・１６８・ 第３９卷第５期 ２ ０ １ ３年２月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．５ Ｆｅｂ． ２０１３ 文章编号：１００９—６８２５（２０１３）０５－０１６８—０３ 谈高速铁路隧道监控量测方案设计 赵摘君 ３００２２２） （中铁十八局集团有限公司，天津要：就京沪高铁金牛山隧道下穿既有公路的综合施工技术作为研究内容，综合金牛山隧道的特点，通过合理的监控量测技术 指导施工，从而有效的控制路面沉降，使其满足下穿段的沉降控制标准，为今后同类工程提供了参考。 关键词：隧道，下穿，控制标准，监控量测 中图分类号：Ｕ４５６．３ 文献标识码：Ａ 状态，以及可以判定出现有支护的合理性，为后续施工和设计提 供数据支持。 １ 工程概况 京沪高速铁路作为我国高速铁路网中“四纵”的重要组成部 分，于２００８年４月开工建设，线路总长度达１ ３００余千米，设计时 速３５０ ｋｍ／ｈ，是新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标 准最高的高速铁路，京沪高速铁路现已建成并于２０１１年６月正式 开通运营。 通过对京沪高铁金牛山隧道工程进行施工监控量测，可以实 现如下目的：１）通过对地表沉降的监测及数据分析，对既有公路 路面沉降做出预测，从而分析隧道开挖对既有路面的影响程度， 并将分析结果反馈到设计和施工中，及时调整开挖方法和支护措 本文研究之金牛山隧道位于山东省泰安市岱岳区六郎坟村与 高新区小官庄村之间，隧道进口里程为ＤＫ４６５＋３３５，出口里程为 ＤＫ４６７＋２４０，隧道全长１ ９０５ ｍ，隧道内为单面坡，坡度３％０和１２％ｏ 的上坡，隧道所处地形起伏较大，其中隧道最大埋深为３５．３７ ｍ，隧 道在里程为ＤＫ，１６６＋２３０～ＤＫ４６６＋３３０区段下穿京福高速公路Ｃ匝 道，此区段内埋深仅为９．８ ｍ，属于超浅埋隧道，在ＤＫ４６６＋５６０一 施实现动态设计及施工。２）准确的掌握隧道围岩随开挖的变形 规律，并通过分析得出结论，用以调整施工方法和支护参数，并通 过测定围岩压力和支护结构内力，了解支护结构的受力状况和应 力分布。３）通过对沿线隧道工程的监控量测可为本地区后续的 类似隧道工程设计与施工积累科学资料和经验。 为了确保金牛山隧道施工的顺利进行，并较为准确地掌握施 工过程中围岩的稳定状态和对环境的影响，以指导施工和设计， 现场监控量测按照ＴＢ １０１２１－２００７铁路隧道监控量测技术规程的 ＤＫ４６６＋６６０段下穿京福高速公路正线，其中高速公路宽度为 ３６ ｍ，其中隧道与公路匝道和正线的交角分别为１４．５７。和３６．７。， 属于斜交。隧道的工程地质情况为风化花岗片麻岩，局部夹杂角 闪岩和部分石英，其中围岩已经风化，尤其接近地表埋深较浅处节 理裂隙较发育，岩石比较破碎并有地下裂隙水发育，属Ⅳ级围岩。 要求开展。监控量测必须科学管理，并由设计单位完成监控量测 设计，然后交由施工单位编制实施细则，然后开展监控量测，并且 一直伴随工程竣工，最后将资料归档纳入竣工文件中。隧道监控 量测设计包括三方面的内容：首先要确定量测项目；第二要确定 测点的布设原则、量测断面以及量测频率；第三是要设定量测的 １）常规量测项目。 ２施工中的监控量测 同时施工又为设计提供动态的数据，而另一个不可或缺的因素就 是伴随施工一起进行的监控量测，这三者缺一不可。隧道施工的 的精髓，有效的监测围岩变形情况可以正确的反馈开挖洞室的稳 定性。可以说监控量测是隧道施工的“眼睛”，正是有了这双“火 隧道的设计、施工是动态的，设计从理论上为施工指导方向， 控制标准。 根据规范，隧道监控量测项目分为必测项目和选测项目。表 表１监控量测必测项目 序号 监控量测项目 常用量测仪器 备注 监控量测是现代隧道施工及环境控制的关键环节，是新奥法施工 １列出了隧道施工监控量测的必测项目。 眼金睛”才能观察到施工中隧道的细微变化，其对于施工安全的 重要性毋庸置疑，因为围岩的内部受力、深层次位移情况、变化速 ｌ ２ ３ ４ 洞内、外观察 现场观察、数码相机、罗盘仪 拱顶下沉 水准仪、钢挂尺或全站仪 净空变化 收敛计、全站仪 地表沉降 水准仪、铟钢尺或全站仪 隧道浅埋段或环控要求段 率及支护受力可以通过监控量测直观、快捷的来显示，可以通过 研究监控数据来反映围岩位移及支护受力合理性和可控性。通 而选测项目则是针对施工和设计中的特殊要求而开展的。 过监控数据的反馈和整理，可以得出支护结构的变形趋势和稳定 表２列出了铁路隧道施工的选测项目。 Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ ｒｏｌｌｉｎｇ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｔｈｒｅａｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＺＨＡＮＧ Ｈａｏ （Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｊｉａｎｘｉｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｒｏｊｅｃｔ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ ｒｏｌｌｉｎｇ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｔｈｒｅａｄ ｃｏｎ— ｎｅｅｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｆｒｏｍ ｔｅｓｔ ｐｕｒｐｏｓｅ，ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｅｓｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ａｓｐｅｃｔｓ，ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｍａｔｔｅｒｓ ｎｅｅｄｉｎｇ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｔｈｒｅａｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｐｒｏｊｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｒａｉｇｈｔ ｔｈｒｅａｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｅｓｔ ｐｒｏｃｅｓｓ 收稿日期：２０１２—１１－２８ 作者简介：赵君（１９８０一），男，工程师 第３９卷第５期 ２ ０ １ ３年２月 赵君：谈高速铁路隧道监控量测方案设计 ・１６９・ 表２监控量测选测项目 序号 监控量测项目 常用量测仪器 １ 围岩压力 压力盒 ２ 钢架内力 钢筋计、应变计 ３ 喷混凝土内力 混凝土应变计 ４ 二次衬砌内力 混凝土应变计、钢筋计 ５ 初期支护与二次衬砌间接触压力 压力盒 ６ 锚杆轴力 钢筋计 ７ 围岩内部位移 多点位移计 ８ 隧底隆起 水准仪、锢钢尺或全站仪 ９ 爆破震动 振动传感器、记录仪 １０ 孔隙水压力 水压计 １１ 水量 三角堰、流量计 针对金牛山隧道的特殊情况，隧道监控量测的必测项目和选 测项目都要同时开展，以更好的达到施工环境控制要求。 ２）量测断面及测点布置原则。 由于金牛山隧道下穿高速公路段为超浅埋，而对于浅埋隧道 的规范要求要在隧道开挖之前进行布设观测点，测点既包括地表沉 降点也有隧道洞内的测点。根据规范测点应该满足表３的要求。 表３地表沉降测点纵向间距 ｍ 隧道埋深与开挖宽度 纵向测点间距 ２Ｂ＜Ｈｏ＜２．５Ｂ ２０ ５Ｏ Ｂ＜Ｈｏ＜￣２Ｂ １０—２０ Ｈｏ≤Ｂ ５～ｌ０ 注： 为隧道的埋深；Ｂ为隧道开挖宽度 浅埋隧道地表沉降测点横向间距为２ ｍ一５ ｍ，并且随着与隧 道中线的接近应适当加密测点，地表横向监测范围应大于２（１ｔｏ＋ ），而且在地表有既有控制性建（构）筑物时，应适当加宽量测范 围，具体测点布置如图１所示。 、 不 点＼＼＼＼测点 ／／不 占 号 ／ 、／ ／ ／ ＼ ２＼ ＼ ［中心皱 ４５。 ＼ ＝： ／ ４５。 、 图１地表沉降测点布置示意图（单位：ｍ） 通常来讲，洞内的变形监测点应布置 同一断面上。断面的 布设应满足表４的要求，隧道洞内净空变化量测测线数，可参照 表５及图２～图６布置。 表４必测项目监控■测断面间距 ｍ 围岩级别 断面间距 Ｖ一Ⅵ ５—１Ｏ Ⅳ １０～３０ Ⅲ ３０～５０ 注：Ⅱ级围岩视具体情况确定间距 表５净空变化■测测线数 开挖方法 地段 般地段 特殊地段 全断面法 一条水平测线 台阶法 每台阶一条水平测线 每台阶一条水平测线，两条斜测线 ＣＤ或ＣＲＤ法上部，双侧壁导坑法左右侧 分部开挖法 每分部一条水平测线 部，每分部一条水平测线，两条斜测线，其余 分部一条水平测线 ３）监控量测频率。 根据规范隧道监控量测频率应该按照表６，表７中的规定进 行，并且原则上应该采用较高的频率，在特殊地质地段还应该加 大量测频率，做到因地制宜，灵活安排和科学管理。 ４）地表沉降监测结果与分析。 在隧道开挖过程中，对上方既有京福高速公路路面进行了地 表沉降监控量测，在施工结束后地面沉降曲线如图７一图１Ｏ所示。 图２拱顶下沉测试示意图 水平收 吐 ／ 隧道中心线＼ Ｅ｝Ｌ 弋内轨顶 广 是 ～ 图３全断面开挖法洞内量测示意图 ／ — 水平收 Ｅ 一 Ｉ 内轨顶 厂 盘 ～ —／ 图４台阶开挖法洞内量测示意图 水平收 图５双侧壁导坑法开挖洞内量测示意图 水平 图６ ＣＤ法开挖洞内量测示意图 表６按距开挖面距离确定的监控量测频率 监控量测断面距开挖面距离／ｍ 监控量测频率 （０—１）口 ２次／ｄ ｃ１—２）曰 １玫／ｄ （２—５） １次／２ ｄ—１次／３ ｄ ＞５ １次／７ ｄ 注：Ｂ为隧道开挖宽度 从监测结果可以看出，既有路面最大沉降为１０．９ ｍｍ，最大沉 降发生在公路土路肩位置，但处于行车道以外，总体来说不会影 ・１７０・ 第３９卷第５期 ２ ０ １ ３年２月 山 西 建 筑 响行车安全。