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摘 要：辽西隧道洞身穿过断层破碎带施工过程中拱顶出现下沉现象，通过监控量测数据分析，改善施工工艺，有效抑制了拱顶下沉速率，从而指导隧道施工的掘进速度和支护时机，确保了隧道施工的安全性。
关键词：隧道；监控量测；数据分析；判别
Data Acquisition and Analysis of High-speed Railway Tunnel Monitoring Measurement
Shi Jianzhou
（Beijing railway construction supervision co， Ltd）
Abstract： Construction of LiaoXi tunnel pass through fault fracture zone the arch to appear subsidence phenomenon，through the monitoring data analysis， improve the construction process， effectively inhibit the vault subsidence rate， so as to guide the tunnel construction speed of driving and supporting time to ensure the safety of tunnel construction.
Keywords： tunnel monitoring measurement data analysis distinction
1 引言
在隧道施工中，監控量测是检验设计参数、地面稳定性，评价施工方法的主要依据，尤其是客运专线铁路隧道工程，除了在施工前的预设计阶段必须进行地质勘查和试验外，还应在施工全过程中进行监控量测，即用人工观察和各种仪器测试围岩、地面的变化，支护的外观与力学变化，并将实测资料和数据分析处理后，及时反馈到设计和施工中去，以评定围岩的稳定程度和支护结构的可靠度，以便调整施工方法和支护参数，确保施工的绝对安全和工程经济合理。
2 工程概述
辽西隧道位于辽宁省朝阳市凌源市瓦房店镇大王杖子村至城东街道办马场村，隧道全长13205m，最大埋深263m，共设有3座斜井，其中位于DK133+060～+260、DK134+650～+750 段为两处断层破碎带的不良地质现状，岩体较破碎，极易发生塌方、涌水突泥等不良地质灾害。
3 问题提出
在以“新奥法”为指导思想的隧道施工过程中，为避免不必要的安全事故发生，防止隧道在施工中出现坍塌、冒顶等现象，因此需要通过围岩量测结果，分析隧道不稳定性变化的趋势、查找引起隧道不稳定性的原因，进而及早抑制围岩变形及失稳。辽西隧道DK133+240附近围岩极其破碎，前期已施工完的DK133+260-230，DK133+245初支钢拱架经监控量测，表面初期支护钢架有明显下沉现象。因此，该段围岩在下道工序施工过程中存在安全隐患，及时进行监控量测并分析在施工过程中其数据的变化规律尤其重要。
4 监控量测的内容
辽西隧道施工监控量测项目：（1）地质和支护状况观察；（2）周边收敛；（3）拱顶下沉；（4）地表沉陷。
5 监控量测方法
5.1 拱顶下沉和地表沉降的判别准则
隧道洞壁的最大位移值与地层的地质条件、隧道埋深、隧道跨度、开挖方法、支护类型和支护参数等因素有关，其中尤其与地层的地质条件有密切的关系。在规定容许位移值时，必须考虑到这些因素的影响，一般情况下，要遵循以下原则：
地层的地质条件越差，则最大容许位移值越大。隧道跨度越大，则最大容许位移值越大。初期支护拱顶最大容许下沉值可参考表1。
5.2结构断面及预埋件布置
在DK133+260-230段断层破碎带每5米埋设一断面。每个断面均设置监控量测点，断面布置情况见下图。
6 数据采集与分析
根据上现场采集的各类监测数据，绘制各类数据的时态曲线，分析曲线包含的意义，从中获取围岩稳定情况，确定开挖进度和二次衬砌的施工时间，并不断调整支护参数，优化设计，保证施工安全。以下以DK133+245断面为例进行说明。
