高速铁路隧道监控量测方法与分析

高速铁路隧道监控量测方法与分析

何善军

中交一公局集团隧道四公司四川省成都市610000

摘要：本文主要是讨论高速铁路隧道修建中监控量测技术在施工时的具体操作及对周围环境的测量。已完成对施工环境中地表、围岩、支护结构及周围环境动态进行频繁的量测，以随时了解当时时刻施工环境情况，以保障施工安全稳定。

关键词：监控量测；隧道断面；测量

如今，我国高速铁路迅速发展，不论是其铁路规模，还是行驶速度方面都位于世界前列。我国正逐步完善隧道修建体系，以保障其安全性，但是，如塌方碎石等等一些不确定因素依然存在，严重威胁铁路系统建设安全。目前使用超前大管棚、超前小导管以及拱架支护等众多有效的防护系统，但事故还是时有发生。为了进一步缩小事故发生的概率，应在有安全保障的前提下，对外围岩石进行检测和监控，以提高隧道施工的安全性。

1隧道工程环境

第四系全新统残坡积层中主要以花岗岩为主的隧道地层岩性，在华力西期的印支期花岗岩，隧道口前后主要有中粗粒的，块状的岩石类型。

2隧道监控量测的内容及目的

2.1内容

观察地质和支护情况，以参数形式测试岩体力学，测试岩体应力、支护反应，测试围岩、渗水压力，测试施工环境各方面的温度，测试声波及支护结构位移，周围的气体也应做安全的测试，随时反映即时气体检验情况，以做到安全施工。

2.2目的

（1）监控量测可以精准的对围岩和拱架支护的属性做出评价。（2）为后续的施工积累经验。（3）指导施工顺序，做到安全有效，开挖预留变形量及二次衬砌时间。(4)预测围岩险情，及时向施工人员发出警报。(5)掌握围岩形态的变化规律。(6)对未来隧道做出预测。(7)有助于确定事故发生的原因。

3断面的具体要求和测点的具体位置

3.1按照国家《铁路隧道监控两侧技术规定》中第4.3.2条规定，结合成昆铁路米攀项目工程MPZQ-2标实际情况，在相应的位置设立安全的监测点。监控量测按围岩级别布置如图表：

3.2测点布置

在围岩的上部应设置净空变化和拱顶下沉沉测点，之间并保持一定距离。通过观察浅埋隧道的地表沉降，在开挖隧道口出应设置测点，并且洞口的测点与洞内的测点范围应不小于H0+B,观测范围若还要进一步加大，主要取决于地表内是否还有其他建筑物，其建筑物的位置也不能发生大规模的移动。

4监控量测的项目及频率

项目名称一：地质和支护状况观察，时间为每次爆破后，工具为地质罗盘

项目名称二：净空变化，频率为15天内1～2次/天,15—30天1次/2天,30—90天1～2次/周,大于90天1～2次/月,工具为全站仪。

项目名称三：拱顶下沉，频率为15天内1～2次/天，15—30天1次/2天，30—901～2次/周，大于90天1～2次/月，工具为全站仪。

项目名称四：地表下沉，时间为开挖面距量测断面前后＜2B时，每天1～2次，＜5B时，每两天1次，＞5B时，每周一次。B为隧道开挖宽度。

5观察地质方法及支护具体施工

5.1观察地质方面主要包括，裂缝的张裂程度，在操作后其稳固性。地质法、地震波法、电磁波法等研究的主要操作实施方法。以山体走向，地层结构及隧道围岩状况等来判断的地质法对工程师的要求较高。地震波法以波速来判断围岩状况，这个方法更适用于深埋隧道。电磁波法一般是选用地质雷达，也是以波速来判断围岩的状况，相对于地质法，电磁波法更为精准。以更为精准的电磁波法进行测量，能有效的避免施工过程中出现的各种危险情况的发生。

