宋慶軍

（北京鐵研建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，北京 102628）

0 引言

隨著我國高鐵建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，不但為人們出游帶來了方便，也促進(jìn)了地區(qū)之間的經(jīng)濟(jì)和文化交流。然而，在實(shí)際施工中，由于跨越的地域范圍較大，部分地段的地質(zhì)條件較為苛刻，因此需要進(jìn)行隧道施工，對技術(shù)要求極高，施工過程面臨諸多不確定性因素，大大增加了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。量測技術(shù)不但可以及時給出隧道施工的各種信息，還可以根據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)，提出更加合理的實(shí)施方案，從而實(shí)現(xiàn)安全可靠、快速、節(jié)省成本的施工控制。

1 監(jiān)控量測技術(shù)在高鐵隧道施工中應(yīng)用的重要性

近年來，國內(nèi)交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到愈益重要的作用，為區(qū)域發(fā)展帶來了巨大的效益。國家也加大了對交通設(shè)施的投入，高鐵項(xiàng)目不斷增多。中國區(qū)域遼闊，地理環(huán)境復(fù)雜多變，由于地理差異，對量測人員提出了較高的要求。尤其在隧道施工中，技術(shù)安全問題更是突出，使得高鐵隧道施工的技術(shù)難度大大增加。因?yàn)樗淼琅c普通道路施工有顯著的不同，所以，在對隧道的監(jiān)控中，量測技術(shù)的應(yīng)用尤為重要，精確地控制量測數(shù)據(jù)能夠?yàn)楹笃谑┕べ|(zhì)量控制、成本管理等提供有效的參考依據(jù)。作為一項(xiàng)復(fù)雜且不可預(yù)測的工程，環(huán)境往往非常惡劣，甚至可能導(dǎo)致塌方等眾多事故，不僅會給施工人員和財(cái)物帶來巨大的損失，還會危害建筑施工質(zhì)量和安全。所以，在隧道施工時，必須特別小心謹(jǐn)慎。因此，在高鐵隧道施工中，監(jiān)控量測技術(shù)起著至關(guān)重要的作用，可以提供更加精確的量測數(shù)據(jù)，有效地預(yù)測施工中可能出現(xiàn)的問題，從而保證施工質(zhì)量和安全。

2 工程概況

在某一新建客運(yùn)專線的設(shè)計(jì)中，采用雙線的設(shè)計(jì)方式，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)外的雙向交流。該高鐵的行駛速度達(dá)到250km/h，行駛的路段總長為45.514km，該路段的起始里程為DK329+687.5，終止里程為DK378+178。在這段高鐵上，新建了26 座正線橋隧道，總長22852.8m，其中5 座長度大于1km，總長14407.94m，21 座長度小于1km，總長8444.9m，規(guī)劃施工作業(yè)面達(dá)到22 個。

3 高鐵隧道監(jiān)控量測的方法

該項(xiàng)目的監(jiān)控量測儀器與以往有了顯著的改變，不再使用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)觀測高鐵隧道內(nèi)外的情況，使用水準(zhǔn)儀和鋼卷尺檢測拱頂下降的情況，使用收斂計(jì)檢測水平收斂，使用鋼卷尺和一般的水準(zhǔn)儀檢測地表下降。

隨著技術(shù)進(jìn)步，傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀和鋼卷尺已經(jīng)不能滿足高精度的檢測需求，因此，全站儀、光電水準(zhǔn)儀等數(shù)字化儀器正在被廣泛使用[1]。其具備藍(lán)牙功能，通過與量測信息管理軟件的手機(jī)客戶端連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時量測和數(shù)據(jù)上傳，從而提高了工程質(zhì)量和效率。

4 高鐵隧道監(jiān)控量測技術(shù)的要求

4.1 隧道監(jiān)控量測項(xiàng)目

根據(jù)具體施工圖紙和施工技術(shù)的要求，選取必測的量測項(xiàng)目。具體而言，在隧道內(nèi)外觀察中，需要利用數(shù)碼相機(jī)、羅盤儀設(shè)備進(jìn)行測量；在拱頂下層，對凈空變化、地表沉降、拱腳下沉、拱腳位移，需要利用全站儀設(shè)備進(jìn)行測量。

4.2 監(jiān)控量測斷面及測點(diǎn)布置原則

在隧道開挖之前，應(yīng)該在淺埋和下穿工程的部位，設(shè)置地表沉降測點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)位于隧道內(nèi)，且不應(yīng)該位于同一斷面里程內(nèi)[2]。H0表示隧道埋深；H 表示隧道開挖高度；B 表示隧道開挖深度，由此可以得出地表沉降測量點(diǎn)的縱向間距：在2B＜H0≤2（B+H）時，間距為15m；在B＜H0≤2B 時，間距為10m；在H0≤B 時，間距為5m。

