铁路隧道施工中围岩变形监控量测安全管理措施

铁路隧道施工中围岩变形监控量测安全管理措施

刘宇宏

中铁四局集团第四工程有限公司  安徽合肥  230011

摘要：我国交通行业和我国经济水平发展十分快速，盾构隧道穿越既有高速铁路的案例越来越多。许多学者对盾构隧道下穿高速铁路的变形特征以及变形传递进行了研究。铁路隧道工程为背景，利用有限元方法研究发现地铁与高速铁路隧道垂直距离及地铁施工顺序对既有高速铁路隧道的变形有显著影响。结合理论方法、数值模拟方法及实测数据对比，目前研究主要针对隧道结构与轨道本身的变形，对于变形在隧道与轨道之间的传递规律研究较少。伴随着越来越多下穿高速铁路工程的出现，对于下穿施工条件下结构与轨道自己的变形差异甚至明显脱空的变形特征是需要着重研究的问题。分析盾构下穿高速铁路结构的变形特征与规律，并针对不同地层、不同结构形式、不同轨道板型式进行参数敏感性分析，总结下穿引起的沉降变形在结构与轨道之间的传递规律以及影响因素，为盾构下穿高速铁路既有结构工程提供理论支撑和指导。

关键词：铁路隧道；围岩变形；监控量测

引言

隧道进口段以缓倾的砂岩、粉砂岩层为主,局部含有软弱煤线夹层。砂岩的单轴抗压强度范围为16.5~60.9MPa,均值为37.24MPa,局部来看不完全属于软弱围岩。但由于围岩内煤线夹层、节理、层理的存在弱化了围岩的整体强度,改变了地层结构。一般情况下,层状围岩的各向异性较为显著,这与围岩实测数据反映的规律一致。倾缓层状围岩在水平应力为主的高地应力作用下具有强烈的弯曲变形趋势,开挖后隧道洞周主应力方向转变为垂直于层理方向,岩层易沿着软弱结构面相互错动。相对软弱的岩层破坏后,其承担的荷载将逐步转移至支护结构上,造成衬砌结构向上凸起或损伤,宏观上表现为隧道底部隆起、围岩变形较大。可见,小相岭隧道下伏围岩倾缓、含软弱夹层、平直节理的结构为大变形的产生孕育了条件。

1监控量测的目的

围岩变形监控量测是铁路隧道喷锚支护设计和施工环节必不可少的组成部分，施工人员需要以围岩变形监控量测的数据为参考，对施工方案的合理性进行校验，并根据量测结果灵活调整施工参数，以保证施工质量。具体来说，在实际的铁路隧道施工中，因为地下围岩结构复杂、情况多变，荷载设计时常常不能精准确定设计数值，但结构荷载设计又和整个支护结构的施工存在密切的联系，因而以围岩变形量测结果作为理论上工程特性指标调整的参考，对支护结构设计和施工方案、施工工艺的选择进行优化具有重要的现实意义。铁路隧道施工中围岩变形监控量测不仅能够帮助技术人员了解施工情况，验证支护结构设计的合理性，还能总结不同围岩的规律和特点，对其他类似工程的建设也有参考价值。

2监控量测质量及安全保证措施

2.1平台架构及界面

平台采用目前世界上主流的ＮＥＴ开发平台和先进的基于互联网的Ｂ／Ｓ（浏览器／服务器）与Ｃ／Ｓ（客户机／服务器）相结合的技术构架，整体技术框架稳定、可靠、标准，支持各种操作系统（Ｗｉｎｄｏｗｓ、ＵＮＩＸ、ＬＩＮＵＸ）和大型数据库（Ｏｒａｃｌｅ、ＳＱＬ⁃ＳＥＲＶＥＲ、ＳＹＢＡＳＥ等），具有实施速度快、维护成本低、扩展性强、支持点对点的实时通信和数据集中存储的优势，硬件配置要求低。可在ＰＣＳｅｒｖｅｒ级服务器上流畅运行，有效降低了ＩＴ成本。平台采用可视化操作界面，系统点击界面分别为：系统登录—主界面—隧道分布图—隧道纵断面图—数据展示，整体直观、便于操作。主界面为全线标段分部图，若测点发生预警，主界面该标段变为相应颜色，且伴随声音提醒，正常为绿色，二级预警为黄色，一级预警为红色。右侧展示全线各级预警数量，点击可查询预警详情。

