城市地鐵建設
關(guān)鍵詞：隧道,監(jiān)控,量測,技術(shù)
前言
隧道工程通過地區(qū)內(nèi)地形地質(zhì)復雜，主要地質(zhì)問題有；突水、突泥現(xiàn)象；巖溶水文地質(zhì)；煤層及采空區(qū)，特殊性巖土，巖石風化破碎、撒落等。為確保施工過程的安全，將可能發(fā)生的事故防范與未然，切實做好施工過程監(jiān)控量測工作是必不可少的。
1、監(jiān)控量測的目的
監(jiān)控量測是施工過程中檢驗設計參數(shù)，評價地面穩(wěn)定性與施工方法的重要依據(jù)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。監(jiān)控量測貫穿于施工全過程，及用人工觀察和各種儀器測試圍巖、地面的變化，支護的外觀與力學變化，并將實測資料和數(shù)據(jù)加工處理成為一定的信息，及時反饋到設計和施工中，用以評價圍巖的穩(wěn)定程度和支護結(jié)構(gòu)的可靠度，以便調(diào)整施工方法和支護參數(shù)，必要時還應采取相應的輔助方法，以確保施工的絕對安全和工程經(jīng)濟合理。
2、監(jiān)控量測的任務
制定合理可行的監(jiān)控量測方案，為隧道安全、優(yōu)化施工提供依據(jù)，指導施工生產(chǎn)。
3、量測項目分類
量測項目分為必測項目和選測項目。
（1）必測項目
必測項目有：洞內(nèi)狀態(tài)觀察；拱頂下沉量測；凈空變形量測。此三項對各級圍巖均屬必測項目；對于淺埋隧道，地表下沉量測也是必測項目。
序號監(jiān)測項目測試方法和儀表測試精度備注
1洞內(nèi)狀態(tài)觀察現(xiàn)場觀察、地質(zhì)羅盤
2凈空變化收斂計0.1mm一般進行水平收斂
3拱頂下沉水準儀、鋼尺1mm
4地表下沉水準儀、塔尺1mm淺埋隧道必測
注：淺埋隧道（H0≤2b），H0—隧道的埋深，b—隧道寬度
�。�2）選測項目
選測項目應根據(jù)工程規(guī)模、地質(zhì)條件、隧道埋深、開挖方法及其他特殊要求，有選擇地進行。
序號監(jiān)測項目測試方法和儀表測試精度備注
1隧底隆起水準儀、塔尺1mm
2圍巖內(nèi)部位移位移計0.1mm
3圍巖壓力壓力盒0.001Mpa
4二襯接觸壓力壓力盒0.001Mpa
5鋼架受力鋼筋計0.1Mpa
6噴混凝土受力混凝土應變計10με
7錨桿體應力鋼筋計0.1Mpa
8二襯內(nèi)應力混凝土應變計10με
9爆破振動觀察爆破振動記錄儀臨近建筑物
4、量測的主要內(nèi)容和方法
�。�1）洞內(nèi)狀態(tài)觀察
此項工作主要是以肉眼對開挖地段和支護地段進行觀察，并作好記錄，依此來直接判斷圍巖的級別、隧道的穩(wěn)定性和支護結(jié)構(gòu)的合理性。
�、傥粗ёo地段的觀察內(nèi)容
A、圍巖級別及分布狀態(tài)，節(jié)理、裂隙發(fā)育程度和方向性，裂隙內(nèi)充填物的性質(zhì)和狀態(tài)等。
B、工作面的穩(wěn)定狀態(tài)，頂部有無剝落現(xiàn)象等。
C、是否有涌水，水量大小、位置和壓力等。
�、谝阎ёo地段的觀察內(nèi)容
A、有無錨桿被拉斷、或墊板陷入圍巖內(nèi)部的現(xiàn)象。
B、噴射混凝土是否產(chǎn)生裂縫或剝離；鋼拱架有無被壓屈的現(xiàn)象；隧道底部是否有底鼓現(xiàn)象。
C、錨桿注漿質(zhì)量、噴射混凝土施工質(zhì)量是否達到規(guī)定要求。
洞內(nèi)狀態(tài)觀察是直接判斷圍巖級別、隧道的穩(wěn)定性和支護結(jié)構(gòu)的合理性的重要手段。已施工地段的觀察至少每天應進行一次，觀察中，如果發(fā)現(xiàn)異�，F(xiàn)象，要詳細記錄其時間、地點，并采取相應的措施，確保施工安全。
