监控量测在隧道施工中的重要性论述

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围岩监控量测在铁路隧道施工中的重要性

作者：苏醒

来源：《商情》2014年第02期

[摘要]通过介绍本隧道围岩监控量测结果及成效，来阐述围岩量测在铁路隧道施工中的重要性，并对监控量测在隧道施工中的实施提出一些认识。

[关键词]铁路隧道 监控量测 重要性

1围岩监控量测的实施

向莆铁路走林隧道，全隧虽短，仅405m，但全隧属于浅埋隧道，隧道进出口属于偏压浅埋地段，埋深2-17m之间。隧道的工程地质、水文地质、施工要求都各具特色，为及时了解围岩稳定状况和支护、衬砌可靠程度，确保施工安全和结构长期稳定性，确认二次衬砌的施做时间，提高施工效率。本隧监控量测项目包括洞内观察、隧道相对净空变化值的量测、拱顶沉降量测和洞外地表下沉量测。并按照《铁路隧道监控量测技术规程》及铁建设[2010]120号文关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知等相关规定进行施工监控量测。

2监控量测工作的几点明确

⑴必须明确的围岩量测的目的

①掌握围岩位移和支护变形的动态，利用量测结果直到合理安排工序，及时修改支护参数。遇到危及施工安全的严重情况时，为分析原因、采取相应措施和施工决策提供依据，确保工程的安全性、经济性；②预见事故和险情，及时采取措施，防患于未然；③为确定隧道安全提供可靠的信息；④量测数据经分析处理和必要的计算和判断后，进行预测和反馈，以确保施工安全和隧道稳定。

⑵必须明确测点的布置及量测频率

量测点布置一般都是以下表方式进行布点：

地表沉降测点纵向间距

注：Ho为隧道埋深； B为隧道最大开挖宽度

监控量测断面间距

净空变化量测测线数 龙源期刊网

根据铁建设【2010】120号文关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知要求，可根据实际施工情况，按照隧道拱顶下沉和净空变化的量测断面间距：Ⅳ级围岩不得大于10m、Ⅴ级围岩不得太于5m；隧道浅埋、下穿建筑物地段，地表必须设置监测网点并实施监测；当采用接触量测时，测点挂钩应做成闭合三角形，保证牢固不变形等相关要求进行布点量测。

阐述监控量测技术在隧道施工的应用

由于浅埋隧道大部分属于特殊地形，它具有地形偏压、表层软弱堆积物、风化带、软弱围岩、难以形成承载拱等不利因素，严重影响了浅埋隧道的施工工程质量。根据浅埋隧道的独特地质影响，在进行隧道的开挖过程中，极有可能会出现拱顶下沉急剧增大、地表开裂、隧道净空收缩、掌子面失稳等现象，不利于隧道的施工。

1 浅埋隧道软弱围岩管棚超前支护分析

1.1 超前支护体系及其必要性分析

1.1.1 超前支护体系分析。超前支护体系主要包括管棚、超前锚杆、小导管超前注浆、深孔注浆以及地表注浆等。另外，超前支护一般适用于隧道围岩的自稳性较低的情况，通过采取超前支护，可以有效地避免出现坍方。

由于部分隧道属于软弱破碎地质，即使可以通过采用深孔注浆起到止水固结的作用。然而，此种方法仅能起到一部分范围固结的作用，而超前支护体系通过超前锚杆或超前小导管，在开挖隧道之前以钻孔排水的方式进行排水降压，防止地下水压过大而影响隧道施工工程的质量。另外，通过超前支护的方式，其钻孔深度一般都大于注浆的范围，可以有效地提高隧道施工工程的质量。

1.1.2 浅埋软弱围岩隧道施工时采取超前支护的必要性。

（1）如上所述，在进行浅埋软弱围岩隧道的施工工作时，极易出现掌子面失稳及地表下沉的现象。通过采取超前支护及监控量测技术，并结合相关改善地层、管棚、水平高压旋喷、药液压注及垂直锚杆等措施，以科学、合理的支护方法增强支撑力，并防止支护及地表出现下沉的情况。

（2）采取超前支护对于浅埋软弱围岩隧道施工的作用如下所述：首先，超前支护方式的支护结构一般类似于一个沿隧道纵方向的梁结构，可以有效地产生刚性梁效果。其次，超前支护可以通过在掌子面前方形成壳结构，用其刚性及厚度提高隧道掌子面及其周边围岩的稳定性。最后，通过超前支护中的注浆法，可以有效地提高隧道围岩的强度，改善其周边环境。

