鐵路隧道拱頂下沉監測及數據分析

[摘要]：隧道監控量測在整個鐵路隧道施工具有重要作用。文章以新歌樂山隧道拱頂下沉地表沉降監測項目為例，闡述了測樁點的布設、現場監測方法、數據獲取與處理，并對數據做出合理判斷分析和有益探討，對實際生產工作具有一定指導意義。

[關鍵詞]：鐵路隧道施工 監控量測 地表沉降 數據分析

Monitoring Measurement of Crown Settlement and Data Analysis

to Railway Tunnel

Chongqing vocational institute of engineering school of Geological surveying and mapping engineering， Chongqing，400037，China

Abstract： Tunnel monitoring plays an important role in the construction of the railway tunnel. Taking the new Gele Mountain tunnel crown settlement monitoring project as an example， Describes the layout measuring pile points， monitoring methods， data acquisition and processing and make reasonable judgments and useful discussion to data analysis. There is certain significance to the actual production work.

Key words： railway tunnel construction； monitoring measurement； crown settlement； data analysis.

0引言

隧道監控量測貫穿于整個隧道施工過程中，是一項非常重要的工作。監測的目的主要包括：保證施工安全；預測施工引起的地表變形；驗證支護結構設計，指導施工；總結工程經驗，提高設計、施工技術水平。

隧道拱頂下沉是隧道工程應進行的日常監控量測的必測項目。本文以新歌樂山隧道地表沉降為例，闡述了監測項目現場操作具體過程、數據獲取及處理方法。

1.新歌樂山隧道工程概況

新歌樂山隧道屬新建蘭渝鐵路引入重慶樞紐工程，位于既有渝懷線歌樂山隧道左側約25～50m，設計時速120km/h。隧道進口里程K1106+280，出口里程K1108+547，全長2267m。隧道進出口為淺埋段，洞頂覆蓋層僅4～8m，出口洞頂及周邊有大量民房，且下穿公路，出口段約300m采用非爆破法開挖。不良地質有巖溶、煤窯采空區、富水軟弱圍巖，特殊巖土為鹽溶角礫巖及石膏。施工難度極大，安全風險高，為極高風險隧道，如圖1所示。

圖1 新歌樂山隧道現場圖 圖2拱頂下沉點布置示意圖

2.拱頂下沉crown settlement

隨著隧道開挖，在圍巖自重、爆破震動等因素影響下，隧道拱頂絕對高程降低稱為拱頂下沉。拱頂下沉量測屬位移量測，對于特殊地質段地層和淺埋段地層，此項量測比收斂值量測更為重要，其量測數據是判斷支護效果，指導施工工序，保證施工質量和安全的最基本的資料。

3.監控量測方案設計

監控量測貫穿在整個施工過程中，必須在隧道施工做好方案設計，在施工開始后根據現場情況做出細微調整。新歌樂山隧道的設計是由中鐵第二設計院完成，嚴格按照工程測量規范（GB/5026-2007）、鐵路隧道工程施工技術指南（TZ204-2008）和鐵路隧道監控量測技術規程（TB10121-2007）等國家標準前提下制定了詳細方案。

3.1測點布設

拱頂下沉僅需隧道中線頂端絕對高程的變化量，一般而言，拱頂下沉監測可與周邊位移監測同時進行。因此，按照斷面間距10m布設監控點，并將拱頂監測點布設成掛鉤、反光貼片，如圖2中G點所示。

3.2儀器選擇檢校

3.3監測周期

選測項目監控量測頻率應根據設計和施工要求以及必測項目反饋信息的結果確定，結合該隧道工程具體情況及以往經驗，設計位移速度預計為1～5mmm/d，監控量測頻率為1次/d。

3.4施測方法

拱頂下沉監測可用水準聯測和電磁波三角高程方法得到觀測點的高程變化。根據現場實地情況，選取兩個穩定且隧道的安全施工無影響的拱腰點為高程基點。拱頂下沉值取每次周邊位移監測左右腰線高差平均值的下沉量。因此，在周邊位移監測同時記錄下左右斜線高差（三角高程原理）。前后兩監測周期對比即可直接反應出拱頂下沉值，省去大量重復工作，提高工作效率。

4.新歌樂山隧道地面沉降數據分析

該隧道施工技術成熟，都為Ⅴ級圍巖，狀況理想，監測結果主要采取Excel圖表法進行分析預測。具體數據處理過程：野外原始數據錄入相應表格；用編輯好的公式自動計算各圖表需求數據（變化速度、累計量等）；選擇數據按照不同方式自動生成圖表（變化速度圖、累計量圖等）。

4.1地表下沉監測處理結果

本文僅選擇進口端K1106+280與出洞端K1108+547兩處局部時間段拱頂下沉監測斷面進行數據分析，進洞端K1106+280監測時間，起于4月27日止于5月5日；出洞端K1108+547監測時間起于4月27日，止于5月8日；監測頻率均為1次/天。監測斷面監測數據變化趨勢如所示，正值表示拱頂下沉，負值表示拱頂上升。

圖3 進口端K1106+280量測斷面拱頂下沉時態曲線

圖4 出口端K1108+547量測斷面拱頂下沉時態曲線

4.2監控量測結果總結分析

從拱頂下沉時態曲線可看出：

（1）新歌樂山隧道拱頂下沉值在鐵路隧道監控量測技術規程（TB10121-2007）允許范圍內，進口端拱頂下沉在4mm左右，出口端兩端面都在1mm左右。

（2）拱頂下沉速率在監測斷面開挖初期較大，當隧道開挖面漸漸遠離監測面后，前方隧道開挖對后方已支護斷面影響較小，拱頂沉降下沉速率逐步減小并最終趨于穩定。

（3）拱頂下沉監測數據采用對數回歸分析，該方法有效避免因監測儀器精度過低，圖表上下波動過大。從圖表可以看出相同沉降時間，出口端兩斷面在觀測期間累計沉降值分別都為1mm，進口端斷面沉降值為4mm，對比可以清晰得到出口端圍巖比進口端圍巖更穩定，這與工程項目實際情況吻合（進口端Ⅳ級圍巖，出口端Ⅴ級圍巖）；進口端K1106+280量測斷面在后續5月7號和8號連續兩天下沉量比較大，后續監測中做特別關注，并查看各監測點有未受破壞。通觀監測數據和圖表，隧道情況總體正常，施工方案可行，對安全施工沒影響。

5.結論

綜上所述，新歌樂山隧道施工方法對隧道圍巖影響較小，已完成的初期支護的作用和效果較明顯，隧道結構穩定。隧道監控量測對整個隧道施工非常重要，只有根據現場實際情況，采取切實可行的施工技術，運用合理的監測手段，科學分析數據，是能夠克服施工難度，安全、穩定、順利的完成隧道施工。

參考文獻

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作者簡介：李建（1979.07-），男，四川省內江市人，講師，2011年畢業于成都理工大學地圖學與地理信息系統專業，獲理學碩士學位。主要從事工程測量、地籍測量技術、3S集成技術應用的教學與技術設計管理工作。