城市地铁隧道施工监控量测

摘要：本文介绍了城市地铁隧道施工监控量测的流程、监控量测的内容方法和数据采集与分析，通过城市地铁隧道施工监控量测数据经分析处理和必要的计算后，进行预测和反馈，以保证城市地铁隧道施工安全和隧道稳定。

关键词：城市地铁；隧道施工；监控；量测

Abstract: This paper describes the urban tunnel construction monitoring the process of measuring, monitoring measurement contents method, data acquisition and analysis, and after analysis treatment and the necessary calculations of urban tunnel construction to monitor the amount of measured data, forecasting and feedback, to ensure that the urban tunnel construction safety and tunnel stability.Key words: urban subway; tunnel construction; monitoring; measurement

中图分类号：U231+.3 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

监控量测是城市地铁隧道新奥法施工中的重要一环，监控量测的目的，归纳起来，是掌握围岩稳定与支护受力、变形的动态或信息，并以此判断设计、施工的安全与经济，它几乎伴随着施工的全过程[1 ]；具体来说，有以下几点：（1）对围岩动态和支护结构的工作状态作出正确的评价，利用监测的成果，优化设计，指导施工；（2）预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然；（3）为地下工程设计与施工积累资料；（4）为确定隧道安全提供可靠的信息；（5）量测数据经分析处理和必要的计算后，进行预测和反馈，以保证施工安全和隧道稳定。

1监测流程

监控量测作为施工组织的核心内容之一被置于一个动态的管理体系之中，具体包括了监控、预测和反馈等几个主要阶段，监测工作流程示于图1所示。

图1监测流程

隧道施工的监测旨在反映施工中围岩动态变化的信息，据此判断围岩的稳定状态，以及所定支护结构参数和施工的合理性。结合本工程，根据我国《铁路隧道施工规范》[2]、《公路隧道施工技术规范》[3]，本项目根据实际情况分为以下几个量测项目：

1.1净空相对位移量测

隧道内壁面上两点连线方向的位移之和称为“收敛”，此量测项目为“收敛量测”。收敛值为两次量测的距离之差。收敛量测是隧道监控量测的重要项目，是隧道围岩应力变化的最直观的反映，可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息；并可为二次衬砌提供合理的支护时机；所以收敛值是最基本的量测数据，应尽量准确，减少误差。监测量：净空收敛位移值；收敛稳定时间

1.2拱顶下沉量测

隧道拱顶内壁的绝对下沉量称为拱顶下沉值。拱顶下沉量测的目的是根据拱顶下沉速度和拱顶下沉值来判断围岩的稳定程度，和收敛量测一起为二衬提供合理的支护时机。 监测量：拱顶下沉值；拱顶下沉稳定时间。

1.3地表下沉及建筑物监测

隧道顶部地表沉降量测，是为了判定隧道对地面建筑物的影响程度和范围，并掌握地表下沉规律，为分析隧道开挖对围岩力学形态的扰动状况提供信息。在浅埋隧道施工中进行此项量测意义重大。建筑物监测是监测在隧道施工过程中是否对地面建筑物造成了重大影响而影响建筑物的使用，并以此修正爆破参数。 监测量：地表下沉值；下沉稳定时间。

1.4刚支撑内力量测

在Ⅴ级围岩中，隧道开挖后常需要采用各种刚支撑进行支护。量测围岩作用在刚支撑上的压力，对维护支架承载能力、检验隧道偏压、保证施工安全、优化支护参数等具有重要意义。监测量：应力应变值

2 监测方法

2.1 净空相对位移收敛和拱顶下沉量测

隧道净空相对位移是指隧道周边相对方向两个固定点连线上的相对位移值,它是隧道开挖所引起围岩变形值最直观的表现,对其量测采用隧道净空变化测定计（简称收敛计）进行。隧道周边收敛量测的测点和量测基线如图2所示。每种围岩类别各选择若干个比较有代表性的断面布置量测标志，Ⅳ级围岩按20m间距布点，Ⅴ及围岩按10m间距布点，收敛量测测点与拱顶下沉测点布置在同一断面。埋设测点时，先在测点处用人工挖孔，开挖孔深为30～50cm，孔径8～12mm的孔。在孔中填满水泥沙浆后插入收敛预埋件，尽量使两预埋件轴线在基线方向上，并使预埋件销孔轴线处于铅垂位置，上好保护帽，待沙浆凝固后即可量测。

