围岩监控量测技术在隧道施工中的应用
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摘要：本文以围岩监控量测技术在横山隧道施工中的应用为例，介绍了量测的实施过程、量测数据的分析、信息反馈及采取相应措施后的效果。
关键词：隧道 监控量测 周边收敛 拱顶沉降 回归分析
0 引言
围岩监控量测指的是在隧道施工时，实时监测支护系统及围岩的稳定性能和变化情况，以进一步优化施工方案，并对支护参数进行合理的调整。在新奥法施工中，这个环节的工作非常关键。新奥法属于一种全新的隧道施工理念，它主要通过开挖法、支护形式及辅助手段，尽量利用围岩自身的承载能力来提高隧道施工的安全系数，同时使其更为经济合理。而其安全性、经济性和合理性，主要体现在能及时为下一环境的设计即施工提供有效的围岩监控量测数据。所以，采用新奥法施工的重点在于准确、及时、快速地进行围岩检测即信息反馈。
通过新奥法施工的一个案例就是太中银铁路横山隧道施工项目，该项目施工很好的运用了围岩监测技术，并由此获得的预期的技术经济效益和社会效益。
1 工程概况
横山隧道位于陕西省横山县境内，是全线范围的重点控制工程。隧道起迄里程为DK333+265～DK344+713，全长11448m；隧道设计为双线隧道。隧道最大埋深为283.68m。
隧道平面进口DK333+265至DK334+966.83段为半径为3500m的右曲线上，从DK334+966.83至隧道出口DK344+713段为直线；隧道内纵坡为单坡道，自隧道进口至DK335+070为5‰的上坡，DK335+050至隧道出口为11‰的上坡。隧道围岩情况总体情况较好，Ⅲ级围岩分布总长度为9710m，占隧道总长的85%；Ⅳ级围岩分布总长度为1513m，占隧道总长的13%；Ⅴ级围岩分布总长度为225m，占隧道总长的2%。
2 施工监控量测
2.1 现场监控量测的目的
在施工过程中，加强围岩的监控量测，及时准确反馈初支收敛情况，是调整施工支护参数，优化施工方案，确保施工安全的重要手段。在横山隧道施工过程中，我们严格按照新奥法要求施工，通过量测数据收集、整理和分析达到以下几个目的:
2.1.1 了解围岩、支护变形情况，以便及时调整和修正支护参数，保证围岩稳定和施工安全；
2.1.2 提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据，确定二次衬砌施作时间；
2.1.3 依据量测信息采取相应措施，优化施工方案，在保证施工安全的前提下加快施工进度。
2.2 围岩监控量测的基本情况
2.2.1 工具
ZW20型收敛仪，用于隧道断面水平位移测量观测。最小读数0.1度的温度计，用于测量隧道环境温度，温度变化对收敛仪测量影响很大。高精度水准仪，用于测量隧道拱顶下沉观测。
2.2.2 测点埋设及要求
隧道净空变化、拱顶下沉量测项目设置在同一断面，量测断面的间距及测点数量设定主要依据围岩类别，一般量测断面的布设要求见表1。
表1
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注：洞口及浅埋地段断面间距取小值。
测点埋设应尽可能靠近掌子面，一般距工作面0.5m～2.0m。测点埋好后，应在下一循环爆破前量取第一次读数。
2.3 现场监控量测要求
2.3.1 喷锚支护施作2h后即埋设测点，进行第一次量测数据采集。
2.3.2 测试前检查仪表设备是否完好，如发现故障应及时修理或更换;确认测点是否松动或人为损坏，只有测点状态良好时方可进行测试工作。
