武广客专浏阳河隧道监控量测应用技术

　　摘 要：浏阳河隧道为武广客运专线重点控制性工程，隧道具有埋藏浅、地表建(构)筑群多、下穿浏阳河以及多条公路主干道等特点，隧道工程地质与水文条件及其复杂，安全隐患多。为了确保隧道快速实现贯通以及地表构筑物安全稳定，在施工中将监控量测作为一道重要的工序来实施，在隧道洞内、地表分别埋设监测点，采用多种的监测仪器设备及手段，对围岩的稳定性状态分析进行信息化指导施工，为施工方法的优化、支护参数的调整、安全评估等方面的决策提供重要依据。

　　关键词：隧道;非接触测量;围岩监测;地表监测

　　Abstract: In order to ensure the tunnel to achieve through fast and the security stability of surface structures during the construction will be monitoring measurement as an important process to implement, in a tunnel inside the cave, the surface, respectively, laying the monitoring points, using a variety of monitoring equipment and instruments, analysis of surrounding rock stability of the state to guide the construction of information technology, supporting the adjustment of parameters for the optimization of construction methods, safety assessment and other aspects of decision-making basis.

　　Key words: tunnel; non-contact measurement; surrounding rock monitoring; surface monitoring

　　中图分类号：U452.1+3 文献标识码：A 文章编号：

　　1 工程概况

　　1.1 基本情况

　　图1 浏阳河隧道平面示意图

　　浏阳河隧道位于湖南省长沙市东郊，起讫里程DⅡK1560+785～DⅡK1570+900，全长10.115km，是武广客运专线重点控制性工程，是我国第一条穿越河流及城区的采用钻爆法施工的客运专线隧道，大型设备无轨运输，隧道辅助坑道有1斜井、3个竖井。隧道进口位于星沙镇至彭家港的潇湘路附近，在穿越京珠高速与长永高速立交的牛角冲互通立交后，通过星沙开发区密集群、高地学校区与民房区后下穿浏阳河，终于机场高速辅道南侧，接入新长沙火车站(图1)，设计为单洞双线铁路隧道。

　　1.2 工程特点

　　隧道围岩级别主要为Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ三级，主要以泥质粉砂岩、钙质砂岩、粉砂质泥岩为主，岩石呈强～弱风化状态，岩层软弱,较破碎岩石单轴饱和抗压强度在2.98～24.4MPa之间，围岩较破碎，节理裂隙较发育，地下水较发育，施工时易发生掉块、剥落、坍塌现象。

　　浏阳河隧道纵向断面成“V”字形，最大埋深不足70m，最小埋深为4～8m，平均埋深约为40m。特别在下穿机场高速段埋深为8m，下穿京珠高速公路的埋深仅为4m，下穿进出口敏感建筑群区埋深均在20m左右，下穿浏阳河河底段埋深在19.1～23.8m，全隧较多处属于典型的浅埋、超浅埋区段。隧道所穿越的地表敏感建(构)筑物多且基础形式薄弱，抗变形、抗震动能力差地表建筑物基础薄弱。根据隧道所处的综合实际情况，沉降控制标准要求高，变形控制难，在施工中如何控制隧道围岩变形及地面沉降将是本隧道的难点和重点。为了确保隧道快速实现贯通以及地表构筑物安全稳定，在施工过程中将监控量测工作作为一项重要的工序工艺进行实施，在隧道初期支护围岩表面及掌子面、隧道线路地表建(构)筑物等部位布置沉降监测点，并在施工期间对其进行收集监测变形数据，以掌握围岩变形情况及稳定状态，及时分析反馈围岩应力变形情况以进行信息化指导现场施工，为施工方法的完善优化、支护参数的调整以及安全评估等方面的决策提供了重要依据。

　　2 监控量测方法

　　监控量测工作分别于洞内、地表同时实施。其中洞内包括拱顶沉降、周边收敛、掌子面核心岩土的位移;地表主要针对隧道地表横向区域及地表建(构)筑物。监测时分别采用非接触测量的方法，以确保监测数据真实可靠，数据采集合理有效，以满足信息化指导施工，优化施工方案的要求。

　　2.1 洞内监控量测

　　浏阳河隧道监控量测将洞内沉降、周边收敛以及掌子面核心土变形作为必测项目和监测重点，其具体情况见下表。

　　表1 洞内监控量测项目及方法表

　　序号项目名称测量方法布点部位

　　1拱顶沉降全站仪配反射膜片隧道拱顶

　　2周边收敛全站仪配反射膜片隧道两侧

　　3掌子面量测全站仪配反射膜片掌子面

　　4预收敛、挤压变形应力计、应变计或多点位移计围岩内部

　　2.1.1 监测点埋设

　　图2 台阶法布点示意图

　　在隧道喷锚支护施作后，最好在开挖后24h内、下一循环开挖前，立即进行布设监测点，布点时采用风钻钻孔，孔深宜0.5～0.8m，孔底必须深入围岩内，监测点采用φ22钢筋，长度为0.6～0.9m，外露10cm。拱顶沉降点埋设在中线顶部，两侧收敛点在同一里程断面、同一水平线上，监测收敛点分别在上、下台阶各设置一组。埋点前将钢筋埋设外露端头用切割机切成45°斜平状或者焊接一个角钢，然后用砂浆或锚固剂固定，端头斜面背向掌子面，待点位凝固稳定后，将反射膜片贴在钢筋头斜面上，完毕后在监测点旁边标识详细显目的监测断面里程牌。

