向莆铁路雪峰山出口隧道监控量测总结
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- 向莆铁路雪峰山出口隧道监控量测总结
（中国中铁隧道股份新建向莆铁路FJ-2标五工区隧道二公司）
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。本文阐述了新建向莆高速铁路二标段雪峰山隧道出口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、水准仪、塔尺
1 工程概况
雪峰山隧道地处福建西北部，穿越雪峰山主峰。进口位于将乐县城郊上苦竹村，出口位于沙县夏茂镇后垄村。隧道采用双洞单线，左线隧道进口里程DK300+850，右线隧道进口里程YDK300+850，左线隧道出口里程DK318+692，右线隧道出口里程YDK318+676。左线隧道全长17842米，右线隧道全长17826米，隧道最大埋深948米。隧道内纵坡为人字坡，最大纵坡6‰。
雪峰山隧道出口地表层为残坡积粉质粘土，硬塑，厚3～5m，下伏为（Pt2-3dt），变粒岩、斜长角闪石英片岩夹云英片岩、片麻状角闪变粒岩，浅粒岩。条带状、中厚层构造。全弱风化，砂土状、块状，洞身稳定性差，易坍塌。长度近334米，隧道地质情况复杂，本隧道共穿越大小断层36条。其中我工区承担的任务范围内共穿越7条断层，分别为F29、F30、F31、F32、F33（该段穿越溪源斜井井身）、F34、F35、F36。
该地区气候温和，雨量充沛，属亚热带气候。多年来年平均气温最高24.57℃,最低15.2℃;最热为7月份,多年月平均气温34.17℃,最冷为1月份,多年月平均气温5.2℃,年平均降雨量为1799.3毫米,3-6月份为雨季,降雨量为1043.1毫米。我工区承担的隧道任务范围内最大涌水量1972m^3,静水压约0.1mpa。
溪源斜井围岩为（J3K）中细粒钾长花岗岩：肉红色，以斑状中细粒结构，块状构成。软风化，岩石坚硬、完善，洞身稳定性较好。F35断层；变破碎带，可见宽度＞15.0m，裂缝发育，绿泥石化，有石英细脉充填。为压扭性断层。上下盘影响盘宽度各约20m. 围岩稳定性较差，产生坍塌。导水性一般，为强富水段，可能产生涌水。弹性波速为2826（m/S）。
2 监控量测的目的
控量测分为必测项目和选测项目两类。必测项目是隧道工程应进行的日常监控量测项目。选测项目应根据隧道建设规模、围岩的性质、隧道埋置深度、开挖方式等特殊要求进行的监控量测项目。
监控量测必测项目
序号 监测项目 测试方法和仪表 测试
精度 备 注
1 二次衬砌前
净空变化 收敛计、全站仪 0.1mm 全站仪采用
非接触观测法
2 二次衬砌后
净空变化 收敛计、全站仪 0.01mm
3 地表沉降 水准仪、铟钢尺或全站仪 1mm 浅埋隧道必测
（Ho≤2B）
4 拱顶下沉 水准仪、钢挂尺或全站仪 1mm 一般进行
水平收敛量测
5 沉降缝两侧底板不均匀沉降 三等水准测量 1mm 沉降缝两侧底板(或仰拱填充层面)沉降
6 洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测 三等水准测量 1mm 洞口底板（或仰拱填充层面）与洞口过渡段的沉降
监控量测选测项目
序号 监测项目 测试方法和仪表 测试精度 备 注
1 围岩压力 压力盒 0.001Mpa
2 钢架内力 钢筋计、应变计 0.1Mpa
3 喷混凝土内力 混凝土应变计 10µε
4 二次衬砌内力 混凝土应变计、
钢筋计 0. 1Mpa
5 初期支护与二次衬砌
接触压力 压力盒 0.001Mpa
6 锚杆轴力 钢筋计 0.1Mpa
7 围岩内部位移 多点位移计 0.1mm
9 爆破振动 振动传感器、记录仪 临近建筑物
10 孔隙水压力 水压计
11 纵向位移 多点位移计、全站仪 0.1Mpa
3 监控量测的项目
（1）洞内观察
（2）地表沉降量测
（3）拱顶沉降量测
（4）沉降缝沉降量测
（5）水平相对净空变化值的量测
（6）挡碴墙位移观测
4 量测断面间距和量测频率
（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 断面间距m
Ⅴ
5----10
Ⅳ
10---20
Ⅲ
20---30
Ⅱ
30---50
（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
位移速度（mm/d） 监控量测频率
≥5
2次/d
1~5
1次/d
0.5~1
1次/2~3d
0.2~0.5
1次/3d
≤0.2
1次/7d
（3）地表下沉量测断面间距如下表
隧道埋深与开挖宽度 纵向测点间距（m）
2B ＜Ho＜2.5B 20～50
B ＜Ho≤2B 10～20
Ho≤B 5～10
注：Ho为隧道埋深； B为隧道最大开挖宽度
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，雪峰山隧道出口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：
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TCR402powerR400全站仪，测角精度2秒，测距精度2mm+2ppm。
拱顶沉降：拱顶沉降采用TS02power R400全站仪，测角精度2秒，测距精度2mm+2ppm进行非接触测量。
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小时前（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锚固剂固定，在钢筋外露部分焊接5㎝×5cm的铁片，然后在铁片上使用胶布加强反光片紧贴。量测方法：每个监测断面水平对应测点，第一次量测完成后，记录量测数据，然后交换全站仪镜面再次量测，两次量测结果误差在1.00mm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锚固剂固定，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，大约固定在1.3M左右作为后视标高，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1.00mm，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：全站仪受温度影响较小，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。TCR402powerR400全站仪的最小读数为0.1mm，量测结果的取值也为1.00mm，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
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6～11个监测点。另外，根据相关图纸和相关技术要求，我们在雪峰山隧道出口附近地表沉降点周边布设了水准观测点，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
苏一光DSZ2水准仪，每一公里往返测量的标准偏差± 1.5mm(普通标尺)?。
5.2.3监控量测的方法和实施
首先沿隧道前进方向每隔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、隧道出口挡碴墙位移观测频率及点的布置
为保证安全运行，按照设计要求加密隧道废碴场观测频率，随时掌握挡碴墙位移情况。
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5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。
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90%以上，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施工工序。
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：
7雪峰山隧道出口小结
7.1雪峰山隧道出口回归分析采用的是A:指数B:双曲线C: 对数等三种函数
7.2其它详见：
【1】《雪峰山隧道出口监控量测日报汇总表》
【2】《雪峰山隧道出口监控量测周报表》
【3】《雪峰山隧道出口监控量测单点报验单》
【4】《雪峰山隧道出口月报表》
【5】《雪峰山隧道出口地表观测表》
【6】《雪峰山隧道出口挡碴墙位移观测表》
8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。在雪峰山隧道施工中，通过对隧道施工现场量测数据获得围岩动态及回归分析得到沉降最终值，通过分析监控变形趋势来确定隧道施工工序时间，确保施工安全。尤其是在隧道拱顶有水渠段埋深浅，而且拱顶流水量多，吨位大，为确保雪峰山隧道出口不受影响，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洞外地表沉降的变化，通过监控量测提供安全保障。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，测量平率多，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]189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】《铁路隧道监控量测技术规范》；TB10121-2007/ J721-2007
【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 12897-91；
【8】《工程测量规范》（GB0026－93）；
【9】向莆铁路FJ-2B标雪峰山隧道出口实施施工组织设计；
【10】国家和铁道部现行施工规范、质量验收标准；
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