客运专线铁路双线隧道施工监控量测技术及应用

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1、http:/ -1- 客运专线铁路双线隧道施工监控量测技术及应用客运专线铁路双线隧道施工监控量测技术及应用 张军朝 河北省晋州市交通局公路管理站，河北晋州(052260) E-mail： 摘摘 要：要：施工监控量测是新奥法隧道施工的三大支柱之一，是隧道施工技术信息的来源,是 隧道安全施工的前提条件。本文结合石太铁路客运专线小坡山隧道施工现场监控量测工作， 对隧道施工现场监控量测做简要介绍。 关键词关键词：客运专线隧道，监控量测，技术，应用 1. 引言引言 新奥法隧道设计与施工技术目前在铁路隧道中得到了广泛的应用。 现场监控量测是新奥法隧道施工的三大支柱之一，是隧道施工技术信息的来源,是隧道安全

2、施工的前提条件。本文结合石太铁路客运专线小坡山隧道施工现场监控量测工作， 对隧道施工现场监控量测做简要介绍。 2. 概况概况 石家庄至太原铁路客运专线是一条时速 200km/h(远期 250km/h)客货共线铁路，正线全长 189.93km。设计使用寿命 100 年。其小坡山隧道位于太行山东麓低山区，为双线铁路隧道，隧道全长 4507m，隧道进口里程为 DIK38+210，出口里程为 DIK42+717，隧道中心里程为 DIK40+463.5，隧道出口段长 759 米，位于 R=6000 米的曲线上，其余部分均位于直线上，隧道出口段 37 米位于 7.5的上坡上，其余部分位于 3的上坡上，受井

3、陉车站的影响DIK42+120DIK42+717 段线间距为 4.604.66 米，其余部分的线间距为 4.6 米。 隧道范围地层主要岩性为第四系新黄土、粗角砾土；奥陶系泥灰岩、角砾状泥灰岩、石灰岩、白云质石灰岩等。 该隧道 DIK39+760DIK41+760 地段存在角砾岩泥灰岩、泥灰岩,、级围岩占隧道全长的 38.09%。DIK39+300DIK40+480 地段位于泉域径流带存在小股状涌水地质灾害的可能。 该隧道为长大隧道，地质岩层有很大的限制，工程量大、施工难度大，要求标准高，沉降难以控制，是石太铁路客运专线的重点控制工程。 2.1 施工方法施工方法 根据小坡山隧道的围岩条件，不同的

4、围岩等级采用不同的施工方法。 2.2 、级围岩开挖方法、级围岩开挖方法 、级围岩，围岩整体性较好，自稳性强，采用全断面开挖。 2.3 级围岩开挖方法级围岩开挖方法 级围岩采用台阶法，上台阶风枪钻眼，下台阶液压台车钻眼。 2.4 级围岩开挖方法级围岩开挖方法 级围岩，分别采用 CD 或 CRD 法施工，级围岩基本不用爆破，采用臂式挖掘机直http:/ -2- 接开挖装碴，周边部位人工风镐开挖修边。 2.5 斜井开挖方法斜井开挖方法 斜井、 、 级围岩采用钻眼台架配合风枪全断面法开挖； 级围岩采用台阶法施工。 2.6 爆破开挖原则爆破开挖原则 隧道爆破采用塑料导爆管光面爆破工艺， 保证隧道轮廓尺寸

5、， 减少超欠挖。 对于级(有地下水)及级软弱破碎围岩遵循“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则组织施工。 2.7 减少振动措施减少振动措施 为有效减少爆破振动，隧道掏槽设计均采用楔形掏槽形式。 2.8 组织施工设计原理组织施工设计原理 该隧道开挖按新奥法原理组织施工， 采用光面爆破设计或预裂爆破设计， 施工中根据爆破效果随时调整，严格控制超欠挖，达到爆破周边圆顺，减少爆破对周边围岩的扰动和降低劳材消耗。 3. 现场监控量测目的现场监控量测目的 监控量测是隧道在施工过程中，对围岩支护体系的稳定性状态进行监测，为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供科学依据，是确保施工及结构安全、指导施工