2.2隧道围岩结构变形自动监测系统研究

针对传统在建隧道围岩变形测量的确定，设计隧道围岩结构变形自动监测系统（TunnelConstructionMonitoringSystem，TCMS）。TCMS由监测主站和监测终端组成，通过将隧道断面监测终端安装在掌子面及初期支护侧壁，在隧道围岩断面形成多条完整监测光带，对掌子面和侧壁断面结构变形进行监测，并在二次衬砌稳定区域侧壁安装参考监测终端，形成稳定的参考点线基准；通过在仰拱闭合区或二次衬砌区安装的分析控制主站，同时对监测光带和参考光带进行非接触式智能分析和测量，实现隧道围岩变形的实时不间断监测。

2.3正洞处置措施

1)预留变形量由8~10cm调整为15~20cm。2)正洞仰拱曲率加深50cm,仰拱矢跨比由1∶11.75调整为1∶6.15,调整后隧道断面更加圆顺,受力更均匀。3)二次衬砌改用钢筋混凝土,衬砌厚度不做改变。4)全环设置钢拱架,钢拱架间距由1.2m/榀减小至0.8m/榀。5)拱墙部位铺设双层ϕ6mm钢筋网,仰拱处增设单层ϕ6mm钢筋网,全环C25喷射混凝土厚度调整为25cm。6)除原有锚杆外,增设长锚杆。拱部增设长8m的ϕ28mm中空锚杆16根,间距1.0m×1.0m,仰拱处增设6m长ϕ28mm中空锚杆13根,间距1.0m×1.0m。

2.4监控量测安全保证措施

（1）为了避免施工机械和施工人员干扰量测工作，应在施工区域内的监控量测断面及测点位置设置醒目标识，以保证监控量测安全，减少二次返工。（2）不同铁路隧道工程的施工进度存在较大差异，并且原施工进度可能会根据实际情况进行调整，因而监控量测工作除了要紧跟开挖、支护作业进度外，还应根据实际的施工情况调整，适当增减量测项目。得到量测变形数据分析后，将其与支护设计对比，合理调整支护参数的设置。（3）安排专人负责量测作业的指挥与调度，避免量测作业干扰隧道正常的施工作业，同时防止其他施工工序影响监控量测外业作业，提高量测数据的精准性。（4）监测小组在进行作业时应佩戴好安全防护用品，进行外业作业时，测量人员佩戴安全帽，进洞作业时佩戴安全帽与防护口罩。

2.5依托监控量测技术咨询，优化监控量测方案

对国内外相关科研单位等进行多次调研，严格执行招投标程序，筛选出监控量测技术一流的单位进行技术咨询，集中讨论。专家小组根据隧道类型、围岩条件、开挖方法等统一编制监控量测实施方案。该方案作为指导性实施意见，为各施工单位明确断面布距、测点布设要求、监测频率、预警指标等基本要求。尤其在预警控制基准方面，结合科学试验、现场实际情况及历史数据，在中铁总公司《铁路隧道监控量测技术规程》的基础上进行科学调整，充分保障预警阈值设置的合理性。建立问题、建议数据库；多次修订、完善监控量测实施方案及管理机制，做到每次发生预警，相关人员第一时间赶赴现场进行查看情况、核查处理，处理完成后待测点数据趋于稳定再关闭预警。通过认真落实监控量测工作，积累大量数据和经验，结合实际施工情况进行分析，及时反馈信息，进而为调整预警值提供依据，指导施工和设计的优化。并在隧道有较大变形时及时发出预警。

结语

隧道设计与施工中，隧道施工围岩变形监控量测是重要组成部分，在施工阶段开展变形监控量测不仅能够根据量测结果校验支护设计，为隧道支护结构的调整提供科学、及时的数据支撑，对后续施工工序的安全开展和隧道安全长期使用也有积极意义。

参考文献

［1］王同军.我国铁路隧道智能化建造技术发展现状及展望［J］.中国铁路，2020（12）：1-9.

［2］韩自力，蔡德钩，姚京川.铁路工务基础设施原位检测监测技术现状与展望［J］.中国铁路，2021（10）：52-62.