浅谈铁路高风险隧道监控量测
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摘要：在铁路修建过程中隧道是影响工程进度的最大瓶颈，因此隧道的监控量测对工程的质量、工程的进度、工程的成本起到了至关重要的作用。本文作者结合多年工作经验主要就高风险隧道的类型及监控量测等方面进行了简单探讨，希望对相关从业人员有所帮助。
关键词：铁路隧道；高风险隧道；监控量测
中图分类号：U459.1 文献标识码：A
前言
监控量测是铁路隧道施工过程中，对围岩支护体系的稳定状态进行监测，为初期支护参数的调整和二次衬砌施作的时机提出依据，是确保施工安全和结构安全可靠、指导施工过程和施工安全监控的重要手段，是铁路隧道设计文件的重要组成部分，也是铁路隧道施工作业中关键的重要作业环节。特别是在我国铁路建设飞速发展的今天，铁路隧道监控量测尤其是一些高风险隧道的监控量测，对铁路工程的质量、工程的进度、工程的成本起着至关重要的作用。下面本人结合多年工作实际，主要就铁路高风险隧道类型及监控量测等方面浅谈几点看法，希望对相关从业人员有所帮助。
1 目前我国铁路隧道建设概况
1.1全路在建和规划隧道统计。根据权威机构统计至2013年底，在建铁路隧道4000多座，长度约7800公里，其中长度3-10公里的隧道554座，2998公里，长度大于10公里的隧道114座，1632公里；规划隧道4700座，总长9500公里，其中长度3-10公里的隧道864座，4577公里，长度大于10公里的隧道135座，1972公里。
1.2全路在建隧道特点。一是隧道所占比重大，隧线比全路平均21.7%。二是长大隧道多，占全路在建隧道总长的21.3%。三是隧道地质复杂，高风险隧道多。
1.3铁路隧道安全施工及风险管理文件。（1）铁路隧道风险评估与管理暂行规定；（2）关于加强铁路隧道工程安全工作的若干意见；（3）关于进一步加强铁路隧道安全工作的通知；（4）“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”；（5）关于印发《铁路建设工程安全风险管理暂行办法》的通知；（6）关于进一步加强铁路建设安全生产工作的通知；（7）关于进一步加强铁路隧道设计施工安全管理工作的通知。
2 铁路高风险隧道类型及案例分析
2.1铁路隧道高风险类型
四大高风险：岩溶；断层；瓦斯；围岩破碎。
四大难题：软岩高地应力；含水砂层；浅埋；高地温。
2.2案例分析
（1）岩溶(突水突泥突石）。案例：2006年1月21日凌晨6:00，马鹿箐隧道出口平导反坡施工到PDK255+978里程，爆破后正准备出碴时，掌子面突发涌水，峰值涌水量30万方/小时。突水突泥约7小时后稳定为300方/小时。突水突泥造成多名作业人员遇难，经济损失巨大。
（2）断层（突水涌泥）
。案例：2009年3月14日厦深铁路梁山隧道
，梁山隧道进口开挖到2505米，出碴时，发生小型突泥，突泥量约200立方。清淤时，突然发生大规模突水突泥，突泥量约8000立方。4月6日再次突泥，突泥量约2万立方，淤积长度230米。突泥后地表坍陷，陷坑面积50平方米，深20米。突泥点埋深270米。
（3）瓦斯。案例：都汶高速公路董家山隧道双洞。该隧道多次通过煤层，但煤层都很薄，瓦斯压力0.172-0.67 MPa,勘测资料认定为低瓦斯隧道。2005年12月上旬，隧道右洞进口掌子面发生坍方。由于该处位于背斜核部、裂隙发育、裂隙中含有煤层瓦斯，坍方又促使瓦斯大量涌出。12月22日，衬砌台车上的不防爆插座打火，引起瓦斯爆炸，当场死44人，伤11人。爆炸气流充满1500巷道并冲出洞口，并将洞外几十吨重台车推动几十米。
（4）围岩破碎。案例：南黎铁路那适2＃隧道关门坍方。2010年7月11日15时56分，+382处前方顶部突然发生坍方，范围+382～428，长度46米，坍方量4800方，导致10名施工人员被困。
3.1监控量测的主要内容
