隧道施工围岩监控量测技术

隧道施工围岩监控量测技术
摘要：通过对新建铁路柳南铁路v标六坎一号隧道台阶法施工过程中采用的围岩监控量测技术进行具体分析,重点从理论关键环
节，施工过程控制，具体实施等方面对该隧道围岩监控量测成果进行数据归纳、分析、总结,为今后隧道施工提供技术参考。

关键字：围岩监控量测沉降分析施工技术
abstract: based on the new railway from liuzhou-nanning v bid section liukan 1 # tunnel of the construction in the process of surrounding rock monitoring and measurement technology for the specific analysis, from the point of theory, the key link, construction process control, the specific implementation and other aspects of the surrounding rock of tunnel monitoring measurement result data induction, analysis, summary, for future provide technical reference for tunnel construction.
keywords: surrounding rock monitoring and measurementanalysis of settlementconstruction technology
0引言
隧道工程施工掌子面前方地质构造不由人的意志为转移，不可控风险较多，施工工法常需根据不同围岩情况灵活调整，如何平衡隧道安全、优质、高效施工是广大参建工程师都要面临的课题，而这
一切基础技术数据的来源，就要在施工过程中，使用专用量测仪器、设备对已开挖地段围岩和支护结构的受力、变形进行观测，并及时采用科学合理的判定方法进行数据整理、分析，对施工安全性、稳定性、合理性进行评价并有效指导下一步施工，这就是常说的隧道围岩监控量测技术。

现在就围岩监控量测技术在六坎1#隧道台阶法施工中成功应用，对该技术控制要点进行论述。

隧道施工围岩监控量测技术
1、工程概况
六坎一号隧道全长1389m，进洞里程为dk724+926，出口里程为dk726+315。

全隧位于右偏曲线上，人字纵坡变坡点里程为：
dk725+400，坡度为上坡3 ‰，下坡10.5 ‰。

本隧属低山丘陵地貌，海拔高程90～250m，山坡自然坡度20～50°，隧道属整体浅埋型，地形起伏较大，覆土较薄，最大埋深仅80m，个别风化层深达洞身，地质构造属昆仑关复式背斜内，岩层产状变化较大，岩体节理很发育，基岩裂隙水较发育，地质情况较差，其中ⅳ级围岩400m，ⅴ级围岩989m。

2、隧道围岩监控量测技术要求及控制要点
2.1围岩监控量测技术要求
2.1.1监测目的：及时验证初期支护的有效性，确保开挖安全和支护稳定，为调整支护参数和开挖方法提供数据支持；监测工程施工对周围环境的影响，确定隧道二次衬砌施工时间，确保安全施工
和工程结构的长期稳定；分析、积累量测数据，也可为类似施工提供依据。

2.1.2监测技术准备：按六坎一号隧道设计资料提供的围岩级别、开挖方法、支护参数、周围环境、工程特点、具体监控量测目的，明确围岩监控量测计划。

根据现场实际情况编制有针对性的实施细则，报请监理和业主审批，细则中明确围岩监控量测小组成员及分工，配备设备，监测项目，内业记录、分析、处理方法，反馈制度等。

2.2监测重点项目：地表沉降；拱顶下沉；净空变化。

监控量测项目必须随施工工序及时进行，并根据现场情况及时调整监控量测项目和内容。

2.3围岩监控量测具体实施及控制要点
2.3.1围岩监控量测人员及设备
项目部成立以总工程师为组长，测量队骨干为组员的专职围岩监控量测小组进行日常隧道施工中各监控数据动态收集、整理和反馈工作。

主要监测仪器及配套设备如下表1：
表1投入主要监测仪器及配套设备
2.3.2地表沉降观测
2.3.2.1 纵向观测断面布设浅埋段隧道开挖前，要按照已批复的实施细则布设地表沉降观测纵向断面并埋设观测桩，观测断面要
与隧道内测点布置在同一断面里程。

纵向观测断面与隧道埋深h0
和隧道开挖宽度b有关：h0≤b,纵向测点间距5～10m；b＜h0≤2b，纵向测点间距10～20m；2b＜h0＜2.5b，纵向测点间距20～50m。

2.3.2.2 横向测点布设每个纵向观测断面的横向测点间距按
2～5m布设，隧道中线附近适当加密，量测范围不应小于h0+b。

测点采用φ22钢筋、顶部打磨并刻十字线；观测基准点要在地表沉降影响范围以外埋设，开挖尺寸20cm×20cm×30cm，测点周围用水泥砂浆固定并做好保护。

2.3.2.3 观测及分析地表沉降观测围岩监控量测采用精密水准仪、铟钢尺进行测量；要经常对基准点进行校核复测，确保点位准确。

结合六坎一号隧道，根据图纸和围岩监控量测实施细则，对：（dk724+937～dk724+990、dk725+280～dk725+370、dk725+740～dk725+980、dk726+060～dk726+313等）浅埋段开展地表沉降观测，观测点在隧道开挖前布设，并于洞内观测点布置在同一断面里程，布点观测断面不少于64个。

部分观测断面图示如2。

图2隧道进口浅埋段一组地表沉降测点布置总平面图
2.3.3拱顶下沉和净空变化
2.3.3.1测点布设
六坎一号隧道采用“台阶法”施工,拱顶下沉监测点设置在拱顶轴线附近，考虑施工安全，每组净空变化观测断面间距按围岩级别确定：ⅴ级围岩5m一组，ⅳ级围岩10m一组，iii级围岩30-50m
一组。

