隧道施工监测方案及应用浅析
2015-06-15
1隧道监测的目的和意义
隧道施工中的监控量测是保障工程建设的安全、质量、地面车辆以及沿线建筑和管线正常运行的重要手段。
监测目的大致分为：
（1）掌握监测工程对周围环境的影响，主要为地表沉降，地上建筑物沉陷等。
（2）掌握围岩在施工中的动态，控制围岩变形，指导施工作业。
（3）确认支护参数和施工方法的合理性、准确性，为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供依据，验证支护结构效果。以便及时确定施工对策和措施，以确保安全地施工。
（4）校核地下工程理论计算结果，为理论解析、数值分析提供计算数据与对比指标；为优化设计提供依据，保证隧道既稳定又经济。通过量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点，为今后类似工程或工法本身发展提供借鉴、依据和指导作用。
2隧道监测内容
隧道监控量测的工作内容总体上有地层沉降监测、水平位移监测、支护结构变形监测（包括支护体系的沉降、水平位移和挠曲变形）、支护结构的内力监测（包括支撑杆件的轴力监测和围护结构的弯距监测）、地下水土压力和变形的监测（包括土压力监测和孔隙水压力监测、地下水位监测、深层土体位移监测、基坑回弹监测）、建筑物或桥梁的变形监测（沉降监测、水平位移监测、倾斜监测和裂缝监测）、地下管线变形等监测。
3工程实例
3.1工程概况
三叉岭隧道位于既有西宁车站出站，进口端里程为DK192+160，出口端里程为DK197+860，全长5.7公里。隧道在进口端DK192+160-DK193+528段穿行于湟水河阶地地表下，埋深约12～25m；自DK193+528左右进入北山山体，穿行于三叉岭中。
3.2工程环境
三叉岭隧道洞身穿越一低中山山体，地势上隧道进、出口两端低而洞身部位高，地形起伏大，相对高差可达100m以上。该山体脊部高程约2548.7m，进、出口段地面高程多在2260～2300m之间。
3.3 隧道围岩分级
根据隧道洞身岩性特点及地下水发育情况对隧道岩体工程地质条件、围岩级别划分见表1。隧道总长5700m，其中Ⅵ级围岩长1330m，占23.33%；Ⅴ级围岩长1840m，占32.28%；Ⅳ级围岩长2530m，占44.39%。
3.4 监测项目
（1）地表下沉量测；
（2）拱顶下沉量测；
（3）水平相对净空变化值的量测；
（4）隧道围岩变形量测、应力～应变量测、初期支护内力、二衬内力等为主、围岩稳定性和支护效果分析为选测项目。
3.5 地表下沉监测
西宁隧道浅埋段埋深约20m，隧道开挖宽度约18m，故按《铁路隧道监控量测技术规程》每个断面埋设约15个点。本次穿越高速公路计划布设2-3个监测断面。但由于其下穿高速公路，而高速公路路基宽度约35m，此范围内不允许埋桩，故只能在路肩及坡脚埋设估测标志。
在浅埋隧道段的重点部位选择三个工点：（1）隧道进口段下穿高速公路处；（2）竖井部分；（3）地面有建筑物部分。
地表沉降测点横向间距为2-5m，在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两测量测范围不应小于H0+B（H0为隧道埋深，B为隧道开挖宽度）。
隧道浅埋段埋深约20m，隧道开挖宽度约18m，故按《铁路隧道监控量测技术规程》每个断面埋设约15个点。本次穿越高速公路计划布设2-3个监测断面。但由于其下穿高速公路，而高速公路路基宽度约35m，此范围内不允许埋桩，故只能在路肩及坡脚埋设估测标志。
3.6隧道内必测项目监测
3.6.1隧道拱顶下沉观测
浅埋地段隧道地表下沉量测断面布置宜与洞内水平净空变化和拱顶下沉观测点在同一横断面内，当地表有建筑结构物时，应在结构物周围增设下沉观测点。
观测方法一：采用水准测量求出设在拱部的测量标志相对高程的变化，来确定隧道拱部下沉量；
观测方法二：全站仪配合反光板，通过三角高程的方法测定标志的相对高程变化来确定隧道拱部下沉量。起始读数宜在3-6小时内完成。测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护，严防爆破损坏。
3.6.2隧道收敛观测
由于本次采用双侧壁导坑法施工，用收敛仪器观测有一定的不便，故采用全站仪配合反光板，通过两次观测结果来进行计算比较。
3.6.3监测点的布置
监测点的布置见图1。
3.6.4量测断面间距及频率
净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。量测断面间距和量测频率见表1，2。
4监测数据的处理及应用
以位移—时间曲线为基础，当位移急剧增加，或位移-时间曲线出现反弯点时，应加强观测，通知现场施工密切注意支护结构的变化。当位移—时间曲线趋于平缓时，进行回归分析，推算最终位移值，并总结出围岩位移变化的动态规律，指导设计和施工。主要从以下方面：判断危险状态、调整开挖作业程序、调整支护参数选择经济合理的最佳支护系统以及判定支护稳定状态确定防水层、砼衬砌最佳时间。
通过综合分析、评价及时修正设计、调整支护参数，对施工及时提供建议和措施。
