论文部分内容阅读
摘要：以哈达铺隧道为例，对隧道在开挖过程中的监控量测数据和超前地质预报的结果进行了分析，指出了它们的工程作用，为设计变更及施工方法改变提供工程地质依据。
关键词：隧道工程，监控量测，水平收敛，拱顶下沉
Abstract: The HaDaPu tunnel, for example, in the process of the tunnel excavation monitor measuring data and advance geological forecast results is analyzed, and their engineering function, for the change of the design and construction method changes provide engineering geological basis.
Keywords: tunnel project monitoring measurement, horizontal convergence, vault sink
中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：
引言
用新奥法开挖隧道，要求在开挖过程中进行严格的监控量测工作。而目前的隧道大多采用新奥法原理设计，因此监控量测工作在隧道开挖过程中就显得尤为重要。
但是由于量测误差等各方面的原因，使得初期支护中现场量测所取得的原始数据具有一定的离散性，不能直接利用，要经过数学处理后才能使用。目前采用的数学方法一般为一元非线性回归分析法。找出围岩压力及位移的回归方程，对围岩压力及位移的变化进行预测，同时对围岩的稳定性进行预测。
1、工程概况
哈达铺隧道为穿越长江、黄河的分水岭—麻子川的越岭隧道，隧道走向大致为西北－东南向。地貌上位于西秦岭高中山区及山间盆地区，海拔约2898.3m，山高沟深，山坡、谷坡较陡，地面最小高程为2224m，最大高程2820m，相对高差596m，梁顶植被覆蓋较差。隧道进口至和尚沟（DK225+000）为越岭地段，海拔高于2600m，隧道埋深较大，最大埋深约480m。自DK225+000至隧道出口（DK237+090），大部分段落隧道埋深小，最小埋深约20m。
隧道设计为两座单线隧道，左线隧道起迄里程：DK220+496～DK237+0860，全长16590m，右线隧道起迄里程：DyK220+486～DyK237+086，全长16600m。隧道进口段位于R-3500m的曲线上；洞身段1290m位于R-6000m的曲线上；出口段635m位于R-7000m曲线上，其余地段均位于直线上。
隧道出口紧临哈达铺车站，为了满足车站布置对线间距的要求，出口采用小线间距隧道结构形式，由正常段线间距40米渐变到洞口DK237+086为10.06米，最后在路基段合拢。2、地质概况
隧道洞身通过的地层主要以第四系全新统冲洪积淤泥、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉土、砂质黄土、中砂，洪积细（粗）角砾；下第三系砂岩。砾岩、泥岩及三叠系中统砂岩、板岩局部夹灰岩。
根据设计院钻探地质资料及斜井已开挖出岩层推测我单位现阶段施工段围岩情况如下：
①DK233+000~ DK235+700段主要为板岩局部夹灰岩，以板岩为主夹砂岩，为青灰色，板状构造，薄层状为主，岩质较软，节理发育；
②DK235+700~ DK236+300段主要为下第三系砂岩、泥岩、砂岩，多为泥质胶结，成岩作用弱，浸水易软化解体。
3、水文地质条件
地下水分为基岩裂隙水和第四系松散堆积层孔隙水两大类。基岩裂隙水主要储存于洞身的砂岩、板岩、砾岩中。
我单位施工段水文地质条件情况如下
①DK233+000~DK236+496地层为三叠系板岩，节理裂隙较发育，单位正常涌水量0.3073m3/d.m，预测该段隧道的正常涌水量1066.33 m3/d，可能出现的最大涌水量3198.99 m3/d。预测主要出水地段在新寨沟、无名沟浅埋地带、三叠系中统与下第三系角度不整合接触带部位。