6、顺序、便利施工管理的重要手段。采用新奥法施工的隧道，监控量测是施工过程中必不可少的施工程序。 4. 现场监控量测组织机构现场监控量测组织机构 小坡山隧道全长 4507m，采用新奥法施工技术。项目经理部按照设计要求，根据地质条件、量测目的、施工进程，由技术主管编制量测计划，成立现场监控量测小组，长期固定专职测量技术员进行各项监控量测工作，采集原始数据，及时汇总分析，并整理上报。 5. 监控项目及量测点的布置监控项目及量测点的布置 根据设计要求， 经监理工程师批准， 确定小坡山隧道现场监控量测的项目为围岩及支护状态观察、拱顶下沉、周边位移及收敛以及浅埋段的地表下沉为必测项目。而围岩与支护结构的接触

7、应力及支护结构的应力状态量测作为选测项目，根据现场实际情况，必要时采用。 5.1 围岩及支护状态观察围岩及支护状态观察 开挖面地质描述，包括围岩岩性、岩质、断层破碎带、节理裂隙发育程度和方向、有无松散坍塌、剥落掉块现象、有无渗水等；初级支护状态包括喷层是否产生裂缝、剥离和剪切破坏、格栅支撑是否压屈进行观察分析。对以上情况进行详细描述、记录，并予以评估，作为支护参数选择的参考及量测等级选择的依据。 具体采用分值评价表进行， 评价方法参照有关规范和规定。 5.2 拱顶下沉、周边位移及收敛、底板隆起拱顶下沉、周边位移及收敛、底板隆起 原则上将拱顶下沉及周边收敛位移量测布置在同一个断面， 断面间距当围

8、岩级别为级http:/ -3- 时为 80100 米，级为 3050 米，级为 1030 米，级为 510 米。拱顶下沉量测测点布置在拱顶。 周边位移量测以量测初期支护上各点的绝对位移为目的， 通过水平及斜向收敛量测，验证周边位移结果。周边位移量测主要在、级围岩中进行，每个断面布置约10 个测点，拱顶下沉及收敛量测在整个隧道中进行。测点及测线布置如图 1、图 2。 5.3 围岩及支护间的接触应力围岩及支护间的接触应力 此项量测可在级软弱围岩中进行，断面距离为 510 米，断面上测点可对称布置，每个标准双线断面可设约 26 个测点，各测点布置见图。该项量测难度较大。 5.4 初期支护的格栅主筋应

9、力量测初期支护的格栅主筋应力量测 此项量测可在级围岩中进行，测点可布置在第 4 项量测的断面上，以利校对，每个断面上布设约 1520 个测点，可采取对称布置，选择有代表性的断面进行，各测点布置见图 3。 5.5 补充量测补充量测 除以上所述以外，尚应根据围岩变化等实际情况进行必要的补充量测。 6. 现场监控量测的频率现场监控量测的频率 隧道拱顶下沉及周边收敛量测频率表、地表下沉量测间距表、变形管理等级如下。 图 1 、级围岩量测点布置 Fig1 IV, V-rock arrangement of the measuring points 图 2 、级围岩量测点布置 Fig 2 II, III-

10、rock arrangement of the measuring points 图 3 主筋应力量测测点布置图 Fig3 Wang says that force should Optimal Sensor Location map http:/ -4- 表 1 拱顶下沉及周边收敛量测频率表1 Tab.1 Vault and the surrounding convergence measurement frequency table 变形速度（mm/d） 量测断面距开挖面距离（m） 量测频率 5 014 12 次/天 15 1428 1 次/天 0.51 1428 1 次/2 天 0.20

