姚家至南关岭地铁隧道施工监控量测技术

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摘要：本文结合大连市地铁一期工程姚家～南关岭站区间隧道施工实际，详实地叙述了隧道监控量测的目的、任务、量测项目的分类、量测的主要内容和方法等技术，在施工中积累了许多宝贵的实践经验，可为类似工程的施工提供一定的借鉴作用。

关键词：隧道；监控；量测；技术

Abstract: this paper first phase of the subway in Dalian yao home ~ between south composition of station tunnel construction practice, is described in detail to tunnel monitoring measurement purpose, task, measure the classification of the project, main contents and methods of measurement technology, and accumulated much valuable experience in the construction, it can provide certain reference for the similar project construction.

Key words: tunnel; Monitoring and control; Measurement; technology.

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

前言

隧道工程通过地区内地形地质复杂，主要地质问题有；突水、突泥现象；岩溶水文地质；煤层及采空区，特殊性岩土，岩石风化破碎、撒落等。为确保施工过程的安全，将可能发生的事故防范与未然，切实做好施工过程监控量测工作是必不可少的。

1、监控量测的目的

监控量测是施工过程中检验设计参数，评价地面稳定性与施工方法的重要依据和关键环节。监控量测贯穿于施工全过程，及用人工观察和各种仪器测试围岩、地面的变化，支护的外观与力学变化，并将实测资料和数据加工处理成为一定的信息，及时反馈到设计和施工中，用以评价围岩的稳定程度和支护结构的可靠度，以便调整施工方法和支护参数，必要时还应采取相应的辅助方法，以确保施工的绝对安全和工程经济合理。

2、监控量测的任务

制定合理可行的监控量测方案，为隧道安全、优化施工提供依据，指导施工生产。

3、量测项目分类

量测项目分为必测项目和选测项目。

（1）必测项目

必测项目有：洞内状态观察；拱顶下沉量测；净空变形量测。此三项对各级围岩均属必测项目；对于浅埋隧道，地表下沉量测也是必测项目。见表1

表1必测项目

注：浅埋隧道（H0≤2b），H0—隧道的埋深，b—隧道宽度

（2）选测项目

选测项目应根据工程规模、地质条件、隧道埋深、开挖方法及其他特殊要求，有选择地进行。项目见表2。

表2选测项目

4、量测的主要内容和方法

（1）洞内状态观察

此项工作主要是以肉眼对开挖地段和支护地段进行观察，并作好记录，依此来直接判断围岩的级别、隧道的稳定性和支护结构的合理性。

①未支护地段的观察内容

A、围岩级别及分布状态，节理、裂隙发育程度和方向性，裂隙内充填物的性质和状态等。

B、工作面的稳定状态，顶部有无剥落现象等。

C、是否有涌水，水量大小、位置和压力等。

②已支护地段的观察内容

A、有无锚杆被拉断、或垫板陷入围岩内部的现象。

B、喷射混凝土是否产生裂缝或剥离；钢拱架有无被压屈的现象；隧道底部是否有底鼓现象。

C、锚杆注浆质量、喷射混凝土施工质量是否达到规定要求。

洞内状态观察是直接判断围岩级别、隧道的稳定性和支护结构的合理性的重要手段。已施工地段的观察至少每天应进行一次，观察中，如果发现异常现象，要详细记录其时间、地点，并采取相应的措施，确保施工安全。

（2）拱顶下沉量测

拱顶下沉量测是测出拱顶的绝对下沉量。

由已知高程的水准点，使用精密水准仪，就可观察出拱顶点的下沉量随时间的变化情况。地表下沉和隧道底鼓也是用此法观察。

①测量仪器和测点布置

拱顶下沉量测一般用水准测量的方法，观察仪器要用精密水准仪；又因拱部一般较高，常常用钢尺代替塔尺。

一般是在隧道开挖后的洞内拱顶布点，原则上测点应设在拱顶的中心点，如果因风管妨碍测量工作时，也可将测点设于拱顶中心点之外。

在现场，测点一般是埋设废、短钢筋头。

②测点的间距

拱顶下沉量测与净空变形量测原则上设置在同一断面进行；其量测的间距一般为：Ⅱ级围岩150m，Ⅲ级围岩100m，Ⅳ级围岩50m，Ⅴ--Ⅵ级围岩20m；洞口附近及施工初期的测点间距应适当缩短，一般为10—20m。