6.1拱顶下沉变形
由表2、图2可知，上台阶开挖支护后拱顶沉降速率有一明显变化，量测初期拱顶下沉速率较大，最大下沉速率为29.03mm/d，随着时间的推移，变形基本趋于稳定。截止2010年1月31日拱顶下沉速率已经为0mm，因此可判断该段支护能够满足洞室围岩稳定要求，支护是有效的，并可以进行二次衬砌施工。该段累积沉降量为101.67mm，结合表1可知，已超出拱顶最大容许下沉值，可推断出该段属不稳定的破碎围岩。隧道拱顶下沉量记录见表2、拱顶下沉位移曲线见图2。
6.2水平收敛变形
由表3、图3可知，上台阶开挖支护后拱顶沉降速率有一明显变化，量测初期围岩收敛速率较大，随着时间的推移，围岩收敛呈递减趋势，说明初期支护已限制围岩继续变形并趋于稳定，截止2010年8月31日，围岩收敛速率为0.42mm，因此可判断该段围岩变形已进入动态平衡状态，可进行二次衬砌施工。如果量测中出现收敛值较大并有不断扩大的趋势，要立即采取措施对围岩进行加固处理并调整支护参数，限制围岩继续变形，确保隧道施工安全。隧道水平收敛变形量如表3所示、变形速率如图3所示。
7 变形原因分析
根据监控量测分析结果，从地质因素、施工因素、管理因素进行逐一分析。
7.1 地质因素
该段地质为弱风化花岗岩，岩体破碎，节理裂隙发育，地下水发育；此段从F23断层中穿过，围岩稳定性较差，为Ⅴ级围岩，围岩开挖后无支护可产生较大坍塌；同时，施工月份正好赶上福建地区雨水较多，存在大量雨水渗入该地层，导致土层中含水量增大，进一步破坏了其自稳。 7.2 施工因素
7.2.1洞身开挖
该段围岩洞身开挖施工方案为φ42超前小导管注浆配合台阶法+临时仰拱施工，是铁路隧道Ⅴ级围岩的一种施工方法。开挖采用人工配合挖掘机开挖，施工步序如图4所示。
（1）由于各个台阶空间均不大，不便于机械的充分利用。
（2）挖掘机在施工过程中对已施工初期支护进行碰撞，且在靠近初期支护位置均由人工进行开挖，拖延了开挖断面的初期支护时间；
（3）进行②、③部全部开挖后在中台阶拱脚位置设置临时仰拱，中台阶临时仰拱施工完毕后，进行下台阶④、⑤部开挖和初期支护施工时将中台阶临时仰拱拆除，下台阶开挖后并在下台阶位置设置临时仰拱，下台阶临时仰拱施工完毕后未及时进行该断面仰拱施工。②③④⑤部开挖后的观测中发现该段地表最大沉降值为41mm，由此可见：开挖施工对掌子面上方对隧道的稳定性具有很大影响。
7.2.2 初期支护
（1）钢架支撑
钢拱架在加工过程中，因工人熟练程度不够，加工偏差过大，导致钢架支撑施工时连接不够紧密。在钢架施工过程中，分节段钢架连接螺栓少装或者未拧紧的现象时有发生，同时钢架底脚位置基岩仍为松散土和虚渣，在拱脚位置采用槽钢进行铺垫后下沉仍然较大。
（2）锚杆支护
設计所用系统锚杆为φ25中空注浆锚杆，在施工过程中，因为上台阶高度较小，锚杆角度大多数能沿开挖面径向垂直布置。在锚杆注浆过程中，因受注浆设备、人为等因素影响，不能真正使浆液扩散到周围岩体中。该段围岩裂隙较发育，黏土充填物较多，锚杆深入稳定岩体中较困难。故而，锚杆的3种主要作用：加固拱作用、组合梁作用、悬吊作用均不能充分发挥作用，锚杆对围岩支撑作用大打择扣。7解决问题的措施
7.3改善洞顶地质条件
对该段洞顶进行人工夯实，减少雨水的渗入。安排专人每天对洞顶进行行观察，当地面出现裂纹时及时封堵。同时，修筑临时水渠及水管，引导地表水流出。
7.4缩短掘进进尺
在掘进施工过程中，受开挖空间限制，机械使用率已经达到最大限度，为保证初期支护的及时跟进，只有缩短循环进尺，按50cm-100cm/循环（I20b钢架间距为50cm）组织施工，以减少循环时间。
7.5 加强钢架支撑的施工质量
控制钢拱架的加工偏差，在施工拼装过程中拧紧分段钢支撑的连接螺栓。将钢架落脚处基岩清理干净并加大底脚位置高差调整槽钢的宽度，进而减少软弱围岩地脚位置基岩单位面积的受力，减缓拱顶下沉。
7.6 加强锚杆的施工质量
先采用2米钻杆进行钻设，钻至2米后再用4米长钻杆钻设，以确保锚杆的钻孔角度。锚杆注浆时，合理调整浆液的水灰比，并在每根锚杆端部套30cm长胶皮套，等注浆完毕后，对胶皮管打折绑扎，以防止杆体内浆液外流。充分利用浆液使围岩中松动区的节理裂隙、破裂面等得以联接，助于裂隙岩体和岩石松动区形成整体加固带。