11、.5 2870 1 次/2 天 0.2 70 1 次/周 表 2 变形管理等级表1 Tab.2 Deformation management scales 管理等级 管理位移 施工状态 0n/3 可正常施工 n/302n/3 应加强支护 02n/3 应采取特殊措施 注：0实测位移值；n最大位移值 7. 量测数据整理分析与应用量测数据整理分析与应用 7.1 检查报告检查报告 整理写出围岩岩性、结构面产状、裂缝、地下水情况及支护裂缝检查报告。 7.2 现场量测数据及时整理现场量测数据及时整理 绘制量测数据与时间的关系曲线及量测数据与开挖面距离的关系曲线， 并进行数据处理或回归分析。 7.3 量测数

12、据处理、分析与反馈量测数据处理、分析与反馈 依据回归分析，预测位移、收敛、拱顶下沉及钢筋应力可能出现的最大值和变化速度。 以位移时间曲线为基础， 根据位移、 位移速率等分析、 评定围岩和支护的稳定性。 7.4 分析研究量测数据，指导施工与设计分析研究量测数据，指导施工与设计 及时分析研究量测数据,根据观测所掌握的地面和围岩运动情况,采取相应措施,指导施工及设计。 7.4.1 判断围岩稳定性判断围岩稳定性 根据曲线变化情况与趋势，判定围岩的稳定性，及时预报险情，确定施工时应采取的措施，为设计单位修改设计参数提供依据。 7.4.2 预测位移终值预测位移终值 当初期支护表面任何部位的实测收敛值达到规

13、范规定的 70%，且其速率无明显下降时，http:/ -5- 应及时根据实测值找出回归方程，绘出回归曲线，预测位移终值。若终值接近或超过规范要求的允许相对位移值时，应及时采取补强措施，并改变支护设计参数。 7.4.3 量测数据分析结果的应用量测数据分析结果的应用 当位移、收敛、拱顶下沉量达到预测最终值的 8090%，收敛速度小于 0.10.2mm/d,拱顶下沉速率小于 0.070.15mm/d 时，可认为围岩基本达到稳定状态，可以施作二次衬砌； 当位移急骤增加，每天的相对净空变化超过 10mm 时，应重点加强观测，并密切注意支护结构的变化； 当位移时间曲线出现反弯点时， 同时支护开裂或掉块，

14、此时应尽快采取补强措施以防坍方； 利用位移、 应力 （格栅主筋应力） 反分析程序对围岩及支护结构的稳定性进行分析、评价； 综合以上综合分析、评价及时修正设计，调整支护参数，对施工及时提出建议和措施。 7.5 加固措施加固措施 数据异常时，应根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架等加固措施1。 7.6 安全度评估安全度评估 根据围岩与支护间的接触应力量测结果， 可知围岩压力在横断面的分布情况及围岩压力值随开挖时间变化的规律，与理论计算方法做比较，以取得较为合理的围岩压力计算方法，检算初期支护的受力情况（内力及位移） ，判断初期支护的工作状态、支护特点，并对初期支护进行安全度评估。

15、 8. 监控量测中注意事项监控量测中注意事项 8.2 量测点的埋设量测点的埋设 量测点埋设应尽量靠近开挖工作面，要求不超过两米，拱顶下沉、收敛量测起始读数宜在 36h 内完成，其他量测应在每次开挖后 12h 内取得起始读数，最迟不得大于 24h，且在下一循环开挖前必须完成。 8.2 量测点的保护量测点的保护 量测点应牢固可靠，易于识别，并注意保护，严防爆破损坏。要采取措施保护好施工中各项量测元件工具及仪器。 8.2 原始记录要求原始记录要求 应准确及时做好各项量测原始记录，及时提供给设计人员，不得随意涂改。 8.4 配合与协调配合与协调 设计与施工人员必须紧密配合，协调一致，及时研究和解决实施过程中出现的问题，确 保施工安全1。 http:/www.paper.edu.c