2.3.3 测试时，应根据监测流程提前装设仪器仪表，一个监测点要测读3次。如果3次数值差距不大，观测结果则取其平均值；如果3次的数值差距较大，就要对量测仪器仪表进行检查，确保其安装无误、测点不松动后再重新测量。认真记录每一次量测的环境温度、支护状况和掘进里程等数据。现场粗略的对量测数据进行计算，如变位过大，则要尽快告知现场施工负责人进行处理，以免出现问题。
2.3.4 结束量测以后，对仪器、仪表进行检查，并按要求对仪器进行保管和养护；认真整理监控量测资料等施工材料。
3 监控量测数据分析及应用
根据各点的累计位移及变形曲线，对量测资料进行非线性回归分析。回归分析是对量测数据进行处理后，绘制成典型曲线的一种方式。回归分析实际是对一系列具有一定规律的量测数据进行处理和计算，并由此分析出两个变量间的函数式关系。通过函数式绘制的曲线代表测试数据的散点分布，同时对变量的极限值进行推算。我们可通过指数函数来对拱顶下沉及周边收敛的量测信息进行回归分析。分析量测信息的过程中，必须综合分析实际的观测数据和相关情况，以隧道施工总体安排为依据施做二次衬砌，或加强围岩支护。以下是参照横山隧道周边收敛与时间关系以及拱顶下沉与时间关系两条曲线，选择其中一个特殊断面的周边收敛即拱顶下沉开展回归分析工作。图1为DK343+190周边收敛的回归曲线(回归分析的极限值8.0127mm，相关系数0.9956)，图2为拱顶下沉曲线(回归分析的极限值11.775mm，相关系数0.9984)。
4 对围岩监控量测技术中问题的认识
在新奥法施工过程中，大部分施工单位都采用围岩监测技术来分析围岩的稳定性。采用围岩监控量测技术进行隧道施工能避免塌方现象，增加支护的稳定性能，提高隧道施工的安全系数。开挖支护以后，操作人员可通过围岩监控量测技术来判定支护的强度、围岩的稳定性以及变形稳定的时间。
技术人员在对围岩情况进行现场观测后发现，Ⅱ-Ⅲ级围岩在开挖后，其稳定性良好，稳定性持续时间较长，而且没有发生较大的变形，现场施工过程中可适当减少对围岩变形情况的监测次数，如果情况较好，可不进行监测。
Ⅳ-Ⅴ级围岩地段围堰性能不好，因此必须对其进行监控量测。这一地段的地质状况不好，而且存在某些不可预见的因素，极有可能发生塌方等突发事件，在围岩监控量测过程中，变形病害不可避免。在这种情况下，应坚持早衬砌的原则，确保施工安全，防止塌方发生，而不能机械地按照新奥法施工要求，在围岩变形“明显下降，收敛量达总收敛量80-90%，收敛速度
因为围岩比较软弱，且地质构造不均匀，局部变形问题不可避免，因此，为全面掌握围岩的变形情况，施工单位除了要采用围岩监控量测仪开展施工活动，还应该利用水平仪等仪器对现场施工情况进行观察。
隧道施工过程中，我们常常会思考应该采用哪种支护体系，在不违反施工规范的前提下保证其经济实用。根据这一要求，采用新奥法开展隧道施工，可根据围岩类型每隔2米一个断面对拱顶下沉情况进行观测，每10米进行1次三点收敛量测。但从技术角度来分析，我们并不能保证这样的支护体系绝对安全，完成初期支护后，变形问题也是不可避免的：当现有支护体系无法对围岩变形程度进行有力的控制，致使变形病害进一步蔓延，就要尽快采取补救措施。
5 结语
综上所述，通过对横山隧道进行实地围岩监控量测，我们进一步掌握了围岩监控量测技术的操作规程，同时也在隧道施工过程中积累了大量围岩监控量测的实践经验。通过隧道监控量测，及时掌握围岩的动态，预测围岩的变形量，判断围岩的稳定，分析施工方案的正确性，是十分必要的，因此围岩监控量测是隧道施工中是不可缺少的施工手段。另一方面，通过围岩监控量测，进行信息反馈，可以及时修改施工设计，从而达到快速、优质、低耗、安全地施工。
参考文献：
[1]李晓红.隧道新奥法及其量测技术[M].北京.科学出版社，2001.
[2]易丽萍.现代隧道设计与施工[M].北京.中国铁道出版社，1997.