7.7 调整施工工序、变更支护参数
增加锁脚小导管的数量，在松散岩体中，通过布设小导管增加岩体的自身承载力，同时依靠小导管表面积大的特点，利用小导管与岩体的摩擦力以及小导管注浆后的杆体强度来抵抗因拱顶下沉产生的剪切力。另外，小导管和钢拱架焊接时增加“L”型钢筋的帮焊，提高小导管端部和钢架的焊接连接强度。调整施工工序、缩短支护成环时间：当拱顶下沉较大时停止掘进，及时喷射混凝土封闭掌子面，在中台阶拱脚位置设置临时仰拱，中台阶临时仰拱施工完毕后，下台阶左右侧进行开挖和初期支护，并在下台阶位置设置临时仰拱。下台阶临时仰拱施工完毕后立刻进行该断面仰拱施工，使初期支护封闭成环。最后拆除中下台阶两道临时仰拱，开始掌子面掘进。
7.8 加强施工管理
加大管理力度，实行严格的奖罚制度，要求工人严格按照施工技术交底的有关要求进行施工，减少人为因素对隧道稳定性的影响。同时加强过程监控机制，对关键部位、关键环节实行全程跟踪旁站。
8 结论
加强监控量测信息反馈与预报工作可以及时掌握围岩的动态信息，随时掌握围岩稳定性和施工措施的可靠性进行判断，借以评价和变更初期支护参数。本隧道断层破碎带经过一系列的改进施工工艺后，拱顶下沉得到了有效抑制，中下台阶拱架落脚后的最大沉降速率减少至20mm/d，累计下沉量也明显减小，特别是仰拱闭合后拱顶下沉基本趋于停止。上述改进措施在后续施工中应用效果十分明显，保证了隧道的施工安全，取得了较好的经济效益和宝贵的施工经验。
参考文献
[1]徐林生.通渝隧道进口施工中的现场监控量测研究[J].重庆交通学院土木建筑学院.2005，02：35-37；
[2]蒋树屏，赵阳.复杂地质条件下公路隧道围岩量测与非确定性反分析研究[J].岩土力学与工程学报.23（20）：3460-3464；
[3]李德宏.连拱隧道施工监测与分析[J].现代隧道技术，2003，1：59-64；
[4]叶飞，丁文其等.公路隧道现场监控量测及信息反馈[J].长安大学学报.2007.05：79-83；
作者简介：
石建周（1972-），男，工程师，河南省三门峡市人，1993年10月毕业于焦作工学院土木建筑工程专业，主要从事铁路监理工作。工作单位：北京铁城建设监理有限责任公司。
关键词：隧道；监控量测；数据分析；判别
Data Acquisition and Analysis of High-speed Railway Tunnel Monitoring Measurement
Shi Jianzhou
（Beijing railway construction supervision co， Ltd）
Abstract： Construction of LiaoXi tunnel pass through fault fracture zone the arch to appear subsidence phenomenon，through the monitoring data analysis， improve the construction process， effectively inhibit the vault subsidence rate， so as to guide the tunnel construction speed of driving and supporting time to ensure the safety of tunnel construction.
Keywords： tunnel monitoring measurement data analysis distinction
1 引言
在隧道施工中，監控量测是检验设计参数、地面稳定性，评价施工方法的主要依据，尤其是客运专线铁路隧道工程，除了在施工前的预设计阶段必须进行地质勘查和试验外，还应在施工全过程中进行监控量测，即用人工观察和各种仪器测试围岩、地面的变化，支护的外观与力学变化，并将实测资料和数据分析处理后，及时反馈到设计和施工中去，以评定围岩的稳定程度和支护结构的可靠度，以便调整施工方法和支护参数，确保施工的绝对安全和工程经济合理。
2 工程概述
