信息化監控量測在大斷面黃土隧道施工中的應用

吳國君

(中國中鐵一局集團第五工程有限公司，陜西 寶雞721000)

1 工程概況

三元隧道位于甘肅省定西市通渭縣。三元隧道地處黃土高原溝壑、梁峁區，地面高程一般為2040～2250 m，區內黃土梁峁起伏，溝壑縱橫，自然坡度約20° ～45°之間，隧道頂部溝谷深切多呈“V”字型，山坡上多為風積黃土覆蓋，溝心局部基巖裸露，梁頂植被覆蓋較差。隧道起訖里程為DK884 +845 ～DK889 +640，全長4795 m，雙線隧道，最大埋深約157 m，最小埋深越約8 m。洞身DK888 +520.302 ～DK889 +628.039 段位于半徑為R－10004.6 m 的曲線上，其余段落位于直線上。洞身縱坡為18.5‰/4795 m 的單面上坡。隧道進口端上跨何家坡村西北側鄉村公路;出口端下穿天逸公路，且鄰近通渭縣馬營鎮，交通較為便利。

2 地層巖性

隧道洞身通過的地層主要為第四系上更新統風積砂(黏)質黃土、沖積礫砂，第三系上、中新統泥巖，華力西期花崗巖及壓碎巖。該隧道位于隴西系內旋褶內。工點范圍內受區域地質構造作用影響，發育有斷層，華力西晚期與上第三系泥巖呈斷層接觸，地質構造教發育。斷層:為逆斷層，斷層產狀:N70°/86°S，斷層上、下盤分別為上第三系泥巖、華力西期花崗巖，斷層寬度約425 m，斷層物質以壓碎巖為主。受斷層影響，斷層兩側巖體較破碎。隧道洞身在DK885 +020 ～+445 附近斜交該斷層。

3 信息化監控量測的目的

(1)通過信息化監控量測，及時了解和掌握隧道圍巖的動態信息，如隧道圍巖受力和變形狀態等，以判斷襯砌結構和圍巖是否穩定和安全，進行信息反饋及預測預報，優化施工組織設計，以指導現場安全施工，確定不同地質條件下合理的開挖方法、支護方式、支護時間，為變更設計，修改支護參數，指導施工第一時間提供直接信息。

(2)通過監控量測數據，反驗證預設計和動態設計水平，檢查施工質量，總結經驗，積累資料，促進隧道建設水平的提高和施工技術的不斷發展。

4 測點和測線布設原則

(1)三元隧道進出口地表沉降測點應在隧道開挖前布設。地表沉降測點和隧道內測點應布置在同一斷面里程，地表沉降測點橫向間距2 ～5 m，在隧道中線附近測點應適當加密，隧道兩側量測范圍不小于H0 +B。

(2)周邊位移量測每個斷面布置約5 個測點。拱頂下沉量測點布置在拱頂上。量測斷面間距根據圍巖等級和應力變化情況設置(見圖1)。

圖1 監測布點圖

5 信息化監控量測操作原理

(1)三角布點處用Φ16 螺紋鋼筋一端用砂漿錨入圍巖50 cm 以上，另一端焊接一塊長寬厚為20 ×20 ×5 mm 的鋼板。

(2)在鋼板上貼十字心反射膜片。

(3)全站儀紅外線導向，每次量測沉降和收斂時，將鏡頭的十字心對準反射膜片的十字心進行量測。

(4)全站儀在量測過程中，和藍牙數據庫連接，量測的同時，藍牙數據庫傳輸量測數據到量測人員手機軟件中，軟件自動生成(不可更改數據)時間－位移曲線。與此同時，手機軟件將該回歸分析圖及時傳輸到各級領導手機中，各級領導第一時間掌握隧道各掌子面圍巖動態變化情況。

圖2 時間－位移圖

5 安全數據等級

(1)根據位移變化速率判斷圍巖狀況變形基本穩定應符合下列條件:隧道周邊變形速度有明顯變緩趨勢;拱腳水平相對凈空變化速度小于0.2 mm/d，拱頂相對下沉速度小于0.15 mm/d。

(2)根據量測結果及《鐵路隧道噴錨構筑法技術規范》的有關規定，可按“變形管理等級”指導施工。

該方法確保了現場采集數據的真實性和信息反饋的及時性。為及時應對各種突發地質災害爭取了時間，該方法在寶蘭隧道施工中得到了廣泛的應用。尤其是三元隧道進出口淺埋特殊地質施工段得以成功應用。

6 信息化監控量測在施工中的應用

三元隧道地質結構復雜，進出口地質為濕陷性黃土，開挖后，該段地質沉降量很大，設計最大沉降量15 cm，實際最大沉降量達30 cm。三元進口DK885 +290 ～DK885 +260 共計30 m，按設計預留圍巖沉落量，出現初支局部侵限凈空最大達10 cm，由于在現場施工中采用了信息化監控量測，及時監測到該變化的存在，施工現場及時進行了初支護更換拱架，保證了該段初支護凈空、二襯厚度。

7 優 點

能及時量測出圍巖應力的釋放情況。采集的數據真實、精度高，指導性強。數據采集速度快，對數據的分析反饋即時。對現場地質突發事件能及時判斷，即時采取應對措施，具有很高的經濟價值。

8 結 語

以上是我在寶蘭客專施工中，總結出信息化科技手段監測長大隧道圍巖應力變化的重要性，僅供同行們參考借鑒。

［1］新建鐵路寶雞至蘭州客運專線施工圖，雙線隧道復合式襯砌參考圖，圖號:寶蘭客專施隧201.

［2］新建鐵路寶雞至蘭州客運專線施工圖，三元隧道設計圖DK884 +845 ～DK889 +640，圖號:寶蘭客專工隧38.

［3］高速鐵路隧道工程施工技術指南鐵建設［2010］241 號

［4］鐵路工程測量規范TB10101－2009 J961－2009