�。�2）拱頂下沉量測
拱頂下沉量測是測出拱頂?shù)慕^對下沉量。
由已知高程的水準點，使用精密水準儀，就可觀察出拱頂點的下沉量隨時間的變化情況。地表下沉和隧道底鼓也是用此法觀察。
�、贉y量儀器和測點布置
拱頂下沉量測一般用水準測量的方法，觀察儀器要用精密水準儀；又因拱部一般較高，常常用鋼尺代替塔尺。
一般是在隧道開挖后的洞內(nèi)拱頂布點，原則上測點應設在拱頂?shù)闹行狞c，如果因風管妨礙測量工作時，也可將測點設于拱頂中心點之外。
在現(xiàn)場，測點一般是埋設廢、短鋼筋頭。
�、跍y點的間距
拱頂下沉量測與凈空變形量測原則上設置在同一斷面進行；其量測的間距一般為：Ⅱ級圍巖150m，Ⅲ級圍巖100m，Ⅳ級圍巖50m，Ⅴ--Ⅵ級圍巖20m；洞口附近及施工初期的測點間距應適當縮短，一般為10—20m。
③量測頻率
量測頻率：越“新鮮”的點，量測頻率應越大。見表3。
表3拱頂下沉與凈空變形量測頻率
開挖后天數(shù)（d）距開挖面距離（m）量測頻率（次/d）
0--5（0—1）D2次/d
6--15（1—3）D1次/d
16--30（3—5）D1次/2d
31d以后＞5D1次/7d
�、軘�(shù)據(jù)整理
根據(jù)量測資料應繪制出下列曲線：下沉量隨時間變化的曲線；下沉速度隨時間變化的曲線；下沉量與開挖面之間距離關(guān)系的曲線。
�。�3）凈空變形量測
凈空變形量測：測出隧道周邊相對方向兩個固定點連線上的相對位移值；它是判斷圍巖動態(tài)最直觀和最重要的量測信息。
①測量儀器
凈空變形一般采用收斂計進行量測；目前國內(nèi)使用的收斂計種類很多，但應用最廣泛的是彈簧式的，以前是讀數(shù)的，現(xiàn)在已有數(shù)顯的。
�、诹繙y方法
用收斂計測凈空變形的原理是：采用一根在彈簧作用下被拉緊的鋼尺，通過百分表讀出隧道周邊兩測點間的距離，從而計算出兩測點連線方向上的相對位移值。
具體方法如下：
A、先在隧道周邊圍巖表面鑿兩個孔，在孔內(nèi)填塞水泥砂漿后插入測桿作為今后量測的基準點，設置時盡量使兩測桿軸線在連線方向上。
B、將收斂計架和鋼尺一端分別用銷子連接到兩測桿端頭上，安裝好收斂計。
C、搖動手柄至合適刻度測，重復測試3次，取其平均值作為初始觀察值R0。
段時間內(nèi)的收斂值為：Ut=Rt－R0。
�、蹨y線布置
凈空變形量測的測線布置原則是：圍巖越好，測線越少；圍巖越差，測線越多；一般視圍巖條件可選1條、2條、或3條，最多選6條測線。
拱頂下沉量測的測點，一般可與凈空變形量測測點共用，這樣既節(jié)省了安設工作量，更重要的是使測點統(tǒng)一，測試結(jié)果可以互相校驗。
�、軘�(shù)據(jù)整理
根據(jù)量測資料應繪制出下列曲線：位移量隨時間變化的曲線；位移速度隨時間變化的曲線；位移量與開挖面之間距離關(guān)系的曲線
�、萘繙y控制標準
A、凈空變形、拱頂下沉量測應在每次開挖后12h內(nèi)取得初讀數(shù)，最遲不得大于24h，且在下一循環(huán)開挖前必須完成。
B、凈空變化速度持續(xù)大于1.0mm/d時，說明圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應加強初期支護；凈空變化速度小于0.2mm/d時，說明圍巖達到基本穩(wěn)定。
C、等圍巖達到基本穩(wěn)定后，再以1次/7d的量測頻率測2—3周后，可結(jié)束量測。
D、對于膨脹性、流變性圍巖，位移長期沒有減緩趨勢，應適當延長量測時間，直到位移速率小于0.5mm/d時，方可結(jié)束量測。
