京張高鐵東花園隧道監控量測方案設計

張 成

（中鐵十八局集團第四工程有限公司 天津 300222）

1 工程概況

新建北京至張家口鐵路JZSG-4標東花園隧道位于河北省張家口市懷來縣東花園鎮，進口位于清水河村西北，出口位于東花園四村西北；進口里程為DK82+770，出口里程DK87+740，全長4 970 m，設計時速350 km/h，基坑最大開挖深度約22 m，最大覆蓋層約8.1 m。進口左線內軌頂面高程485.287 m，出口左線內軌頂面高程487.537m。全隧采用明挖法施工，線路縱向為V字形，最低點里程為DK85+100，最大縱坡為25‰。

2 監控量測工作目的與內容

2.1 監控量測的目的

通過深基坑監測進行信息反饋及預測預報，優化施工組織設計，指導現場施工，確保高邊坡施工的安全、質量[1]。

掌握基坑邊坡動態，利用量測結果指導施工，增加施工的安全可靠性。及時預測和反饋，預見事故和險情，以便及時采取措施，防患于未然，保證指導施工順利進行。

驗證防護結構、防護參數、施工方法的合理性及其安全性。通過降水的沉降觀測確定預留沉降量。

2.2 監控量測工作的內容

根據設計要求，東花園隧道監控量測主要項目包括：基坑及其周圍環境描述、地表沉降、土體分層沉降及水平位移、地下水位、基坑底部隆起、坡頂位移、仰拱及襯砌沉降、拱頂下沉、襯砌凈空變化。監測項目見表1。

表1 監測項目一覽表

3 監測方法與數據處理

3.1 總體監測方法

仰拱及襯砌沉降監測、基坑底部隆起監測，采用襯砌沉降觀測樁，觀測儀器采用徠卡DNA03電子水準儀進行監測。土體分層沉降及水平位移監測，采用分層沉降儀和測斜管進行監測，測斜管采用塑導管。地下水位監測，采用電測水位計進行監測。地表沉降、坡頂位移、拱頂下沉、襯砌凈空變化監測，采用地表觀測樁和位移觀測樁，觀測儀器采用徠卡TS11全站儀進行監測。其中拱頂下沉、襯砌料凈空變化監測為非接觸測量，首先在基準點上架設儀器， 量取儀高，進行后視定向， 確定設站點三維坐標，用 NP模式瞄準膜片十字中心觀測測點標靶，實時記錄數據。高程采用施工高程控制網系統并與施工高程控制網聯測。全線二等水準測量貫通后，在其基礎上建立獨立的三等高程控制網；水平位移監測基準網采用施工平面控制網并與施工控制網聯測。

表2 監測范圍及測點布置一覽表

3.2 監測范圍及測點布置

監測范圍及測點布置見表2。

3.3 監控量測周期

必測項目監控量測頻率應根據表3確定，原則上采用較高的頻率值。出現異常情況或不良地質時，應增大監控量測頻率。

表3 監控量測周期表

3.4 位移管理標準

3.4.1 控制標準

監控量測管理標準按邊坡周邊允許相對位移值和位移等級管理，并配合位移速率作為監控量測管理基準。邊坡周邊最大允許相對位移為0.01 h與80 mm較小值。當位移速率無明顯下降，而此時實測位移值已接近表中所列的數值。防護施作則應在滿足下列要求時進行：各測試項目的位移速率明顯收斂，基坑邊坡基本穩定；已產生的各項位移已達預計總位移量的80%～90%；周邊位移速率小于0.1～0.2 mm/d，或邊坡下沉速率小于0.07～0.15 mm/d。

3.4.2監測管理基準

本工程從保證施工期安全的角度出發，建立了三級管理制度作為管理基準，見表4。

表4 管理等級表

3.5 量測數據記錄整理、分析與反饋

量測過程中重點收集以下資料：現場監控量測計劃；實際測點布置圖；邊坡-時間曲線圖、位移速度-時間曲線、找出位移-時間回歸曲線，求出最終位移量；經量測變更設計和改變施工方法地段的信息反饋記錄。量測后及時進行數據整理，并繪制量測數據時態曲線和邊坡關系圖，對初期的時態曲線應進行回歸分析，預測可能出現的最大值和變化速度，數據異常時，根據具體情況及時采取加設、加密或加長錨桿、加長錨索等加固措施。

由于現場量測的數據,對所有數據具有一定的離散性[2],它包含著偶然誤差的影響,要經過數學處理方可應用數據進行回歸計算,即用曲線u=f(t)對時間-位移散點圖進行擬合,同時對變形加速率du/dt及變形速率的變化率 d2u/dt2進行探討,根據數據處理后基坑邊坡變形-時間曲線,找出不同時刻基坑邊坡的變形量以及基坑邊坡變形的發展趨勢,進而預估基坑邊坡的最大變形量,用以同變形臨界值相比較,以便判斷基坑邊坡變形是否在允許范圍內,據此來判斷基坑邊坡的穩定性和防護結構的可靠性。

邊坡變化速度持續大于1.0 mm/d時，基坑邊坡處于急劇變形狀態，應加強防護系統。當邊坡水平位移速度為0.1~0.2 mm/d，邊坡下沉位移速度為0.1 mm/d時，可認為基坑邊坡達到基本穩定。根據位移時態曲線的形態來判別。當基坑邊坡位移速率不斷下降時（d2u/dt2＜0），基坑邊坡趨于穩定狀態；當基坑邊坡位移速率保持不變時（d2u/dt2＝0），基坑邊坡不穩定，應加強防護；當基坑邊坡位移速率不斷上升時（d2u/dt2＞0），基坑邊坡進入危險狀態，必須立即停止開挖，加強防護。

4 結語

本文結合京張高鐵東花園明挖隧道在建施工項目實際，設計了隧道的監控量測方案，并確定了數據信息的反饋流程及異常情況下的處理措施，保證了施工監測后的隧道實時施工控制，確保了明挖隧道的施工安全平穩進行。