摘要：高速铁路隧道在施工过程中，受瓦斯、天然气、煤层瓦斯和采空区、岩溶及岩溶水、断层破碎带、顺层、岩爆、高地应力、高地温、危岩落石、滑坡、塌陷、岩堆，以及特殊岩土如盐溶角砾岩、软岩、石膏、软粘土、盐岩等各种因素的影响，会产生地表下次、拱顶下沉和衬砌净空收敛及仰拱隆起等问题，给隧道施工安全带来极大的安全隐患，因此对于隧道围监控岩量测工作必须高度重视。本文以成贵铁路站前施工7标兴隆坪坡隧道围岩监控量测信息化工作为研究对象，详细介绍了围岩监控量测信息化的施作流程、技术要求以及注意事项。通过该项工作严格认真地实施，取得了良好的效果，可为今后类似工程提供借鉴。
关键词：铁路隧道;施工安全 监控量测 信息化
Study on information technology of surrounding rock monitoring and measurement in xinglong ping tunnel of chengdu-guiyang railway
Yan Rudong
（20th Bureau of China Railway Engineering Company Group 4，qingdao 266061，China）
Abstract: High speed railway tunnel in construction process, the gas, natural gas, coal gas and mined-out area, karst and karst water, fault fracture zone, bedding, rock burst, high ground stress, high ground temperature, rock fall, landslide, dangerous rock collapse, rock pile, as well as the special geotechnical such as salt bath breccia, soft rock, gypsum, soft clay, gypsum, etc. The influence of various factors, will produce the surface the next clearance, vault subsidence and lining convergence, and the problem of inverted arch uplift to the safety of the tunnel construction safety brought great hidden trouble, so for tunnel surrounding monitoring rock measurement must attach great importance to the work. This paper takes the monitoring and measuring information chemical engineering of surrounding rock in xinglong pingpo tunnel of no.7 standard before chengzhou-guizhou railway station construction as the research object, and introduces in detail the implementing process, technical requirements and matters needing attention of the surrounding rock monitoring and measuring informatization. Through the strict and earnest implementation of the work, good results have been achieved, which can provide reference for similar projects in the future.
Keywords: railway tunnel; Construction safety; Monitoring measurement; informatization
1 工程概况
本隧道位于宜宾市老翁镇百香坡村至学堂湾，总长2803米为川南红层丘陵地貌，测段地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.40S。兴隆坪隧道属于高瓦斯隧道，围岩砂岩泥岩较软弱，岩层产状较平缓，节理裂隙发育，隧道开挖后，拱顶围岩稳定性差，易发生掉块、坍塌现象。洞身最大埋深60米，D2K185+340-D2K185+540为隧道浅埋段，埋深1-18米，D2K187+390-D2K187+440为隧道浅埋段，埋深8-20米，且沟槽内多为水田，岩层裂隙发育，隧道涌水量较大，VII度地震区。总体来说，隧道工程地质条件差。
2 监控量测目的
通过隧道监控量测信息化管理，有效指导隧道施工，确保隧道施工安全，杜绝因监控量测管理不到位而造成人员伤亡的安全事故[1]，尤其要杜绝施作初期支护后因监控量测不到位而造成的“关门”事故[2]。杜绝因管理不到位造成工程周边影响，保证监测数据的真实性和及时性[3]。
