监控量测在隧道施工中的分析与应用.doc

监控量测在隧道施工中的分析与应用邱德鹏摘要：禾洛山隧道是大丽铁路头号控制性工程，长度 5848 米，其围岩变化快，施工难度大，成为制约隧道施工进度的难题如何加快隧道施工的进度，确保隧道施工的安全，围岩监控量测在其中起着不可或缺的作用如何搞好监控量测以及对监控量测的分析，成为指导隧道施工安全的关键关键词： 监控量测 分析 应用1、前言隧道施工与路基桥涵施工比较，有着它本身的特点，隧道工程属于地下线形建筑，其施工属于地下作业，其本身就存在较高的风险性因此，确保隧道的施工安全，预防塌方，成为控制隧道施工的关键性问题，如何控制隧道的塌方，因素很多，从掌子面的开挖到后期的支护，每一环节出现细小的问题，都将会引起安全事故的发生，导致施工进度的滞后为保证隧道的安全施工，监控量测起着极其重要的作用监控量测是信息化设计与指导施工的重要内容，由于地下工程的受力特点及其复杂性，通过施工现场的监控量测所得到的信息，为判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性，二次衬砌合理施作时间，以及修改施工方法、调整围岩类别、变更支护设计参数、调整预留变形量等修正设计提供原始依据，同时将量测等到的结果迅速反馈到设计施工中去，以提高隧道施工的安全性、经济性。

现就大丽铁路禾洛山隧道为例，浅谈监控量测在隧道施工中的分析与应用2、工程概况禾洛山隧道位于云南省大理州境内，是大丽铁路的头号控制性工程，全长 5848 米，进口为单线隧道，出口为三线车站隧道该隧道处于地震高发区，围岩为玄武岩夹凝灰岩，受地质构造及地震影响，该隧道围岩节理呈柱状发育，以闭合型及微张型为主，完整性较差；设计涌水量为 40000m3/d，以基岩裂隙水为主该隧道为复合式衬砌，二次衬砌与初期支护之间挂设防水板3、监测内容及监测方法根据隧道围岩情况和设计文件要求，禾洛山隧道确定的量测内容序 号监测项目监测仪器监测目的1地表下沉水准仪、塔尺掌握隧道施工 时地表沉降的 规律2隧道拱顶下沉水准仪，钢挂尺、塔尺3隧道水平收敛数显式收敛仪了解隧道施工 过程中隧道支 护结构变位规 律4支护状态观测每次开挖后对开挖面进行观测，如发 现异常应立即进行处理；对已施工的 区段每天至少观察一次，发现结构开 裂、突出等异常应立即采取应急措施了解隧道支护 结构及围岩地 稳定情况4、各量测项目的方法（1）地表下沉：通常在隧道的浅埋段（隧道出入口或隧道埋深≤2×隧道最大开挖宽）设置观测桩，以隧道中线为基准线，垂直于隧道中线左右按 3m 间距设置，按水准超平方法进行观测，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。

2）隧道拱顶下称、水平收敛：在隧道内部，初期支护完成 24 小时内设置观测点观测，测点共五点（拱脚、拱腰各两点，拱顶一点） ，即我们通常所说的五点三线在布设观测点时，五点必须在同一垂直面上，只有这样，量测出来的数据才能够作为指导施工的重要依据拱顶下沉采用钢挂尺或塔尺，水平收敛采用数显示收敛仪进行观测，具体量测频率及稳定依据在《铁路隧道施工规范》中均有说明5、监控量测数据的分析同普通的测量一样，在进行完测量后，需要对测量数据进行内业分析同样，在隧道施工中，监控量测得数据也需要进行分析，以分析后的数据预测该点可能出现的最大位移值和变化速率，并及时反馈到施工中，从而指导隧道施工，安排隧道施工的各种工序下面，就如何做好监控量测数据的分析，浅谈我自己的一些观点现今，在隧道监控量测中，分析方法普遍使用的是回归分析法，这是因为在现场测试中，由于测量条件、人员等因素的影响，给测量数据造成偶然误差，使散点图上下波动，应用中必须进行数学处理，以某一函数式来表示，进而获得能较准确反映实际情况的典型曲线，找出测试数据随时间变化的规律，并推算测试数据的极值，为监控设计提供重要信息6、一元线性回归一元线性回归是研究被测物理量随时间呈线性变化的规律，即被测物理量（位移）为 y,观测时间为 x，找出一直线函数式来表示两个变量 Y 与 X 的关系，即：y=a+bx。