�。�4）地表下沉量測
淺埋隧道或隧道的淺埋段，多為土質(zhì)或軟弱圍巖，一般將會產(chǎn)生較大的地表下沉；為了評判隧道的圍巖穩(wěn)定性和支護效果，地表下沉量測尤為重要，是必不可少的必測項目。
特別對于城市地區(qū)隧道，地表下沉量測為主要項目。
地表下沉量測方法與拱頂下沉量測的方法一樣，均是水準測量的方法。
�。�5）圍巖內(nèi)部位移
圍巖內(nèi)部各點的圍巖同隧道周邊位移一樣，也是圍巖動態(tài)的表現(xiàn)；它不僅反映了圍巖內(nèi)部的松弛程度，而且更能反映圍巖松弛范圍的大小，這也是判斷圍巖穩(wěn)定性的一個重要參考指標。
圍巖內(nèi)部位移屬于選測項目，所用儀器：位移計，位移的單位為長度單位，其量測精度為0.1mm。
在實際量測工作中，先是向圍巖鉆孔，然后用位移計量測鉆孔內(nèi)、即圍巖內(nèi)部各點相對于孔口一點的相對位移。
�。�6）錨桿桿體受力、鋼拱架受力
錨桿、鋼拱架的工作狀態(tài)好壞主要以其受力后的應力—應變來反映。
錨桿桿體受力、鋼拱架受力都屬于選測項目，所用儀器：鋼筋計，應力的單位為Mpa，其量測精度為0.1Mpa。
實際量測工作中，是采用與設計錨桿、鋼拱架強度相等，且剛度基本相等的各式鋼筋計來觀察錨桿的應力—應變。
（7）圍巖壓力量測
噴射混凝土或模筑混凝土與圍巖之間的接觸應力大小，既反映了支護的工作狀態(tài)，又反映了圍巖施加于支護的壓力情況，因此圍巖壓力量測就成為必要。
圍巖壓力量測屬于選測項目，按其獲得壓力的方法可分為直接量測法和間接量測法。
�、僦苯恿繙y法
直接量測法：是指采用各種壓力盒量測作用在襯砌或支護結(jié)構(gòu)上的壓力方法；該方法主要是利用各種土壓力盒，將其置于襯砌與圍巖之間，使二者之間的壓力由壓力盒上直接讀出來。
量測儀器：壓力盒，壓力的單位為Mpa，其量測精度為0.001Mpa。
壓力盒其實就是一種土壓力傳感器，它的形式有電阻式、電容式、電壓式和振弦式等；其中振弦式壓力盒是電測壓力盒中最普遍的一種。
②間接量測法
間接量測法：通過對襯砌或支護及圍巖的應力或應變的量測來推算圍巖壓力的方法。
�、蹆�(nèi)部埋設法：這種方法是襯砌或支護施工時，先將測量應變的元件埋設在支護與圍巖之間，以測出支護的內(nèi)外表面的應變變化，進而反推出圍巖壓力。
所用儀器：應變計、應力計。
�、茈姕y錨桿法：電測錨桿是一種特制的空心錨桿、并在其內(nèi)部貼有應變元件；在隧道施工中，可將其錨固在圍巖中，這樣電測錨桿就會隨著圍巖的變形而變形，這種變形通過應變元件測出，依此來推算圍巖壓力。
隨著全站儀的發(fā)展，現(xiàn)代隧道量測技術(shù)也在更新，因為全站儀可以測出空間一點三維坐標，不用鋼尺和塔尺，所以又稱無尺量測。
5、工程實例
大連市地鐵一期工程姚家～南關(guān)嶺站區(qū)間位于大連市華北路北側(cè)，向東北方向穿越既有哈大鐵路線，呈東北-西南走向，起止里程DK1+339.921～DK2+380，區(qū)間長度1040.079米(右線)，包括明挖段和暗挖段兩部分。
暗挖區(qū)間起止里程：左線DK1+867.275～DK2+380，長度512.725m，右線DK1+850～DK2+380，長530m；左右線間距為17米。
隧道在平面上，大部分處于直線段，共474米；剩余56米處于R=300m的緩和曲線上。在DK2+339處設置一處聯(lián)絡通道兼泵房。隧道東西兩端分別與本區(qū)間明挖段和南關(guān)嶺站站前明挖結(jié)構(gòu)相接。
施工中按照“管超前、短進尺、強支護、嚴治水、實回填、早封閉、勤測量”的原則展開隧道施工作業(yè)，使整個隧道的安全質(zhì)量有序可控。