而布置在行车道位置的各测线测试数据均小于 小，因此在隧道下穿既有公路时应以隧道中线为轴，中线处的监 ２９．４ ｍｍ，说明金牛山隧道在开挖过程中对既有路面的影响在沉 测点最为密集，然后向两侧依次排开。 降控制范围之内。 表７按位移速度确定的监控量测频率 位移速度／ｍｍ・ｄ一 ≥５ ｌ～５ ０．５—１ ０．２—０．５ ＜０．２ １）常用传感器测振仪与原理。工程中常用的传感器是磁电 式传感器，可运算测出振动速度、位移和加速度。这种传感器具 有灵敏度高、内阻低的优点，因此在实际工程中应用很广泛。爆 破震动速度监测系统的传感器和测振仪种类繁多。 ２）现场爆破监测。金牛山隧道振动测量系统采用ＩＤＴＳ ３８５０ 监控量测频率 ２次／ｄ １次／ｄ １次／２ ｄ～１次／３ ｄ １次／３ ｄ １次／７ ｄ 型双通道爆破振动分析仪来记录分析信号。监测地表的振动传 感器埋设在公路的固定点上，并用石膏将其固定。随着隧道开挖 的进行，爆心距也在发生着变化，而此时假定爆破的单段最大装药 ： －量保持不变。监测仪器如图１１，图１２所示，监测数据如表８所示。 ５．５ 图７ Ａ测线各测点地表沉降分布 －４０——３０——２０—－ｌ０ ０ １０ ２０ ３０ ４０ 耋 ／ ／ 图ｌ１爆破振速量测传感器 图１２爆破振速拾振仪 表８金牛山隧道爆破震动监测数据 爆破测量序号 ｌ ２ ３ 炸药与测点之间的距离／ｍ １７．６ １６．８ １５．Ｏ ｌ６．５ １７．Ｏ 振速／ｃｍ・ｓ １．１２ １ ３４ １．５５ １．３７ １．２ ｌｎ 图８ Ｂ测线各测点地表沉降分布 ４Ｏ 一３０ —２Ｏ —ｌ０ ０ １０ ２０ ３０ ４０ ４ ５ ＼ ／／ 图９ Ｃ测线各测点地表沉降分布 —图１３～图１５为三个传感器所测得结果。 最大值时间０．０５５ ４ ｓ 主振频率２１．９７２ ６５６ Ｈｚ ４Ｏ 一３０ —２０ —１０ ０ １Ｏ ２０ ３０ ４０ －２ ／／ ／， ／／／ ／ 图ｌ３①号传感器监测结果 １ｎ 图１０ Ｄ测线各测点地表沉降分布 ３爆破震动监控量测 由于金牛山隧道在下穿既有公路段属于超浅埋，埋深仅为 ９．２８ ｍ，所以在隧道爆破开挖的过程中，必须始终进行爆破震动 图ｌ４②号传感器监测结果 最大值时间：０．０５６ ４ ｓ 速度监测，并以监测到的爆破数据作为依据，进行分析对比，及时 对爆破参数和开挖方式进行合理的调整，力求达到在具备最佳爆 破效果的同时也能确保既有公路和隧道支护结构的安全。 主振频率：５７．９８３ ３９８ Ｈｚ 整个爆破震动速度监测系统，由ＣＤ一１传感器、ＤＳＶ测振仪以 及处理数据的计算机组成。震源地距离被监测点的振速影响至 图ｌ５③号传感器监测结果 通过对测试结果的分析并对照规范可以看出，在当前的爆破 关重要，距离越近质点的振速越大，距离越远质点的振动速度越 条件下是可以满足要求的。 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ ＺＨＡ０ Ｊｕｎ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｉｇｈｔｅｅｎ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００２２２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ—Ｓｈａｎｇｈａｉ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌ Ｊｉｎｎｉｕ Ｍｏｕｎｔａｉｎ ｔｕｎｎｅｌ ｕｎｄｅｒｎｅａｔｈ ｐａｓｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｈｉｇｈｗａｙ ａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｊｉｎｎｉｕ Ｍｏｕｎｔａｉｎ ｔｕｎｎｅｌ，ｂｙ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｇｕｉｄｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｕ￣ａｃｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，ｍｅｔ ｔｈｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｕｎｄｅｒｎｅａｔｈ ｐａｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎｐｒｏｖｉｄｅｄ ｒｅｆ－ ，ｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ，ｕｎｄｅｒｎｅａｔｈ ｐａｓｓ，ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔａｎｄａｒｄ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