图2 收敛及拱顶沉降测点布置

2.2地表下沉量测

在需进行量测的地表预埋设测点，定位基准点（不动点），并测得初值。以后每次测得的值与初值之差即为下沉值；用电子水准仪进行观测。测点布置见图3。

具体要求：

2.2.1观测应在水准仪及标尺检验合格后方可进行，且避免在测点和标尺有振动时进行；

2.2.2尽量选择在每一天同一时间进行观测，观测坚持四固定原则，即：施测人员固定，测点位置固定，测量延续时间固定，施测顺序固定。

图3下沉测点埋设

2.3刚支撑内力量测

在本隧道施工过程中主要进行格栅拱架进行初期支护，因此内力量测主要针对格栅拱架进行。隧道格栅拱架内力量测采用埋入式应变计进行，根据本工程段Ⅴ级围岩的实际情况，每个断面布置5～8对测点，布点图见图4；具体量测方法：把埋入式应变计固定在钢格栅上，用测试仪将读数调零；等喷浆过后即可量测，读得的应变值用虎克定律转换为内力。此方法操作简单、安全、使用方便。但要注意测线的保护，一旦测线被破坏，将不可修复。

图4 应变计埋设示意图

3 数据采集与分析

3．1 数据采集

任何现场量测都不可避免地存在误差。为得到更为真实、可靠的量测数据，在监控量测、采集数据时，应尽量减少各种误差。

3.1.1在隧道开挖后，尽可能早的埋设测点，并及时进行初次量测，以尽量测得变形与应力的初始数据。

3.1.2做到量测、采集数据专人专项负责，以减少随机误差。

3.1.3在使用精密水准仪进行洞内周边收敛位移量测时，通过左右尺读数控制系统误差。

3.1.4专项量测需制定专项记录表。对于手工记录资料要保存好原始记录表，对于智能式记录器要及时将量测数据导入电脑，以防丢失。

3．2 数据处理

现场量测数据应及时进行处理，绘制成位移、应力、内力和时间的关系曲线(或散点图)，曲线的时间横座标下应注明施工工序和开挖工作面距量测断面的距离，以便更准确的进行数据的回归分析，并对隧道的受力状态作出判断。

在进行数据处理过程中，对一些异常数据应根据测量误差的处理原则进行剔除，并及时进行复测校正[4，5]。

是最常用的位移数据分析方法，根据实际监测信息，对位移可选用下列函数之一进行回归分析。

3.2.1对数函数，例如：

（1）

3.2.2指数函数，例如：

（2）

3.2.3双曲函数，例如：

（3）

式中、为回归常数，为测点初读数后的时间(d)，为位移值(mm)。

图5正常曲线与异常曲线示意图

4 结 论

4.1监控量测是新奥法施工中的重要一环，监控量测的目的是掌握围岩稳定与支护受力、变形的动态或信息。

4.2城市地铁隧道施工监控量测包括：净空相对位移量测、拱顶下沉量测、地表下沉及建筑物监测、刚支撑内力量测。

4.3城市地铁隧道施工监控量测数据应及时进行处理，绘制成位移、应力、内力和时间的关系曲线，以便更准确的进行数据的回归分析，并对隧道的受力状态作出判断。

参考文献

[1] 才.隧道工程[M]. 人民交通出版社.2006.6

[2] TB10204-2002~J163-2002. 铁路隧道施工规范[S].中国铁道出版社.2002.6

[3] JTJ042-94. 公路隧道施工技术规范[S]. 人民交通出版社.1995.8

[4] 张凯,徐建平. 公路大跨度隧道开挖及初期支护施工技术[J]. 湖南工业大学学报.2007.3

[5] Hiroshi KURIYAMA,Tokuji KOGA, Takaya OGATA. The design and constructionofpillar reinforcement at horizontal twintunnels Proceeding of Tunnel Engineeting, 2000(10):125-130

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。