在隧道中點(diǎn)周圍，地表沉降點(diǎn)的橫向水平距離應(yīng)該在2～5m，以便更好地進(jìn)行量測。中點(diǎn)兩邊的量測區(qū)域應(yīng)該不低于H0+B，如果有特殊的要求，適當(dāng)擴(kuò)大量測距離和量測的范圍。拱頂下沉測點(diǎn)和凈空變動測點(diǎn)應(yīng)該安排在同一個截面上，在拱頂軸線周圍設(shè)置下沉測點(diǎn)是一個合理的選擇，但是當(dāng)跨度較大時，應(yīng)根據(jù)施工辦法增加測點(diǎn)。

4.3 監(jiān)控量測頻率

根據(jù)表1 中的數(shù)據(jù)，項(xiàng)目量測的頻率應(yīng)當(dāng)有所不同。在考慮到測點(diǎn)距開挖面的距離和位移速度的情況下，應(yīng)該縮短量測的周期，進(jìn)而保障量測結(jié)果的準(zhǔn)確性。在出現(xiàn)異常時，需要加大量測的頻率。

表1 按距開挖面距離和位移速度確定的監(jiān)控量測頻率

4.4 測點(diǎn)埋設(shè)時間的要求

需要對測點(diǎn)進(jìn)行及時的埋設(shè)，以便保證在隧道開挖前，獲得更為精準(zhǔn)的地表沉降數(shù)據(jù)；在復(fù)噴混凝土后的2h 之內(nèi)，需要對凈空收斂和拱頂下沉進(jìn)行量測，獲取初始數(shù)據(jù)[3]。

4.4.1 在量測工作開始之前，應(yīng)當(dāng)在相鄰隧道斷面里程內(nèi)，布設(shè)地表沉降測點(diǎn)，以便更好地對隧道內(nèi)的地質(zhì)情況進(jìn)行掌握和了解。

4.4.2 在初次噴射混凝土之前，應(yīng)該在拱頂下方設(shè)置凈空變化的點(diǎn)。

4.5 地表沉降量測

地表沉降量測，使用徠卡DNA03 進(jìn)行。首先，在施工期間，需要在隧道開挖的縱橫方向上，埋設(shè)基點(diǎn)，以便能夠展開相互校核。其次，每個基點(diǎn)的埋設(shè)需要與地表沉降量測數(shù)據(jù)一致。最后，把每個基點(diǎn)與鄰近水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合測試，以便取得更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

地表沉降量測的要求：

4.5.1 在對儀器設(shè)備進(jìn)行檢查之后，需要避免在測站和標(biāo)尺出現(xiàn)抖動的情況下進(jìn)行量測。

4.5.2 量測的時間盡量在同一天內(nèi)進(jìn)行。

4.5.3 量測應(yīng)遵循四固定原則：固定量測人員、固定量測位置、固定量測時間、固定量測順序[4]。對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以制作位移和時間的關(guān)系圖，如圖1所示。只要曲線方向正常，則說明移動隨著施工的推進(jìn)而逐漸趨于穩(wěn)定。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，如發(fā)現(xiàn)反彎點(diǎn)，說明地表下沉并且發(fā)生了迅速增長的情況，圍巖和支撐已經(jīng)不穩(wěn)固，應(yīng)立即采取措施。

圖1 位移u 和時間t 的關(guān)系曲線圖

當(dāng)圍巖位移速率不斷下降時（du2/d2t＜0），圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài)；

當(dāng)圍巖位移速率保持不變時（du2/d2t＝0），圍巖不穩(wěn)定，應(yīng)采取支護(hù)措施；

當(dāng)圍巖位移速率不斷上升時（du2/d2t＜0），圍巖進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)，必須立即停止掘進(jìn)，加強(qiáng)支護(hù)。

4.6 監(jiān)控量測注意事項(xiàng)

4.6.1 在澆筑混凝土前，應(yīng)預(yù)先布設(shè)量測點(diǎn)，并且，需要避開鋼架和脫空之間的回填處，保障測點(diǎn)能夠順利進(jìn)入圍巖，不能將測點(diǎn)布置在鋼架上。為了保障量測過程的安全性，應(yīng)盡快完成布設(shè)，并采取有效的措施。例如，在支邊墻出現(xiàn)向內(nèi)塌陷的情況，需要對測點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，避免出現(xiàn)損壞的情況。若測點(diǎn)出現(xiàn)損壞，應(yīng)當(dāng)對測點(diǎn)附近進(jìn)行補(bǔ)埋，從而實(shí)現(xiàn)二次數(shù)據(jù)的收集。測點(diǎn)出現(xiàn)松動的情況，應(yīng)盡快采取措施緊固，以確保當(dāng)天的量測結(jié)果準(zhǔn)確無誤，并在緊固完成后再次讀取初始數(shù)據(jù)。

4.6.2 在測點(diǎn)布置完畢后，應(yīng)當(dāng)用醒目的涂料標(biāo)記出來，并且嚴(yán)禁在測點(diǎn)位置設(shè)置任何建筑物。

4.6.3 應(yīng)將拱頂下沉和地表沉降量監(jiān)控量測結(jié)果與洞內(nèi)外水準(zhǔn)基點(diǎn)建立有效的聯(lián)系。

4.6.4 不得弄虛作假，要求各監(jiān)控量測人員保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以便能反映出量測現(xiàn)場的真實(shí)情況。