1.2 超前支护分析

1.2.1 管棚。 （1）管棚的分类及适用范围：管棚主要分为短管棚及长管棚，它的超前长度一般为5～30米，主要适用于隧道围岩非常软弱、破碎，而且变形量极大的情况。

监控量测对隧道施工的指导意义

摘要 本文结合高速公路隧道采用新奥法施工时现场监控量测对施工的指导实例，总结了现场监控量测的内容和方法、数据处理方法，指出量测对施工的指导意义。

关键词监控量测量测方法数据处理

１.技术应用背景

在云南建设的山区高速公路，桥隧比例非常高，隧道设计多采用新奥法施工，因此现场监控量测是一个重要的施工控制环节。根据施工需要对量测项目的选择，经过量测数据的处理，对判断围岩的稳定性、初期支护设计和施工的合理性、浇注二次衬砌的时间有着重要的指导意义。

２.监控量测

量测就是通过实验和计算，在限定时间内可能正确地收集被测对象的未知信息的过程。通过对量测结果的处理，取得某个被测值的大小或取得一个变量与另一个变量的关系（变化曲线）。现场监控量测是判断围岩和隧道稳定状态，保证施工安全，指导施工顺序进行，反馈设计信息的重要手段。

2.1监控量测项目和量测方法

监控量测项目可分为必测和选测项目，根据《公路隧道施工技术规范》（JTGF60—2009）的有关规定，隧道监控量测的具体内容为：⑴洞内、外观察；⑵周边位移；⑶拱顶下沉；⑷地表下沉；⑸钢架内力及外力；⑹围岩体内位移（洞内设点）；⑺围岩体内位移（地表设点）；⑻围岩与初期支护间接触压力；⑼两层支护间压力；⑽锚杆轴力；⑾支护、衬砌内应力；⑿围岩弹性波速度；⒀爆破震动；⒁渗水压力、水流量。其中⑴至⑷项为必测项目，⑸至⒁为选测项目。

2.2方法详述

2.2.1地质支护状态观察

该项目包括对工作面观察和支护结构的支护效果观察。工作面工程地质和水文地质情况观察包括岩石的名称、岩层产状、断层、层理、节理等结构面的分布、走向、产状。每茬炮后需要观测一次。支护状态观察包括初期支护状态和已成峒支护效果观察。如喷射砼开裂部位、宽度长度及深度。二次衬砌的整体防水效果等，每天观察一次。洞内状态观察是可靠性很高且最直接的判断资料。对洞外边仰坡稳定和地表渗透观察按要求进行描述；记录和描述格式采用专用表格来完成。观察使用地质罗盘、地质锤、钢卷尺、放大镜、秒表、手电、照相机或摄像机等。