保证每个台阶布设一条测线。

拱顶下沉和净空变化应布置在同一断面上，严格按设计观测断面里程布设测点，不同断面的测点布置在相同部位并尽量对称分布，便于数据之间相互验证。

测点采用外露面已锯成斜面朝向进洞方向并刻十字线的φ22钢筋打入基岩，填塞锚固剂确保打入质量。

为保证围岩初始状态的准确性，测点埋设控制在初支喷锚完成3小时内快速完成。

具体测点位布置见图3。

图3 台阶法施工监控量测断面测点布置
2.3.3.2观测方法
使用全站仪三维变形非接触式量测的方法（固定一个能反光的且能满足精度要求的靶心）量测精度为±1mm。

每次测量前，先安置仪器，并对仪器进行调校，使仪器处于最佳状态，精确定位整平后，对仪器进行气压和温度的气象改正，按围岩量测参数规范要求对仪器各项参数进行调试。

左站测量：安置仪器后照准目标点先进行盘左观测，观测时采用3次重复测距，记录数据后，将仪器设置盘右同样进行3次重复测距，即每测站上分别用2个盘连续照准3次目标，然后取平均值为一次设站观测结果。

即正道镜观测法取平均值。

右站测量：左站测量完毕后，仪器搬至右侧测站同左站测量顺序一样进行右站测量，检查左右测站同一测点的数据，若发现左、右
站的测得同一测点的信息相差较大，对这一测点重测。

2.3.4量测频率及基础数据采集
2.3.4.1 具体观测断面地表沉降观测、拱顶下沉和净空变化的监控频率主要依据位移速度和测点距开挖面距离而定，原则上采用两者较高的量测频率值进行量测控制。

元件埋设初期测试频率每天观测2次，随围岩渐趋稳定，量测次数逐渐减少，反之增加量测数；净空变化量测、拱顶下沉收敛量测初读数在3~6小时内完成，其它量测在每次开挖后12小时取得初读数，最迟不得大于24小时，且在下一循环爆破前必须完成；因测点和测线不同，位移速度不同，以产生最大位移速度来决定量测频率；观测2~3周以后用围岩监控量测值绘制时态曲线，预测最终值，达到设计值方可停止观测；当岩层产状为挤压性围岩时，位移长期没有减缓趋势，适当延长量测时间，直到位移速率0.5㎜/d时即可结束量测。

2.3.4.2量测频率及基础数据分析
及时校对、整理和分析现场量测数据，及时对一些异常数据进行补测校正，绘制u-t时态曲线，一般选择双曲函数回归曲线预测最终值并与控制基准比较。

曲线图中尽量详细注明开挖方法，施工工序和测点距开挖面距量等详细信息，便于准确进行数据回归分析并对隧道受力状态作出判断。

如下图4正常情况围岩监控量测回归曲线
图4正常情况围岩监控量测回归曲线.
特别注意如果图中曲线出现上翘反弯，表明围岩和支护已呈不稳定状态，此时应密切监视围岩动态，应及时通知施工管理人员，该段支护须采取加强措施，确保隧道不坍方；严重时施工人员须迅速撤离施工现场，保证施工人员安全。

二次衬砌施作应在监控量测达下列标准时进行（断层破碎带、浅埋段施工除外）：隧道拱脚水平相对净空变化速度小于0.2mm/d；拱顶垂直位移小于0.15mm/d；隧道周边收敛速度，以及拱顶垂直位移速度明显下降；施作二次衬砌前的累计位移值已达极限相对位移值的90%以上；初期支护表面裂隙不再继续发展。

3、隧道围岩监控量测控制基准、数据处理和信息反馈
3.1监控量测控制基准应根据现场实际揭露地质情况、施工安全性，隧道结构长期稳定性等因素制定，包括隧道内位移、地表沉降等。

初期支护极限相对位移可参照不同围岩级别、b和h0，选择拱脚水平相对净空变化和拱顶相对下沉比率。

位移控制基准随测点距开挖面距离不同而变化：距离开挖面1b，允许值u1b为65% u0；距离开挖面2b，允许值u2b为90% u0；距离较远，允许值为100% u0。

地表沉降控制基准应考虑地层稳定性、周围结构物的安全要求，取最小值确定。

3.2数据处理：根据实测位移值与位移控制基准值之间的数值关
系，隧道施工可划分为三级管理等级（如下表5）位移管理控制及工程安全性综合评价
3.3信息反馈施工过程中，监控量测小组要坚持监控量测动态控制及信息反馈制度。

每天要根据量测数据及时分析，适时确认掌子面围岩级别，判定围岩稳定性，验证设计参数，支护结构工作状态，在满足围岩稳定的同时开展方案优化，确保施工工序、工法合理性，发现安全隐患应立即分析原因，进行实时分析，提出相应工程对策和建议。

同时，也要按周、月做好阶段分析，总结数据变化规律，为二次衬砌施工最佳时间，编制实施性施工计划等提供技术支撑，确保工序交接的科学性；对施工情况进行评价，对周围环境影响程度，提交阶段分析报告，对指导后续施工也都具有重要指导意义。

4、结论
六坎一号隧道已经顺利贯通。

整个施工在满足实体安全、质量前提下，根据围岩监控量测小组的信息反馈资料，完成围岩变更七次，开挖、初期支护等工序转换及二衬施工快速有序推进，实现了良好的成本控制和工期控制。

通过在六坎一号隧道施工中的成功应用再次看出，隧道围岩监控量测技术的重要性。

参考文献：
tb10121-2007，〔铁路隧道围岩监控量测技术规程〕中国铁道出。