辽西隧道位于辽宁省朝阳市凌源市瓦房店镇大王杖子村至城东街道办马场村，隧道全长13205m，最大埋深263m，共设有3座斜井，其中位于DK133+060～+260、DK134+650～+750 段为两处断层破碎带的不良地质现状，岩体较破碎，极易发生塌方、涌水突泥等不良地质灾害。
3 问题提出
在以“新奥法”为指导思想的隧道施工过程中，为避免不必要的安全事故发生，防止隧道在施工中出现坍塌、冒顶等现象，因此需要通过围岩量测结果，分析隧道不稳定性变化的趋势、查找引起隧道不稳定性的原因，进而及早抑制围岩变形及失稳。辽西隧道DK133+240附近围岩极其破碎，前期已施工完的DK133+260-230，DK133+245初支钢拱架经监控量测，表面初期支护钢架有明显下沉现象。因此，该段围岩在下道工序施工过程中存在安全隐患，及时进行监控量测并分析在施工过程中其数据的变化规律尤其重要。
4 监控量测的内容
辽西隧道施工监控量测项目：（1）地质和支护状况观察；（2）周边收敛；（3）拱顶下沉；（4）地表沉陷。
5 监控量测方法
5.1 拱顶下沉和地表沉降的判别准则
隧道洞壁的最大位移值与地层的地质条件、隧道埋深、隧道跨度、开挖方法、支护类型和支护参数等因素有关，其中尤其与地层的地质条件有密切的关系。在规定容许位移值时，必须考虑到这些因素的影响，一般情况下，要遵循以下原则：
地层的地质条件越差，则最大容许位移值越大。隧道跨度越大，则最大容许位移值越大。初期支护拱顶最大容许下沉值可参考表1。
5.2结构断面及预埋件布置
在DK133+260-230段断层破碎带每5米埋设一断面。每个断面均设置监控量测点，断面布置情况见下图。
6 数据采集与分析
根据上现场采集的各类监测数据，绘制各类数据的时态曲线，分析曲线包含的意义，从中获取围岩稳定情况，确定开挖进度和二次衬砌的施工时间，并不断调整支护参数，优化设计，保证施工安全。以下以DK133+245断面为例进行说明。
6.1拱顶下沉变形
由表2、图2可知，上台阶开挖支护后拱顶沉降速率有一明显变化，量测初期拱顶下沉速率较大，最大下沉速率为29.03mm/d，随着时间的推移，变形基本趋于稳定。截止2010年1月31日拱顶下沉速率已经为0mm，因此可判断该段支护能够满足洞室围岩稳定要求，支护是有效的，并可以进行二次衬砌施工。该段累积沉降量为101.67mm，结合表1可知，已超出拱顶最大容许下沉值，可推断出该段属不稳定的破碎围岩。隧道拱顶下沉量记录见表2、拱顶下沉位移曲线见图2。
6.2水平收敛变形
由表3、图3可知，上台阶开挖支护后拱顶沉降速率有一明显变化，量测初期围岩收敛速率较大，随着时间的推移，围岩收敛呈递减趋势，说明初期支护已限制围岩继续变形并趋于稳定，截止2010年8月31日，围岩收敛速率为0.42mm，因此可判断该段围岩变形已进入动态平衡状态，可进行二次衬砌施工。如果量测中出现收敛值较大并有不断扩大的趋势，要立即采取措施对围岩进行加固处理并调整支护参数，限制围岩继续变形，确保隧道施工安全。隧道水平收敛变形量如表3所示、变形速率如图3所示。
7 变形原因分析
根据监控量测分析结果，从地质因素、施工因素、管理因素进行逐一分析。
7.1 地质因素
该段地质为弱风化花岗岩，岩体破碎，节理裂隙发育，地下水发育；此段从F23断层中穿过，围岩稳定性较差，为Ⅴ级围岩，围岩开挖后无支护可产生较大坍塌；同时，施工月份正好赶上福建地区雨水较多，存在大量雨水渗入该地层，导致土层中含水量增大，进一步破坏了其自稳。 7.2 施工因素
7.2.1洞身开挖
该段围岩洞身开挖施工方案为φ42超前小导管注浆配合台阶法+临时仰拱施工，是铁路隧道Ⅴ级围岩的一种施工方法。开挖采用人工配合挖掘机开挖，施工步序如图4所示。
（1）由于各个台阶空间均不大，不便于机械的充分利用。
（2）挖掘机在施工过程中对已施工初期支护进行碰撞，且在靠近初期支护位置均由人工进行开挖，拖延了开挖断面的初期支护时间；
（3）进行②、③部全部开挖后在中台阶拱脚位置设置临时仰拱，中台阶临时仰拱施工完毕后，进行下台阶④、⑤部开挖和初期支护施工时将中台阶临时仰拱拆除，下台阶开挖后并在下台阶位置设置临时仰拱，下台阶临时仰拱施工完毕后未及时进行该断面仰拱施工。②③④⑤部开挖后的观测中发现该段地表最大沉降值为41mm，由此可见：开挖施工对掌子面上方对隧道的稳定性具有很大影响。