・１３８・　第３７卷第１期　２　０　１　１年１月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３７　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．　２０１１　・桥隧工程・　文章编号：１００９—６８２５（２０１１）０１．Ｏ１３８—０２　围岩监控量测在黄土隧道中的重要性　赵春锋　摘要：通过对白家坡隧道黄土地质在施工过程中进行围岩监控量测，结合监控量测成果进行施工优化，从而合理的确　定二衬施工时间，确保了白家坡隧道施工安全和质量。　关键词：隧道，监控量测，量测断面，二衬施工时间　中图分类号：Ｕ４５６．３　文献标识码：Ａ　Ｏ　引言　黄土隧道已广泛采用新奥法进行施工，现场监控量测是新奥　法施工的重要组成部分。通过对黄土隧道进行监控量测，可预测　预报围岩变化，优化设计和指导施工，确保隧道施工安全，使工程　投资经济合理。对隧道的拱顶下沉、水平收敛、地表沉降、喷层应　力、钢拱架应力等多项涉及围岩稳定性及支护合理与否的参数进　行跟踪量测，实时确定合理的二次衬砌施工时间，成功避免了施　工中重大安全事故的发生，确保了隧道施：【安全和质量，对隧道　施工具有指导意义。　１　工程概况　１．１　概况　自家坡隧道穿行于黄河河谷及黄土梁、峁区，地势上隧道进　口低，洞身出口高，地形起伏大，隧道最小埋深约３５　ｎｌ，最大埋深　３００　ｍ。该山体脊部高程超过１　８６５　ｍ。其上沟谷发育，切割相对　较深。除进、出口及沟谷地段地表分布有圆砾土外，其余地段地　表大都黄土覆盖，山体坡面上植被较稀疏。地层主要为：第四系　全新统冲积砂质黄土、细圆砾土；第四系上更新统风积砂质黄土、　细圆砾土；第三系泥岩、砂岩、砾岩；震旦系混合岩；构造岩。　１．２水文地质条件　隧道通过的地段为弱富水段，地下水以第四系孔隙水为主，　由于隧道上部的砂质黄土透水性及连通性较差，加之地形等条　件，造成第四系孔隙水水量较小，其补给来源为接受大气降水的　补给，地下水对混凝土具有氯盐侵蚀性，作用等级为Ｌ２，具有酸性　侵蚀，作用等级为Ｈ２。隧道正常涌水量１　８６５．６　ｍ　／ｄ，可能最大　涌水量３　７３１．１　ｍ　／ｄ。　１．３施工方法　隧道开挖遵循“短开挖，强支护，勤量测，紧封闭”的原则。针　对不同地质条件采取不同的开挖方法。Ｖ级加强围岩采用管棚　注浆或小导管注浆超前支护双侧壁导坑法开挖施工，人工开挖或　机械开挖。Ｖ级，Ⅳ级加强围岩采用三台阶法施工。　２监控量测内容及断面布置　２．１　量测内容及量测频率　对于隧道监控量测而言，最直接、最具有代表性的项目为拱　顶下沉与周边位移收敛量测。　自家坡隧道监控量测主要采用这两种方法，其中拱顶下沉量　测是在隧道开挖后的拱顶处固定涂有十字交叉的反光涂漆角铁　作为测桩。埋设前先用小型钻机在待测部位成孑Ｌ，然后将膨胀螺　钉拧紧角铁即可。　对于稳定性较差的围岩，测桩可在锚喷支护后布置。隧道围　岩周边位移量测测点的埋设方法与拱顶下沉相同；对于预设点的　断面，在隧道开挖之后，沿隧道周边在拱顶、拱腰、中墙和边墙部　位分别埋设测桩。　２．２量测断面的布置　代表性断面以及测点的布设及选取，是监控量测的首要工　作。在施工过程中，按照５　ｍ一１０　ｍ的标准选定断面，以及拱顶，　拱肩，施工地板上１．５　ｍ等典型位置布置测点。自家坡隧道设计　中将拱顶下沉和围岩净空收敛量测的断面间距初步定为５　ｍ；根　据隧道围岩的实际情况确定了两个安装断面进行初期支护的喷　射混凝土层和钢拱架应力量测；对于隧道洞口地段，由于覆盖层　小于４０　ｍ，而且围岩类别较低，埋设了地表沉降观测断面，其布点　均按规范进行。　３数据的采集与分析　为了能对围岩及支护结构的性态作较全面的分析，并且能获　得完整的数据，同时又使各项数据问能相互比较、相互验证，因此　必测项目和选测项目的各项量测内容应尽量布置在同一个断面　上。各量测断面的测点应在靠近开挖面及时安装，范围控制在　２　ｍ以内，并在工作面开挖后１２　ｈ内和下一次开挖之前测取初始　读数。　在实际的安装埋设中，有时因为施工干扰或避免测点遭到破　坏，测点安装位置会离开挖面远些，此时再利用此数据分析判别　时，应考虑围岩初期的变形释放。量测频率也可以根据施工具体　情况调整，由产生的最大位移速率来确定。自家坡隧道已测数据　表明，量测时间以３０　ｄ～５０　ｄ为宜。　３．１　隧道拱顶下沉及净空收敛量测　隧道拱顶是隧道周边上的一个特殊点，其位移情况具有较强　的代表性，通过对隧道拱部下沉的绝对值量测，了解断面变形情　况、判断拱顶的稳定性，该手段是防止塌方的有效措施之一，因此　应加强拱顶位移的监测；洞内净空位移收敛量测是目前洞内监测　的主要内容之一，因为周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直　观反映，还可以根据变位速率判断隧道围岩的稳定程度，为二次　衬砌提供合理的支护时机。　隧道围岩的自稳性较好，稳定所需天数在３０　ｄ之内，总变形　量不大，在４　ｃｍ～６　Ｃｌｌｌ之间，末次量测时，当日变形速率在　０　ｍｍ／ｄ～０．０１　ｍｍ／ｄ左右，对于隧道施工很有利。根据隧道已开　挖地段实测数据，拱顶下沉和水平收敛曲线可分为３个阶段：　收稿日期：２０１０—０９—１５　作者简介：赵春锋（１９７３一），男，高级经济师，中铁二十一局集团三公司，陕西咸阳