3 监控量测组织机构
分部组建由分部经理、总工、生产副经理牵头，分部工程部长、安质部长、测量队长负责监督指导量测工作，监控测量小组具体实施数据的采集和上传，隧道作业班组配合点位的埋设和保护。隧道工程师查看每天量测数据，根据量测数据指导现场施工。监控量测小组人员由分部测量班组建，洞口成立一个专业化强，业务熟悉，责任心强的专职监控量测小组，每小组编制2-3人，经过培训合格后方可上岗。人员不得随意更换以确保监控量测工作和数据资料的连续性。监控量测组织机构图如图1所示。
图1 监控量测组织机构图
4 信息化基础建设及人员仪器配备
（1）与通信运营单位达成协议，在每个隧道作业面安装远端机，保证各隧道工点网络的畅通。
（2）人员的配置
分部下设2个监控量测小组，负责现场围岩量测工作的具体实施。具体配置见表1。
表1 人员配置表
（4）分部总工、施工技术部、隧道工点配备专用电脑，安装围岩数据处理PC客户端；主要管理人员配备手机并安装手机客户端。
5 监控量测信息化主要工作内容及施作流程
5.1 主要工作内容
监控量测信息化主要工作内容有以下几个方面：
（1）现场情况的初始调查。施工前对隧道周边的地质条件、地下水状况及施工影响区域内周边环境进行初始调查，掌握工程特点和难点，为监控量测工作的顺利开展做好准备[4]。
（2）编制标段监控量测实施细则。现场监控量测小组按照监控量测设计要求，结合初次调查结果编制实施细则。项目部编制指导性细则，分部编制各隧道监控量测量测实施方案。
（3）布设测点并取得初始监测值，基准点、测点的埋设必须按照相关规程进行，以确保监控量测数据可靠，测点埋设后及时取得初始值。然后按规定要求的频率进行现场数据采集及原始数据的上网传输。
（4）监控资料的分析及信息反馈及采取工程措施。现场监控量测由监控量测小组实施，并根据监控量测数据对隧道施工安全及结构的稳定性做出分析评价，根据结果分级处理，总结判定以采取工程措施，达到理想效果。
（5）提交监控量测成果，利用监控量测客户端软件平台完成。监控量测客户端负责人，通过客户端软件操作，自动生成以周报月报形式的监控量测成果。当出现异常情况时，应即时反馈，以便采取相应对策。现场监控量测工作停止后，应在一个月内编写出该工程施工监控量测总结报告。
5.2 施作流程
监控量测信息化施作流程如下图所示：
图2 监控量测信息化施作流程图
6 监控量测技术要求
监控量测的项目应结合规范和工程特点、规模大小和设计要求综合选定[5]。量测项目分为必测项目和选测项目两大类（见表3、4）。选测项目应根据工程规模、地质条件、隧道埋深及其它特殊要求确定。
表3 监控量测必测项目
表4 监控量测选测项目
备注：①F.S.为元件满量程；（应力应变的精度表述应为元器件满量程的比例）。
②监控量测选测项目除上表所列项目外，还包括设计单位针对工程实际情况有特殊要求作为选测项目。
6.1 监控量测断面、测点布置原则及相关要求
（1）浅埋隧道地表沉降测点在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内测点布置在同一断面里程。一般条件下，地表沉降测点纵向间距按表5的要求布置。
地表沉降测点纵向间距见表5：
表5 地表沉降测点纵向间距
注：①洞口及浅埋地段断面间距取小值；
②软岩隧道的观测断面适当加密；
③在特殊部位（斜井与正洞交叉口等）应加密测点布设断面，且点位可以不在一个断面上；
④II 级围岩视具体情况确定间距。
拱顶下沉、收敛量测初读数宜在每次开挖后12h内取得初读数，最迟不得大于24h。
周边收敛实测步骤：根据设计要求随时掌握岩石的变化情况，测点安装应靠近开挖面又不宜被破坏的地方[7]，并且保证在开挖后12小时（最迟不超过24小时）内埋设，且在下一次循环开挖前量测到初次读数，初期观测为每天两次，如岩石没有异常变化按照规范量测频率进行观测。监测点的钢筋根部应深入岩石并灌入水泥砂浆使其牢固。量测方法：每个监测断面用全站仪对边测量功能测量3次，3次量测结果误差在0.5mm内取平均数作为水平净空量测结果。
洞内拱顶沉降下沉实测步骤：首先在隧道的仰拱埋设水准点，按照《二等水准测量规范》联测水准点的绝对高程（此点坐标也可作为隧道内日常测量施工放样使用）。拱顶监测点位置和埋设时间同水平收敛点相同，埋设方法同水平收敛点一样要把钢筋插入岩石内使其牢固。在后视水准点上架设徕卡仪器自带的金属三角架，固定1.3M作为后视标高，仪器架设在水准点和反光片中间适当的位置，不必量取后视标高和仪器高，这样可消除因量取仪器高和后视标高带来的误差。然后使用全站仪测量水准点到反光片的高差，正、倒镜测量3个测回，每测回高差值比较不超过0.5mm，取平均数作为拱顶下沉量测数据结果。
洞内量测点需悬挂表示牌，明确断面里程编号、埋设时间、围岩级别、初始读数。
（3）兴隆坪隧道的主要开挖方法为台阶法，测点或测线编号、点位埋设位置应按图4所示进行。
各项量测作业均应持续到变形基本稳定后2～3 周结束，或二衬紧跟后无法观测即结束量测。对于膨胀性和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，经各方研究后适当延长量测时间。
7围岩稳定性的综合判别及管理等级要求