4.6.5 為了確保監(jiān)控量測工作的順利進(jìn)行，應(yīng)及時提供必要的條件，減少可能發(fā)生的干擾，并將監(jiān)控量測元件的埋設(shè)計(jì)劃納入工程施工進(jìn)度，確保施工過程順利進(jìn)行。

4.6.6 在使用量測儀器裝備之前和之后，應(yīng)該經(jīng)常加以檢測、校對和率定。收斂儀在運(yùn)行時，應(yīng)該調(diào)整螺栓，使其逆時針旋轉(zhuǎn)，以確保螺紋不會外露[5]。在應(yīng)用一段時間后，應(yīng)該對零加以校準(zhǔn)，查看數(shù)顯讀數(shù)是不是為零，如果出現(xiàn)誤差，則應(yīng)該加以修正。完成量測工作后，用棉紗清掃粉塵，并要避免鋼尺出現(xiàn)銹化的情況。

5 數(shù)據(jù)分析和安全性評價

5.1 數(shù)據(jù)分析處理

可以通過校核、整合和分析對監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并且清楚地指出挖掘方式、建造工序及其挖掘面與監(jiān)控量測點(diǎn)之間的距離等信息內(nèi)容。

5.1.1 數(shù)據(jù)校核

通過對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)結(jié)果的校核，可以有效地消除和減少各類差錯因素，從而保證數(shù)據(jù)分析的可信度和完善性。在一次量測后，應(yīng)立即對結(jié)果加以統(tǒng)計(jì)、填表制圖、誤差處理等，以保證數(shù)據(jù)的正確性和可信度，并適時補(bǔ)測。

5.1.2 數(shù)據(jù)整理

通過對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的整合，可以計(jì)算出物理量，制作相應(yīng)的圖表，并將其打印出來，方便分析數(shù)據(jù)的變化和趨勢，從而更好地掌握移動時間曲線圖或散點(diǎn)圖。

5.1.3 數(shù)據(jù)分析

通過統(tǒng)計(jì)分析，可以應(yīng)用比較法、作圖法和數(shù)字方法等多種方法，如散點(diǎn)圖和回歸分析方法，研究各監(jiān)控量測物理量值的變化趨勢，從而預(yù)測出風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的最終值和影響程度區(qū)域，從而有效地評價安全性狀態(tài)。通過繪制時間－移動和長度的散點(diǎn)圖，結(jié)合實(shí)際施工具體情況，選取適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)通過回歸分析，估計(jì)平均值（終點(diǎn)值），并與量測基準(zhǔn)值加以對比，以此綜合評價圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。

通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析，可以獲得多種有效的結(jié)果：第一，依據(jù)監(jiān)控量測值描繪時態(tài)曲線；第二，采用回歸分析方法，估計(jì)結(jié)果值，并與監(jiān)控量測基線值加以對比；第三，對圍巖及支撐構(gòu)件加以評價；第四，適時反饋評價結(jié)果，并提供有效的工程技術(shù)措施和意見。

5.2 工程安全性評價

工程安全性應(yīng)按照位移管理等級劃分為3 個級別，并采取相應(yīng)的工程技術(shù)措施。當(dāng)移動控制到達(dá)三級時，應(yīng)向監(jiān)控量測隊(duì)長、技術(shù)主管和場地監(jiān)理工程師報(bào)告；當(dāng)?shù)竭_(dá)二級時，應(yīng)向分部工程主任、總工程師和現(xiàn)場施工責(zé)任人報(bào)告，總工程師結(jié)合具體情況向設(shè)計(jì)師、業(yè)主方和建立方提出具體的解決措施；當(dāng)達(dá)到一級時，應(yīng)當(dāng)向有關(guān)部門匯報(bào)，以確保工程的安全性，立即停止施工，并向業(yè)主單位匯報(bào)情況，以便于采取解決對策。

5.3 工程對策

5.3.1 一般措施

采取有效措施穩(wěn)固挖掘操作面，優(yōu)化施工方式，加強(qiáng)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力能力和剛性，適時進(jìn)行鉆孔，盡量減少爆破震動的危害，并在圍巖與支撐構(gòu)件之間進(jìn)行回填灌漿。

5.3.2 輔助措施

注漿加固和降水等技術(shù)是地層預(yù)處理的主要技術(shù)手段，并且，還需要合理地利用超前支護(hù)技術(shù)，如管棚支護(hù)和錨桿支護(hù)等，保障隧道施工的順利進(jìn)行。

6 結(jié)語

綜上所述，在高鐵隧道施工中，會面臨各種技術(shù)難題。在具體的施工過程中，需要重視隧道監(jiān)控量測技術(shù)。在施工現(xiàn)場，相關(guān)的施工人員需要結(jié)合不同的施工條件，在明確量測內(nèi)容要求的前提下，利用相關(guān)的監(jiān)控量測技術(shù)的工具，保障量測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而使其成為現(xiàn)場施工作業(yè)安全、高效開展的指導(dǎo)和依據(jù)。