但在实际的操作中，由于各种原因，测量的数据往往不会出现在同一条直线上，为了使分析的数据更能体现现场的实际，这就要变换一元线性函数的格式，通常采用对数函数，即的格式对测量数据进行分析，这是因为bLnxay在数据分析时相比其他函数简单明了，而且分析后的数据又能接近于现场的实际，故因此在通常情况下普遍采用此类函数对数据进行分析另外，在数据分析的方法中，还有一元非线性回归分析和用卡西欧计算器对数据分析的方法等等，在这里就不详细的说明了下面我就举一拱腰收敛的例子来讲述一元线性回归分析的实际应用6.1 首先，对所收集的数据进行整理观测日期测量次数月日时本期读 数(mm)本期 收敛 值 (mm)日收敛速率（mm/h）总收敛 值(mm)平均收敛速率（mm/d）备注151514:305858.320.00 0.00 0.00 0.00 新尺观测251615:505858.170.15 0.01 0.15 0.07 35179:105857.970.20 0.01 0.35 0.12 451815:305857.620.35 0.01 0.70 0.17 551916:005857.430.19 0.01 0.89 0.18 65209:005857.410.02 0.00 0.91 0.15 752116:005857.310.10 0.00 1.01 0.14 852210:005857.240.07 0.00 1.08 0.13 95239:005857.090.15 0.01 1.23 0.14 115258:405856.950.14 0.01 1.37 0.12 1252617:005856.890.06 0.00 1.43 0.12 1452817:005856.790.10 0.00 1.53 0.11 165308:405856.680.11 0.00 1.64 0.10 186116:205856.610.07 0.00 1.71 0.10 206310:305856.480.13 0.01 1.84 0.09 6.2 为了使分析后的数据更加直观，更加明了，我们采用常用对数曲线来拟合时间位移曲线，即 X 轴作为时间（t） ，Y 轴作为收敛值（mm） ，通过图形表示，我们将可以清楚地看到收敛值随时间变化的趋势。

6.3 将整理后的数据在图形上表示出来，此时，量测数据将就以点的形式不均匀的分布在图形上，这些点代表了实际测量的数据随时间变化的趋势通过这些点，我们可以清楚地看到该里程断面的实际收敛情况（包括在何时收敛突变的变化） ，观察这些点的变化情况，就能使我们对于是否加强初期支护有了初步的判断回归分析0.000.501.001.502.00123456789101112131415时间(d)累计收敛(mm)``6.4 根据点的分布情况，绘出对数曲线图此图为一平滑的曲线，它既代表了收敛值随时间变化的情况，又可通过此曲线对该测点断面的最大收敛值做一预测在实际的操作中，我们可以通过计算机中的 EXCEL 对上述几步进行的处理 对数函数曲线回归分析-0.500.000.501.001.502.00123456789101112131415时间(d)累计收敛(mm)6.5 通过 EXCEL 将对数函数的各项未知参数求出，并通过计算求出未来几天所能够达到的最大收敛量，并以此判断隧道的管理等级反馈到施工中，就能决定是否采取加强措施、安排各项工序等7、总结强化隧道监控量测有着非常重要的作用，主要表现在（1）评价围岩稳定性，确保施工安全（2）评价围岩达到稳定的标准，确定仰拱浇注时间及二衬施作时间（3）调整施工方法（4）调整锚杆支护参数及喷砼厚度（5）及时调整预留变形量适当考虑工程的经济性。

在大丽铁路线上，我项目部严格的按照此方法进行量测，并对数据进行了分析，及时的反馈到施工中去，指导施工，确保了施工安全，同时也得到了包括建指、监理单位的好评。