围岩稳定性的判别，位移管理可分为三个管理等级。Ⅲ级管理为围岩累计变化小于极限值（设计最大预留沉降量）1/3可正常施工。Ⅱ级管理为黄色预警当累计值达到极限值（设计最大预留沉降量）1/3小于2/3时，认真分析原因，黄色预警在3小时内采取相应的措施保证施工安全并填写处理意见消除预警。Ⅰ级管理为红色预警，当累积值达到极限值（设计最大预留沉降量）的2/3时，应暂停掘进施工。红色预警在2小时内研究制定有效的措施保证施工的安全并填写处理意见消除预警。
根据位移管理等级进行反馈管理框见图4：
当出现下列失稳先兆时应加强支护或尽快施作二衬：
（1）局部石块坍塌或层状劈裂、喷混凝土层的大量开裂及钢架扭曲等；
（2）累计位移量已达到极限位移的2/3，且仍未发现位移速度有明显减缓的趋势；
（3）初期支护接近侵入二次衬砌结构尺寸内。
8量测数据整理、分析及信息化应用
（1）数据的整理分析
监控量测数据的处理分析是信息反馈的基本工作，对位移监控量测结果进行回归分析，预测监控点可能出现的最终值及影响范围，用以评估隧道的安全状况，指导或优化施工方法[10]。
数据实时分析阶段分析：实时分析是根据每天监控量测数据，分析施工对隧道结构和围岩变化的影响，发现安全隐患及时采取措施。当日变形速率超过规定值的处理，以及累计变形值超过规定值的处理包括原因分析、工程措施的制定和调整、工程措施的现场落实、工程措施的效果评定要建立《异常数据处理台帐》。实时分析要求各级管理人员随时查看网络平台数据信息，及时掌握隧道施工的安全性。
阶段分析是经过一段时间观测后，通过对数据的综合分析，指导下一阶段的施工。按照要求每周（月）采用书面和电子文档的形式向监理单位、建设单位上报阶段分析报告。
（2）信息化应用
监控量测信息反馈程序应贯穿整个施工过程。通过现场断面的设置掌握隧道安全步距是否超标（建立监控量测施工日志表台帐），根据数据分析结果，对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策与合理化建议[8]。监测结果显示不能满足环境及安全要求，提出调整设计参数变更建议，报监理单位、设计单位、建设单位，进行变更。
9量测工作注意事项
（1）加强隧道围岩监控量测过程控制，确保观测数据的真实性。
（2）注重观测数据的连续性与准确性，隧道围岩监控量测数据必须按照规定的频率连续、不间断采集[9]。为提高观测数据的准确性，减少误差，监测务必做到四固定：固定观测人员、固定监测仪器、固定测量方式与线路、固定测量水准基点和工作基点，使监测工作在基本相同的情况下完成。
（3）注重观测数据的规律性，围岩监控量测包含多种观测项目，每一观测项目都有其自身的变化规律[10]，观测项目在不同的阶段的变化规律也有其特点，监测人员应有所研究，以便能较好地把握观测数据是否符合规律。
（4）重视异常数据的分析与排查，实施“监测数据及时预分析、对异常数据应及时查找原因、对异常监测点及时复测、对预警信息及时处理”的“四及时”原则，重视数据采集后的及时利用手机软件客户端回看分析结果，通过对分析结果的及时查看，才能及时发现数据是否异常。
（5）建立稳固的隧道围岩监控量测工作基点，合理布置洞内导线基点，确保监控量测点埋入深度，确保精度满足要求。
（6）隧道围岩监控量测元件埋设和保护，隧道围岩监控量测元件按照监控量测交底要求埋设布置，埋设深度、材料强度稳定性满足监测要求，反光膜片朝向便于仪器对准读数。
（7）重点监测与分析，信息化反馈，对于不趋于稳定的塌方、浅埋、临近建筑结构物地段的观测断面、工点应作为重点观测[11]，并收集资料分析原因，将信息反馈给设计和咨询等有关单位，及时研究措施。
（8）加强隧道围岩监控量测原始记录规范管理。在观测过程中加强原始测量记录的填写，对测量时的天气、温度、荷载情况填写及签署应完整齐全，电子文档应有备份，避免丢失。对于测量人员的调动必须做好工作和资料的交接手续。
（9）现场施工负责人应协调安排洞内施工与监控量测作业时间，尽可能减少相互干扰。
（10）量测人员登高作业时应系好安全带，扶梯应应有专人把扶、保持稳固。
（11）靠边墙侧壁进行量测时，应注意观察各种管线走向分布，避免破坏管线设施，防止漏、触电事故。
（12）量测作业地段前后方30M处应设置反光警示标牌，并安排专人值守，防止过往机械设备刮碰量测仪器导致事故。
（13）测量人员进洞前应穿防静电衣物，禁止携带非防爆电子设备及火源进入高瓦斯隧道。
10 结语
围岩监控量测是新奥法施工中的重要组成部分，是隧道施工过程中对围岩和支护系统的稳定状态进行监测，为初期支护和二次衬砌的参数调整提供依据，把量测的数据经整理和分析得到的信息及时反馈到设计和施工中，进一步优化设计和施工方案,是施工安全和质量的保障[12]。我们必须加强学习监控量测规程，学习各项监控量测管理方面的规定和办法，学习监控量测软件的操作流程和注意事项，了解监控量测信息化系统软件设计和运行的理论基础，不断提高对该工作的认识，只有统一思想、提高认识，把围岩监控量测工作看作头等大事来抓，才能自觉按规矩办事，才能做好该项工作，才能取得成绩，提炼经验，做好表率。成贵铁路隧道围岩监控量测信息化工作是铁路隧道使用网络及软件代替人工进行数据分析、处理反馈指导施工的，具有先进性和推广价值。
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论文作者:严汝东
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/5/5
标签：量测论文; 隧道论文; 围岩论文; 数据论文; 断面论文; 工作论文; 测量论文; 《防护工程》2019年第2期论文;