③量测频率

量测频率：越“新鲜”的点，量测频率应越大。见表3。

表3 拱顶下沉与净空变形量测频率

④数据整理

根据量测资料应绘制出下列曲线：下沉量随时间变化的曲线；下沉速度随时间变化的曲线；下沉量与开挖面之间距离关系的曲线。

（3）净空变形量测

净空变形量测：测出隧道周边相对方向两个固定点连线上的相对位移值；它是判断围岩动态最直观和最重要的量测信息。

①测量仪器

净空变形一般采用收敛计进行量测；目前国内使用的收敛计种类很多，但应用最广泛的是弹簧式的，以前是读数的，现在已有数显的。

②量测方法

用收敛计测净空变形的原理是：采用一根在弹簧作用下被拉紧的钢尺，通过百分表读出隧道周边两测点间的距离，从而计算出两测点连线方向上的相对位移值。

具体方法如下：

A、先在隧道周边围岩表面凿两个孔，在孔内填塞水泥砂浆后插入测杆作为今后量测的基准点，设置时尽量使两测杆轴线在连线方向上。

B、将收敛计架和钢尺一端分别用销子连接到两测杆端头上，安装好收敛计。

C、摇动手柄至合适刻度测，重复测试3次，取其平均值作为初始观察值R0。

段时间内的收敛值为：Ut=Rt－R0。

③测线布置

净空变形量测的测线布置原则是：围岩越好，测线越少；围岩越差，测线越多；一般视围岩条件可选1条、2条、或3条，最多选6条测线。

拱顶下沉量测的测点，一般可与净空变形量测测点共用，这样既节省了安设工作量，更重要的是使测点统一，测试结果可以互相校验。

④数据整理

根据量测资料应绘制出下列曲线：位移量随时间变化的曲线；位移速度随时间变化的曲线；位移量与开挖面之间距离关系的曲线

⑤量测控制标准

A、净空变形、拱顶下沉量测应在每次开挖后12h内取得初读数，最迟不得大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。

B、净空变化速度持续大于1.0mm/d时，说明围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护；净空变化速度小于0.2mm/d时，说明围岩达到基本稳定。

C、等围岩达到基本稳定后，再以1次/7d的量测频率测2—3周后，可结束量测。

D、对于膨胀性、流变性围岩，位移长期没有减缓趋势，应适当延长量测时间，直到位移速率小于0.5mm/d时，方可结束量测。

（4）地表下沉量测

浅埋隧道或隧道的浅埋段，多为土质或软弱围岩，一般将会产生较大的地表下沉；为了评判隧道的围岩稳定性和支护效果，地表下沉量测尤为重要，是必不可少的必测项目。

特别对于城市地区隧道，地表下沉量测为主要项目。

地表下沉量测方法与拱顶下沉量测的方法一样，均是水准测量的方法。

（5）围岩内部位移

围岩内部各点的围岩同隧道周边位移一样，也是围岩动态的表现；它不仅反映了围岩内部的松弛程度，而且更能反映围岩松弛范围的大小，这也是判断围岩稳定性的一个重要参考指标。

围岩内部位移属于选测项目，所用仪器：位移计，位移的单位为长度单位，其量测精度为0.1mm。

在实际量测工作中，先是向围岩钻孔，然后用位移计量测钻孔内、即围岩内部各点相对于孔口一点的相对位移。

（6）锚杆杆体受力、钢拱架受力

锚杆、钢拱架的工作状态好坏主要以其受力后的应力—应变来反映。

锚杆杆体受力、钢拱架受力都属于选测项目，所用仪器：钢筋计，应力的单位为Mpa，其量测精度为0.1Mpa。

实际量测工作中，是采用与设计锚杆、钢拱架强度相等，且刚度基本相等的各式钢筋计来观察锚杆的应力—应变。

（7）围岩压力量测

喷射混凝土或模筑混凝土与围岩之间的接触应力大小，既反映了支护的工作状态，又反映了围岩施加于支护的压力情况，因此围岩压力量测就成为必要。

围岩压力量测属于选测项目，按其获得压力的方法可分为直接量测法和间接量测法。

①直接量测法

直接量测法：是指采用各种压力盒量测作用在衬砌或支护结构上的压力方法；该方法主要是利用各种土压力盒，将其置于衬砌与围岩之间，使二者之间的压力由压力盒上直接读出来。

量测仪器：压力盒，压力的单位为Mpa，其量测精度为0.001Mpa。

压力盒其实就是一种土压力传感器，它的形式有电阻式、电容式、电压式和振弦式等；其中振弦式压力盒是电测压力盒中最普遍的一种。

②间接量测法

间接量测法：通过对衬砌或支护及围岩的应力或应变的量测来推算围岩压力的方法。

③内部埋设法：这种方法是衬砌或支护施工时，先将测量应变的元件埋设在支护与围岩之间，以测出支护的内外表面的应变变化，进而反推出围岩压力。

所用仪器：应变计、应力计。

④电测锚杆法：电测锚杆是一种特制的空心锚杆、并在其内部贴有应变元件；在隧道施工中，可将其锚固在围岩中，这样电测锚杆就会随着围岩的变形而变形，这种变形通过应变元件测出，依此来推算围岩压力。

随着全站仪的发展，现代隧道量测技术也在更新，因为全站仪可以测出空间一点三维坐标，不用钢尺和塔尺，所以又称无尺量测。

5、工程实例

大连市地铁一期工程姚家～南关岭站区间位于大连市华北路北侧，向东北方向穿越既有哈大铁路线，呈东北-西南走向，起止里程DK1+339.921～DK2+380，区间长度1040.079米(右线)，包括明挖段和暗挖段两部分。

暗挖区间起止里程：左线DK1+867.275～DK2+380，长度512.725m，右线DK1+850～DK2+380，长530m；左右线间距为17米。

隧道在平面上，大部分处于直线段，共474米；剩余56米处于R=300m的缓和曲线上。在DK2+339处设置一处联络通道兼泵房。隧道东西两端分别与本区间明挖段和南关岭站站前明挖结构相接。

施工中按照“管超前、短进尺、强支护、严治水、实回填、早封闭、勤测量”的原则展开隧道施工作业，使整个隧道的安全质量有序可控。