隧道监控量测信息化探索论文(定型版)2014.1.8

论文隧道监控量测信息化探索--霍启臣中铁四局宝兰客专甘肃段项目经理部二O一四年一月甘肃·定西目录引言 ............................................................................................. - 1 -一、工程概况 ............................................................................. - 1 -二、人员及仪器设备配置......................................................... - 1 -三、监控量测数据的采集与处理............................................. - 2 -四、监控量测在隧道施工中的作用......................................... - 3 -五、展望和优化......................................................................... - 6 -参考文献 ..................................................................................... - 8 -隧道监控量测信息化的探索霍启臣（中铁四局宝兰客专11标项目部）摘要：隧道是修筑在应力岩体中的特殊建筑物。

对隧道围岩及其支护结构进行监控量测是保证隧道工程质量、安全必不可少的手段。

采用全站仪测设，计算机进行数据收集与分析是隧道监测信息化的新趋势。

关键词：隧道；特殊建筑物；监控量测；信息化；新趋势Exploration to the Informatization of Tunnel Monitoring MeasurementAbstract: Tunnel is a special construction which is built in thestress rock mass.Carrying out the monitoring measurement to thetunnel surrounding rock and their supporting structures is a kindof necessary way that can ensure the safety and the quality of tunnel engineering .To collect and analyze the data by using the computeras well as measure and design by using the total station is a new informatization tendency of tunnel monitoring .Key words: Tunnel; Special construntion; Monitoring measurement; informatization； new tendency引言新奥法是岩承理论在隧道工程实践中的代表方法。

通过对围岩的监测，合理确定围岩的支护，将围岩的荷载层转化为持力层。

围岩的信息化监测，是一种利用全站仪三维量测，计算机进行辅助分析处理的科学方法。

基于中铁西南科学院有限公司的《隧道及地下工程施工监测信息系统》及中铁四局承建的BLTJ-11标黄土隧道施工，对隧道量测信息化的实施、优点、指导作用和优化进行探索。

一、工程概况由中铁四局承建的BLTJ-11标位于甘肃省定西市安定区境内，全长28.216km，起讫里程DK932+174.2～DK960+358.45。

其中隧道总长23.65 km，占线路总长83.8%。

隧道地处黄土高原梁峁区，多处穿越浅埋、偏压、富含水等不良地质地段，施工安全风险较大。

隧道采用三台阶临时仰拱法、三台阶临时横撑法、三台阶法施工。

洞内采用复合式衬砌支护，初期支护采用锚喷方式，二次衬砌为C40/C45加筋混凝土结构。

二、人员及仪器设备配置监控量测信息化配备表三、监控量测数据的采集与处理在进行量测前，下载工程信息。

全站仪对隧道内监测点进行坐标测量，监测手机利用全站仪自带或外臵蓝牙接收监测坐标数据，将坐标存入对应的点名中。

数据采集完毕后，在现场由监测手机将量测数据上传至甘青公司专用服务器。

流程如下：服务器接收监测数据后，自动进行计算差值、累计值计算、形成图表，并反馈至手机用户及网络平台。

若有预警则自动发送，平台中以警示符号闪烁提示预警，并以短信形式将预警信息发送至相关管理者手机。

收敛数据处理的原理：全站仪量测某组收敛线的左右两个测点坐标（X1、Y1、Z1）、（X2、Y2、Z2）,两点的距离即为测线长度L i（公式1）。

相邻两次的测线长度之差即为本次围岩变化LΔ（公式2），当次与初始测线长度之差即为累计围岩变化L z（公式3）。

根据如下公式计算：L i= [(X1-X2)^2+(Y1-Y2)^2+(Z1-Z2)^2]^0.5 (1)LΔi=L i-L i-1,其中i≥2 (2)L zn =L n- L1,其中L n为第n次量测的测线长度 (3)沉降数据处理的原理：全站仪量测某个沉降点的测点坐标（X1、Y1、Z1）。

相邻两次的测点高程之差即为本次围岩变化HΔ（公式4），当次与初始测点高程之差即为累计围岩变化H zn（公式5）。

根据如下公式计算：HΔi=Z i-Z i-1,其中i≥2 (4)H zn =Z n-Z1,其中Z n为第n次量测的测点高程 (5)将服务器处理后的本次、累计围岩变化值用计算机程序语言进行代替转换后，整理输出至网络平台及手机用户，即可查看围岩变化的数据列表及趋势图。

四、监控量测在隧道施工中的作用隧道监控量测信息化管理实施以来，项目部的监控量测工作水平得到了很大的提高。

通过对不同围岩级别的监测数据进行分析，总结出黄土隧道的围岩变化规律，为隧道围岩预留沉降量的设臵、安全步距的合理设臵和支护参数的选择提供了可靠的依据。

（一）监控量测对围岩预留沉降量设臵的指导作用1.在隧道施工前期，进洞围岩预留沉降量均按设计要求200mm进行预留，但在施工监控量测中，发现围岩沉降变化远不止200mm，及时总结监测数据规律并调整预留量至400mm，围岩稳定后满足净空要求，从而避免了因净空不够而大范围凿除初支进行返工的后果。