7.2.2 初期支护
（1）钢架支撑
钢拱架在加工过程中，因工人熟练程度不够，加工偏差过大，导致钢架支撑施工时连接不够紧密。在钢架施工过程中，分节段钢架连接螺栓少装或者未拧紧的现象时有发生，同时钢架底脚位置基岩仍为松散土和虚渣，在拱脚位置采用槽钢进行铺垫后下沉仍然较大。
（2）锚杆支护
設计所用系统锚杆为φ25中空注浆锚杆，在施工过程中，因为上台阶高度较小，锚杆角度大多数能沿开挖面径向垂直布置。在锚杆注浆过程中，因受注浆设备、人为等因素影响，不能真正使浆液扩散到周围岩体中。该段围岩裂隙较发育，黏土充填物较多，锚杆深入稳定岩体中较困难。故而，锚杆的3种主要作用：加固拱作用、组合梁作用、悬吊作用均不能充分发挥作用，锚杆对围岩支撑作用大打择扣。7解决问题的措施
7.3改善洞顶地质条件
对该段洞顶进行人工夯实，减少雨水的渗入。安排专人每天对洞顶进行行观察，当地面出现裂纹时及时封堵。同时，修筑临时水渠及水管，引导地表水流出。
7.4缩短掘进进尺
在掘进施工过程中，受开挖空间限制，机械使用率已经达到最大限度，为保证初期支护的及时跟进，只有缩短循环进尺，按50cm-100cm/循环（I20b钢架间距为50cm）组织施工，以减少循环时间。
7.5 加强钢架支撑的施工质量
控制钢拱架的加工偏差，在施工拼装过程中拧紧分段钢支撑的连接螺栓。将钢架落脚处基岩清理干净并加大底脚位置高差调整槽钢的宽度，进而减少软弱围岩地脚位置基岩单位面积的受力，减缓拱顶下沉。
7.6 加强锚杆的施工质量
先采用2米钻杆进行钻设，钻至2米后再用4米长钻杆钻设，以确保锚杆的钻孔角度。锚杆注浆时，合理调整浆液的水灰比，并在每根锚杆端部套30cm长胶皮套，等注浆完毕后，对胶皮管打折绑扎，以防止杆体内浆液外流。充分利用浆液使围岩中松动区的节理裂隙、破裂面等得以联接，助于裂隙岩体和岩石松动区形成整体加固带。
7.7 调整施工工序、变更支护参数
增加锁脚小导管的数量，在松散岩体中，通过布设小导管增加岩体的自身承载力，同时依靠小导管表面积大的特点，利用小导管与岩体的摩擦力以及小导管注浆后的杆体强度来抵抗因拱顶下沉产生的剪切力。另外，小导管和钢拱架焊接时增加“L”型钢筋的帮焊，提高小导管端部和钢架的焊接连接强度。调整施工工序、缩短支护成环时间：当拱顶下沉较大时停止掘进，及时喷射混凝土封闭掌子面，在中台阶拱脚位置设置临时仰拱，中台阶临时仰拱施工完毕后，下台阶左右侧进行开挖和初期支护，并在下台阶位置设置临时仰拱。下台阶临时仰拱施工完毕后立刻进行该断面仰拱施工，使初期支护封闭成环。最后拆除中下台阶两道临时仰拱，开始掌子面掘进。
7.8 加强施工管理
加大管理力度，实行严格的奖罚制度，要求工人严格按照施工技术交底的有关要求进行施工，减少人为因素对隧道稳定性的影响。同时加强过程监控机制，对关键部位、关键环节实行全程跟踪旁站。
8 结论
加强监控量测信息反馈与预报工作可以及时掌握围岩的动态信息，随时掌握围岩稳定性和施工措施的可靠性进行判断，借以评价和变更初期支护参数。本隧道断层破碎带经过一系列的改进施工工艺后，拱顶下沉得到了有效抑制，中下台阶拱架落脚后的最大沉降速率减少至20mm/d，累计下沉量也明显减小，特别是仰拱闭合后拱顶下沉基本趋于停止。上述改进措施在后续施工中应用效果十分明显，保证了隧道的施工安全，取得了较好的经济效益和宝贵的施工经验。
参考文献
[1]徐林生.通渝隧道进口施工中的现场监控量测研究[J].重庆交通学院土木建筑学院.2005，02：35-37；
[2]蒋树屏，赵阳.复杂地质条件下公路隧道围岩量测与非确定性反分析研究[J].岩土力学与工程学报.23（20）：3460-3464；
[3]李德宏.连拱隧道施工监测与分析[J].现代隧道技术，2003，1：59-64；
[4]叶飞，丁文其等.公路隧道现场监控量测及信息反馈[J].长安大学学报.2007.05：79-83；
作者简介：
石建周（1972-），男，工程师，河南省三门峡市人，1993年10月毕业于焦作工学院土木建筑工程专业，主要从事铁路监理工作。工作单位：北京铁城建设监理有限责任公司。