　　2.1.2 量测方法

　　埋点完成后，将取初始观测值，监测仪器采用高精度的徕卡1201全站仪，精度达到0.1mm，可以满足要求，监测时将拱顶沉降原始观测高程值为H0，两侧收敛点的坐标读数记录下来，包括纵向里程(Y0)、横向支距(X0)、竖向高程(Z0)等三维坐标全部记录下来。监测量测方法为非接触测量，每次量测时采集数据不少于三次，取平均值为该次观测读数。

　　2.1.3 监测变形值计算

　　2.1.3.1拱顶沉降变形

　　其中累计沉降变形量为：ΔH= Hn—H0

　　式中ΔH为累计变形量，Hn为最后观测值，H0为初始观测值。

　　当日(或单位时间段内)沉降变形量为：Δh=Hn—Hn-1 ，式中Δh为当日(或单位时间段内)沉降变形量，Hn本次观测值，Hn-1为上次观测值。通过该数据还可以计算围岩变形速率，即

　　υ=Δh/t=(Hn—Hn-1)/t

　　式中υ为变形速率，t为两阶段时间差，将变形速率求出后，可以根据数据分析应力变化趋势及掌握围岩的稳定状态。

　　2.1.3.2周边收敛变形量测

　　浏阳河隧道开挖断面大，工程地质条件差，在隧道施工中采用“以大化小”的理念，即采用对隧道断面进行竖向分台阶、横向分部的方法，灵活采用二台阶法、三台阶临时仰拱法、双侧壁导坑法、中隔墙法等施工方法。

　　台阶法施工可以直接按照对边测量进行收敛监测，采集数据。如按照分部开挖法，两侧齐头不在同一断面上时，对围岩收敛监测时按照传统的收敛仪监测实施起来难度大，很难进行现场实际操作。但是在浏阳河隧道施工过程中，结合实际情况，对隧道边墙监测点根据施工先后埋设，采用非接触测量分别对围岩监测点的坐标位移监测，建立围岩监测点的三维坐标体系，将纵向里程(Y0)、横向支距(X0)、竖向高程(Z0)等三维坐标全部进行监测记录，待两侧施工完成后再将各点变化值累加统计收敛量。监测过程中按照监测频率及有关技术规范进行，围岩变形位移量可根据监测坐标变化状态进行计算，并分析结论以评估周边围岩变形情况及稳定状态。

　　2.1.3.3掌子面位移监测

　　为准确了解掌子面围岩变化情况，在浏阳河隧道河底段快贯通时，在掌子面布设位移观测点，采用应力计、应变计或多点位移计埋设在围岩内部，对掌子面围岩变形位移情况进行监测，以获取前方核心岩土的稳定性状态，关注掌子面的岩土变形以拟定超前加固措施及参数。

　　图3 监测点纵向布置剖面

　　图4 掌子面位移监测

　　图5 深部围岩变形量测

　　2.2 地表监控量测

　　由于隧道埋深浅、地表建筑物、地下管线较多，地表沉降控制要求严格，为了确保地面构筑物安全稳定。地表建筑物主要为以砖木结构为主的民居，基础型式薄弱，抗震能力差。技术人员在该段地面上在隧道中线两侧各50m范围内进行详细调查地表建(构)筑物(图6)，并测量隧道上部建筑物基础的覆盖层厚度、隧道埋深情况。在隧道两侧布设地面沉降观测网，洞内与地表的沉降观测点尽量布置在同一断面上，以便掌握变形关系及规律。量测原则是：观测断面超前隧道开挖掌子面，超前距离按太沙基理论计算而定，一般为20～30m。对于该段的地表沉降沿隧道纵向在建筑物周围布设观测点并及时观测，通过观测洞内拱顶下沉和围岩变形均在6～10天左右基本达到稳定状态，累计变形量基本在18mm以内，地表下沉最大累计也在5mm以内，对地表的建筑物未造成任何影响。

　　图6 浏阳河隧道地表监测点布置示意图

　　对于穿越敏感建筑群区的地段，地表沉降沿隧道纵向在建筑物周围布设观测点并及时观测，通过观测洞内拱顶下沉和围岩变形均在6～10天左右基本达到稳定状态，累计变形量基本在18mm以内，地表下沉最大累计也在5mm以内，对地表的建筑物未造成任何影响。

　　由于浏阳河隧道是采用弱爆破法施工，地面建筑物主要为2～3层砖混结构的民居，大部基础薄弱或无基础，基础一有扰动，房屋极易产生不均匀沉降及开裂。为了取保安全下穿敏感建筑群区，施工期间为此专门进行现场爆破震动监测分析，从而准确确定该种实际情况下各项参数，以优化调整循环进尺、装药量等爆破参数，达到控制爆破震动对地面建筑物的影响，确保地面建筑物安全。

　　3 结束语

　　3.1以前监控量测主要利用收敛仪直接量测两点之间长度的变化，人为误差较大，要利用装载机将人端起才能量测，特别是大断面隧道，全断面开挖以后即使利用装载机也较难对拱顶及拱腰部位进行量测，量测过程麻烦，且影响施工。先采用特殊装置并监测，该装置安装方便，利于监控点的保护，测量时直接利用全站仪自带的软件及功能可直接量测，操作高效，监测数据准确。

　　3.2在监控量测实施过程中，由于其他因素导致监测点被破坏的，要及时将点补上并读取数据，以确保数据的连续性，同时要认真保护好监测点。

　　3.3对于紧邻建筑物的浅埋暗挖大断面隧道施工，控制沉降是首要而又关键的问题。同时要控制爆破产生的地震速度在建筑物允许的安全速度之内。施工中应坚持二十一字方针——“管超前、严注浆、短开挖、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”。一方面通过采取分部开挖超前支护注浆加固的方法施工;另一方面加强监控量测、及时反馈，做到信息化施工。

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　　作者简介：

　　1、张雪玲(1976—)，女，工程师，2009年毕业于长安大学，管理学硕士。