和認(rèn)識(shí)水平的提高，工程建設(shè)的客觀要求提高，必定會(huì)推動(dòng)監(jiān)測技術(shù)的不斷進(jìn)步和提高。因此，如何及時(shí)、快速地獲取各類信息，如何綜合分析信息以及如何快速地把監(jiān)測信息反饋給有關(guān)方，如何使信息得到切實(shí)有效的應(yīng)用，是目前隧道施工和監(jiān)測研究亟需解決的問題。

1 隧道圍巖狀態(tài)的概述及其布置監(jiān)測

張涿高速公路位于河北省西北部、北京市西部，局部地段位于兩行政區(qū)的接合部位。設(shè)計(jì)路線從北莊村東南至馬各莊東北為東馬各莊隧道，隧道右線從YK83+164～YK84+381，全長1217.0m，左線從ZK83+157～ZK84+370，全長1213.0m，隧道設(shè)計(jì)采用分離式洞室，相鄰兩側(cè)軸間距約25.0～35.0m，設(shè)計(jì)隧道采用雙車道，隧道凈寬12.75m，高 5.0m，設(shè)計(jì)標(biāo)高左線 380.36～361.10m，右線 380.23～360.69m，設(shè)計(jì)車速100km/h。取左線ZK84+323斷面為計(jì)算斷面，屬Ⅳ級(jí)圍巖，隧道埋深24m，模型的水平寬度右側(cè)取兩隧道中線，左側(cè)為隧道開挖跨度的3倍，隧道下的距離為隧道高度的一倍，上部按實(shí)際地形尺寸。計(jì)算模型的計(jì)算參數(shù)根據(jù)馬各莊隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)性質(zhì)并結(jié)合規(guī)范加以選取：

隧道圍巖：彈性模量為3GPa，泊松比為0.3，密度為24.5kN/m3，內(nèi)粘聚力0.5MPa，內(nèi)摩擦角39°；襯砌單元：彈性模量為27.5GPa，泊松比為0.2，密度為25kN/m3；錨桿：彈性模量為 200GPa，泊松比為0.3，密度為79.6kN/m3；

確定典型斷面后，與隧道圍巖頂端3米出設(shè)置位移傳感器一只，應(yīng)變式土壓力計(jì)1只，放置在位移傳感器旁邊，與巖體接觸，量程1MPa。采用先進(jìn)的光纖傳感技術(shù)[1-2]對(duì)隧道典型剖面進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測，主要監(jiān)測圍巖的變形、壓力等變化。采用GPRS無線傳輸[3-4]。

用戶通過INTERNET網(wǎng)絡(luò)與中心端相連，中心端是一個(gè)有固定IP的服務(wù)器，安裝了中心端軟件與多個(gè)MD609相連。

2 隧道實(shí)時(shí)在線監(jiān)測位移分析

隧道監(jiān)測位移如下表1所示：

表1 斷面測點(diǎn)處X和Y方向位移

通過對(duì)斷面檢測點(diǎn)即頂端圍巖位移進(jìn)行研究，對(duì)于本隧道拱頂下沉實(shí)測數(shù)據(jù)系列，指數(shù)函數(shù)與之具有較好的擬合性，故本隧道拱頂下沉實(shí)測數(shù)據(jù)回歸分析采用指數(shù)函數(shù)作為回歸方程[6]。

對(duì)于測點(diǎn)處 X方向位移實(shí)測數(shù)據(jù)，所用回歸函數(shù)

圖1 ZK84+323斷面 測點(diǎn)處x方向位移的回歸曲線圖

圖2 K84+323斷面 測點(diǎn)處y方向位移的回歸曲線圖

3 結(jié)論

本文在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)東馬各莊隧道工程提供的有關(guān)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測等，對(duì)隧道進(jìn)行監(jiān)測分析。采用光纖傳感技術(shù)對(duì)典型斷面實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測。通過檢測圍巖的變形、壓力等變化，根據(jù)隧道施工量測的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來監(jiān)控隧道的施工情況，綜合評(píng)定圍巖的穩(wěn)定情況。通過對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測資料的整理分析對(duì)比，根據(jù)對(duì)隧道施工過程中現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)整理以及回歸分析，得到了本隧道拱頂X方向位移實(shí)測數(shù)據(jù)，所用回歸函數(shù)y（x）＝A＋Bx＋Cx2＋Dx3，Y 向位移實(shí)測數(shù)據(jù)，所用回歸函數(shù) y（x）＝y(tǒng)0＋AeR0x有較好的擬合性。

［1］田石柱，趙雪峰，歐進(jìn)萍，周智.結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測用光纖Bragg光柵溫度補(bǔ)償研究[J].傳感器技術(shù)，2002，2(4):8-10.

［2］姜德生，梁磊，南秋明.光纖Bragg光柵傳感特性的實(shí)驗(yàn)研究[J].傳感器技術(shù)，2003，22(7)：7-9.

［3］劉泉聲，徐光苗，張志凌.光纖測量技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23(2)：310-314.

［4］T.Kimura,RJ.Mair.Centrifugal testing of model tunnels in soft clay[J].Proc 10th International Conference on Soil,Soil Mechanics& Foundatio Engineering,Stockholm,Balkema,1981.

［5］周劍平.Origin 實(shí)用教程（7.5 版）[M].西安交通大學(xué)出版社，2007，6.