2.当隧道施工至Ⅳb衬砌类型时，预留沉降量按设计要求80~100mm进行预留，但监控量测数据显示，围岩变形至20mm附近即趋于稳定。

通过对监控量测数据、走势图的分析比对，总结隧道的围岩的变化规律，及时调整隧道支护预留沉降量参数。

极大的节约了二衬混凝土施工的方量，为控制施工成本做出了巨大贡献。

（二）调整施工工法的指导作用南二十里铺隧道出口、魏家嘴隧道进口塌方显示，仰拱端头里程对应的初期支护破损情况成为了一个明显的分界线。

在仰拱端头至掌子面段的初期支护，围岩量测数据值显示日变化量大，达到公分级，持续时间长，导致了隧道全面下沉甚至坍塌，而在已浇筑仰拱的初期支护段，量测速率变化小，为毫米级，围岩侵限很小，基本没有影响。

两个隧道黄土的共同特点：（1）含水率均大于20%；承载力小于150KPa，最低值甚至小于100 KPa。

（2）埋深浅、临沟。

南二十里铺隧道出口埋深28m，线左20m外有深切沟，沟底基本与隧道洞身等高；魏家嘴隧道进口埋深20m。

两洞口前均有河沟。

（3）坍塌处距洞口近，距离均小于100m。

两个隧道的整体下沉案例揭示，在富水浅埋黄土隧道施工中，仰拱紧跟开挖施工（一般控制在20m）、初期支护封闭成环（一般6~7天）对巩固隧道的安全显得尤为突出。

（三）调整支护参数以安定隧道出口DK943+878~903段为例，含水率在14%左右，承载力320 KPa，埋深40m，为砂质黄土地层。

监控量测数据由信息化系统软件自动处理成图并传输至手机，如下图：注： 通过对比，可以看出：a 、拱顶沉降远大于周边收敛，拱顶沉降累计值是周边收敛的三到四倍；b 、至测点停测时，周边收敛已经基本稳定，但拱顶沉降速率有所下降，仍在发展；c 、监测后期，周边收敛累计值基本不变化，甚至有变小的趋势。

结论：1.黄土隧道拱顶沉降量及沉降周期远大于周边收敛。

当在进行隧道开挖时，拱顶预留沉降量应按周边的四倍进行预留。

2.黄土隧道拱顶沉降受力远大于周边收敛。

在限制围岩变形的作业中，应着重考虑来自于沉降的影响。

在进行初期支护拱架的安装时，应确保螺栓连接的质量（采用高强螺栓、螺帽拧紧）；拱架底部务必落于坚硬密实的基面之上（拱脚支垫混凝土垫块、清除基底虚碴浮土）；扩大拱架拱脚的持力面积，减小基底的应力（做扩大拱脚基础、相邻拱架的拱脚附近采用型钢连接，变相的将承载力独立基础转换为条形基础）。

3.从围岩变化速率来看，前期变化远大于后期。

在进行支护作业时，及时封闭成环显得尤为重要（支护及时）。

不能使岩体过度松弛而丧失或大大降低围岩的承载力，从而违背新奥法的基本原理。

应使临空面周边的围岩荷载层转化为支护体系的持力层。

在进行喷砼作业时，不能随意增减或省略速凝剂的使用（强度及时）。

由持力层+初期支护结构共同构成围岩的支护体系。

支护体系的加强，从两个方面入手：围岩的保护+初支质量。

围岩的保护主要是使岩面平顺（采用光面爆破、黄土面修整无凹凸）和少扰动（采用低振速炸药、工法不繁琐和不频繁转换）。

初支的质量主要是支护的及时，拱架、网片、锚杆及喷砼的质量。

一个合格的支护体系是能够保证隧道的安全的，二次衬砌只是作为隧道的安全储备而存在。

4.一般条件下，二次衬砌的拆模是要求衬砌强度达到8MPa的，但从监控图上看，黄土隧道的拱顶沉降是很难实现稳定的，为了保证隧道的施工安全，在围岩稳定前，需提前进行二衬的施工，这就要求二衬的拆模时间必须达到衬砌混凝土设计强度的100%方可进行拆模。

五、展望和优化监控量测信息化的建立，通过人机互动来对隧道安全施工进行管理。

它将隧道的岩体变化状态赤裸裸呈现在我们面前，通过管理者的界定、决策和引导，将隧道施工导向安全。

下面对目前系统暂未实现的功能进行一些探讨和建议。

（一）自动生成里程点名进行量测前，需要在监测系统平台进行测点的里程点名设臵。

但在现场施工时，随着隧道施工的推进将不断的出现新的测点，总是需要专人在电脑旁盯着进行基础信息建立。

建议根据现场需要，测量人员通过监测手机现场进行断面添加及参数设臵，甚至实现制动识别。

对每条设计好的线路来说，每个监测点的坐标对应的里程、与轨面的高程关系、与中线的距离都是确定和唯一的。