一是量测的目的。通过施工和环境监测进行信息反馈及预测预报， 优化施工组织设计，指导现场施工，确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会、经济和环境效益；掌握围岩动态，了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布，对围岩稳定性作出评价；验证支护结构型式、支护参数，评价支护结构、施工方法的合理性及其安全性，确定支护时间而监控量测是信息化设计与施工的重要内容。
二是监控量测要求。能快速埋设测点；每一次量测数据所需时间应尽可能短；量测数据应准确可靠；量测元件应具有良好的防震、防冲击波能力；量测数据直观，不必复杂计算即可直接应用；测点埋设能长期有效工作；测量仪器和方法应满有足够的精度。
三是存在的问题。隧道设计和施工与监控量测很难做到有机结合；测试手段不多和测试仪器精度不高；数据处理技术没有统一规范、精度不高；对一些特殊地质情况的隧道施工监测办法不多等。
3.2各监测项目的监测方法
一是地质和支护情况观察。监测内容主要是观察并描述隧道围岩地质、地下水情况和衬砌支护情况。具体有围岩岩性、地质构造、岩体结构特性、地下水。
二是周边收敛量测。一般采用收敛计量测，也可采用高精度全站仪进行数据采集。使用收敛计量测时将收敛计挂钩挂上的方法是摘下一长鱼杆前端较细的数节,用适当粗细的铁丝加工一小挂钩固定在该鱼杆顶端,再在收敛计挂钩附近固定一类似挂钩,使用时,将挂钩相互挂住，然后伸长鱼杆,即可方便地将收敛计挂钩挂向高处。拱顶下沉量测拱顶下沉可采用多种方式进行量测,如钢尺配合水准仪量测，用收敛量测结果反算拱顶下沉量，还可用专门量测的反射贴片配合全站仪进行量测。
三是地表下沉量测。①基点布设。埋设在隧道开挖纵横向各3～5倍洞径外的区域，埋设两个基点,以便互相校核,参照标准水准点埋设,所有基点应与附近水准点联测取得原始高程。②测点布设。在测点位置挖长、宽、深均为200mm的坑，然后放入地表测点预埋件,测点四周用混凝土填实,待混凝土固结后即可量测。③量测。一般可用水准仪量测,也可用高精度全站仪进行观测。
四是边坡位移量测。在隧道进出口的山体边坡上布设边坡稳定监测网,监测网采用高精度的全站仪监测,监测网的测线取边坡滑动方向和垂直于边坡滑动方向。
3.3量测数据的整理与应用
一是各项量测所观察到的数据及时进行整理,并绘制曲线
净空位移(拱顶下沉和周边位移)量测绘制位移(u)和时间(t)关系曲线、位移(u)和距开挖面距离(l)关系曲线、位移速度(v)和时间(t)关系曲线。
地表下沉量测绘制地表下沉位移(u)和时间(t)关系曲线、地表下沉位移(u)和距开挖面距离(l)关系曲线。
围岩内部位移量测绘制孔内各测点(Ln)位移(u)和时间(t)关系曲线、绘制不同时间(Tn)和位移(u)和测点深度位置(l)关系曲线。
围岩压力量测绘制围岩压力(应力)和时间(t)关系曲线、围岩压力(应力)和距开挖面距离(l)关系曲线。
锚杆轴向力量测绘制不同时间(Tn)锚杆轴力(应力)和深度(l)关系曲线、各测点轴力(应力)和时间(t)关系曲线。
二是数据处理、分析及应用
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，同时又使各项数据间能相互比较、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2m以内，工作面开挖后12h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，此时在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。
4 结束语
铁路高风险隧道因其特殊性、复杂性和隧道围岩的不确定性，对隧道监控量测工作提出了更高的要求，在实际监控量测工作中我们要不断积累总结经验和完善相关理论，更好的为铁路高风险隧道建设做出积极的贡献。