铁路隧道地表沉降监测和数据研究

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1、铁路隧道地表沉降监测和数据研究　　[摘要]：隧道监控量测在整个铁路隧道施工具有重要作用。文章以新歌乐山隧道地表沉降监测项目为例，阐述了测桩点的布设、现场监测方法、数据获取与处理，并对数据做出合理判断分析和有益探讨，对实际生产工作具有一定指导意义。[关键词]：铁路隧道施工监控量测地表沉降数据分析中图分类号：U25文献标识码：A0引言隧道监控量测贯穿于整个隧道施工过程中，是一项非常重要的工作。监测的目的主要包括：保证施工安全；预测施工引起的地表变形；验证支护结构设计，指导施工；总结工程经验，提高设计、施工技术水平。隧道

2、地表沉降是隧道工程应进行的日常监控量测的必测项目。本文以新歌乐山隧道地表沉降为例，阐述了监测项目现场操作具体过程、数据获取及处理方法。1新歌乐山隧道工程概况9新歌乐山隧道属新建兰渝铁路引入重庆枢纽工程，位于既有渝怀线歌乐山隧道左侧约25～50m，设计时速120km/h。隧道进口里程K1106+280，出口里程K1108+547，全长2267m。隧道进出口为浅埋段，洞顶覆盖层仅4～8m，出口洞顶及周边有大量民房，且下穿公路，出口段约300m采用非爆破法开挖。不良地质有岩溶、煤窑采空区、富水软弱围岩，特殊岩土为盐溶角砾

3、岩及石膏。施工难度极大，安全风险高，为极高风险隧道，如图1所示。图1新歌乐山隧道现场图图2新歌乐山隧道地表下沉测点布设示意图2.地表沉降隧道洞口浅埋层覆盖薄，堆积松散、自身稳定性差。在施工过程中易受自重、雨水和施工爆破的影响，极易发生坍塌，沉降等大变形事故，威胁隧道的整体稳定。隧道开挖后，洞口浅埋段地层中的应力扰动区延伸至地表，围岩力学形态的变化在很大程度上反映于地表沉降，且地表沉降可以反映隧道开挖过程中围岩变形的全过程。因此，必须对地表沉降情况进行严格的监测和控制，保证施工安全。3.监控量测方案设计监控量测贯穿在

4、整个施工过程中，必须在隧道施工做好方案设计，在施工开始后根据现场情况做出细微调整。新歌乐山隧道的设计是由中铁第二设计院完成，严格按照工程测量规范（GB/5026-2007）、铁路隧道工程施工技术指南（TZ204-2008）和铁路隧道监控量测技术规程（TB10121-2007）等国家标准前提下制定了详细方案。93.1测点布设理论上地表下沉受支护影响在隧道中线上沉降最厉害，往两旁沉降量递减，因此沉降曲线曲率在中间最大，两旁远离隧道中线逐渐递减。若考虑不同的沉降曲线模型，两旁的测点间距也应该是中间密两旁稀疏。但考虑新歌乐

5、山隧道工程围岩好，隧道工艺不难等情况中线两旁的监测点都等间距布设。针对浅埋段较短和围岩情况比较好的前提下，在进口端里程桩号K1106+285m，出口端里程桩号K1108+540m布设两个监测断面，每个监测断面上布设一个水准基点和11个监测点。面向里程增大的方向，从左往右编号1至11，其中6号点位于隧道中线上。监测断面高度距离隧道地表面高度约15m、拱高5m，按45°影响范围规定，监测断面长40m，每个监测点间距为4m。基点在远离隧道沉降影响范围外，基点与监测点埋设钢筋水泥桩。布置方案如图2所示，测点现场照片如图3所

6、示。图3新歌乐山隧道地表下沉测点布设示意图图4富斯特乃尔法（Forstnermethod）3.2仪器选择检校9地表沉降变化细微，观测精度要求高，其量测精度一般为±1mm。因此，采用二等水准精度要求。仪器选用南方DL-201电子水准仪，水准仪根据国家规范进行年检，合格后方可用于生产。在作业期间应进行最重要的水准管轴平行于视准轴检验，即i角检验。用富斯特乃尔法对该电子水准仪进行i角检验校，如图4所示。第一次测得高差为h1=0.02312m，第二次测得高差为h2=0.02270m，得到i=12″。根据《国家一二等水准测量

7、规范》（GB/T12897-2006）规定，用于二等水准测量的i角指标限差不得大于15.0″，超过20″测量成果作废的规定。该电子水准仪满足精度要求。3.3监测周期监测周期主要取决于开挖面距监测断面的距离与沉降速度的大小。新歌乐山隧道总共布设两条地表下沉监测断面，出口端地表下沉（K1108+540）监测断面于2010年4月25日开始监测至2010年5月9日结束，监测频率1次/天；进口端地表下沉（K1106+285）监测断面于2010年4月26日开始监测，至2010年5月9日结束；监测频率1次/天。3.4施测方法通过

8、基点与监测点进行水准联测，得到测量时刻监测点相对于基点的高差，通过两相检测周期高差对比即可以得到沉降变化。9以监测点n点为例，第一次观测周期测点n与基点的高差hn1，第二次观测周期测点n与基点的高程差为hn2。两次高差相减，得测点n在第一、二观测期间地表沉降△hn12=hn1-hn2。第三观测周期测点n相对于基点的高差hn3，与第二观测周期相减，得到测点n第