5.2支护具体施工方式

隧道施工主要用到普通砂浆锚杆、中空注浆锚杆及各种不同的锚杆等，锚杆的位置主要依靠围岩的等级、围岩的风化程度、围岩的表面的粗糙程度及稳定性进行布置，因在开挖的不同阶段情况是不一样的，所以应及时调整锚杆与围岩内部的位置。钢架支护主要是为了防止围岩的陨落，装钢架时应按规定保持钢架与围岩的距离，中间空隙以楔形混凝土进行填充，钢架支护应严格控制轮廓的大小，并留出足够的沉降量，以防止出现衬砌净空的情况，对围岩的变形应使用纵向钢筋连接，钢筋间距应严格控制在1m。喷射混凝土的使用应按照隧道断面及围岩的具体情况使用，其功能是对围岩采取封闭的措施，降低岩石的风化速度。隧道施工的掌子面超前支护主要以超前小导管支护、超前管棚支护以及超前锚杆支护为主，超前小导管再未安装之前，应向其内部进行填充钢管混凝土，若不进行注浆，直接使用的话，会导致施工时，围岩掉落等情况。一旦有危险情况的发生，则会立刻停止实施的进度，导致施工不能按时完成。

6对某方面上监控量测具体工具及要求

周边位移主要应用各种类型的收敛计，一个断面主要是10—50m，每断面应布置2～3个对测点。拱桥下沉主要是应用各种类型的准尺，以精确测量其位置，应在每10m～50m一个断面布置。锚索内力主要是以各种电测锚杆、锚杆测力计等，断面安置间距超过10m的，每个断面应至少三根锚杆。地表下沉方面主要应用各种水平仪和水准仪，其主要是以每5m～50m为一个断面，每个断面上应最少有七个测点，在特殊的中线上以每5m～20m为一个测点。

6.1量测部位及测量工具的要求

其布置主要是根据地质状况、量测项目和施工的方法来确定，测点应距开挖出2m进行安设，并在24小时内重新测读，测试测点的频率应按照围岩的具体情况和支护的移动距离和速率来确定，测量的手段还是主要依靠工具，一般会选择简单可靠，持续久、耗能低、稳定好的工具。

6.2量测数据的使用

以时态曲线和空间关系曲线描述现场环境所测量的数据，数据处理和回归分析主要是在曲线趋于平缓时，以便掌握其变化规律，一旦数据出现返点，应立即停止施工，找寻返点原因，并在确认安全24后在重新施工。一般相对位移较弱时，还是可以施工的，不同围岩级别不同，所允许的位移是有不同范围的，三级的围岩层次，对其要求为覆盖层厚度为＜50m时所允许的相对位移范围是0.10%～0.30%，在50m～300m是允许的相对位移的范围值是0.20%～0.50%，在＞300m时所允许的相对位移范围是0.40%～1.20%。围岩级别为四级时，覆盖层厚度为＜50m时所允许的相对位移范围是0.15%～0.50%，在50m～300m是允许的相对位移的范围值是0.40%～1.20%，在＞300m时所允许的相对位移范围是0.80%～2.00%。围岩级别为五级时，覆盖层厚度为＜50m时所允许的相对位移范围是0.20%～0.80%，在50m～300m是允许的相对位移的范围值是0.60%～1.60%，在＞300m时所允许的相对位移范围是1.00%～3.00%。指实测位移距离和两侧位移距离，进行对比，便是相对位移。

结束语

在隧道修建过程中应用监控量测方法并对其所测得的数据进行分析，能有效的、定量的对其隧道围岩及支护状况做出判断，从而减少隧道坍塌，碎石伤人等事故的发生。在应用监控量测技术所得到的数据是对整个隧道进行安全施工的主要依靠点，而数据的准确性主要是依靠对测点的保护。

参考文献

[1]房倩.高速铁路隧道支护与围岩作用关系研究[D].北京交通大学,2010.

[2]邱浩浩.铁路隧道CRD法施工引起的地表变形及其监控量测研究[D].长沙理工大学,2010.