②DK236+496~DK236+711地层为第四系冲、洪积细角砾土夹粉质黏土、细砂，透水性较好，位于铁匠沟沟谷，单位正常涌水量0.9333 m3/d.m，预测该段隧道的正常涌水量200.65 m3/d，可能出现的最大涌水量601.95m3/d。根据物探资料铁匠沟第四系地层为低阻，预测该浅埋地段均有可能发生突然涌水，涌水受降雨影响较大，在突发性暴雨期 ，将出现重大涌水现象，涌水量可能超出最大涌水数倍。
4、哈达铺隧道监控量测方案设计
4.1、隧道监控量测方案设计
4.1.1 监控量测的意义、目的及依据
本区隧道设计为双线分离和由大间距渐变为小间距的越岭隧道。隧道埋深变化大、据设计院实地勘测资料和超前地质预报资料，DK233+000~DK235+700段围岩构造节理裂隙发育、岩体破碎，DK235+700~ DK236+496为第四系冲、洪积细角砾土夹粉质黏土、细砂，透水性较好。 施工难度大。隧道开挖时，若处理措施不当，拱部可能出现大规模塌方，侧壁可能出现坍塌、失稳；断裂、破碎带的坍塌和漏水也可能导致隧道初期支护变形过大导致隧道施工受阻；施工方法不当还可能导致二次衬砌出现大量裂缝、掉块，影响隧道结构的完整性、耐久性，不利于隧道的整体受力、防水及美观等。开展隧道检测工作，不但可以为隧道的动态设计和信息化施工提供依据，确保施工的安全，还可以为隧道设计理论的发展积累经验，因而具有重要的意义。
在进行隧道监控量测方案编制时依据：
（1）隧道工程地质勘察报告；
（2）隧道施工图设计；
（3）中华人民共和国行业标准：《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）；
（4）中华人民共和国行业标准：《铁路隧道设计规范》（TB 10003-2005）。
4.1.2 监控项目
根据中华人民共和国行业标准：《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）及“哈达铺隧道施工图设计”中有关检测项目的设计，本项目得检测内容分为必测和选测项目两种，具体项目、要求和所用仪器设备，见表1
表1 隧道监控量测项目表
编号 量测项目及类别 仪器设备 要求及目的
1 必
测
项
目 地质和支护
状况观察 地质罗盘
数码相机 对岩性、岩层产状、结构面、溶洞、断层进行描述，支护结构裂缝观察
2 拱顶下沉 水准仪
钢尺 监视隧道拱顶下沉，了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性
3 周边收敛 收敛计 根据位移、收敛状况、断面变形状态等量测，对以下项目做出判断：
① 周边围岩体的稳定性；
② 初期支护的设计与施工方法是否妥善；
③二次衬砌的浇筑时间等
4 地表下沉边坡稳定监测 水准仪
水准尺 从地表设点观测，根据下沉位移量判定开挖对边坡变形的影响，以确定边坡加固、隧道支护结构
5 二次衬砌前净空变化 收敛计
全站仪
6 二次衬砌后净空变化 收敛计
全站仪
7 选测项目 围岩内部位移量测 多点位移计、激光传感器等 了解隧道围岩的松弛区、位移量，为准确判断围岩的变形发展提供数据
8 初衬和二衬间接触压力 压力盒、频率计 判断复合式衬砌中围岩荷载大小，判断初期支护与二次衬砌各自分担围岩压力情况
9 钢拱架应力 钢筋应力计、频率计 量测钢拱架应力，推断作用在钢拱架上的压力大小。判断钢拱架尺寸、间距及 设置钢拱架的必要性
衬砌内力 混凝土应变计 量测二次衬砌内应力、喷混凝土内轴向应力。了解支护衬砌内的受力状态
锚杆轴力 钢筋应力计、频率计 根据锚杆所承受的拉力，判断锚杆布置是否合理。了解围岩内部应力的分布情况。
4.1.3隧道监控测点布置及量测方法
1、隧道监控量测断面布设原则
根据《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）规定，结合本工程隧道具体情况，布设监控量测断面。
（1）對于锚喷支护结构，每5~10m量测一个断面。对于洞口、浅埋地段，特别是软弱地层、地质条件差的地段，量测断面按1~3m加密布置。
（2）地表下沉测点位置，应与洞内水平收敛和拱部下沉量测点布置在同一横断面上。
（3）测点距离开挖掌子面距离小于2m。
（4）哈达铺隧道邓家磨斜井口及埋深小于40m的IV~VI类围岩，进行地面沉降观测。
2、测线和测点布设原则
测线布设与开挖方式和测点的性质密切相关。本工区采用短台阶法开挖，故布设2条水平测线。
拱顶下沉量测点，一般布置在拱顶中心线上，布置一个测点。
4.1.4施工监控量测测点具体布置及量测方法
1、地质及支护状况观察描述
在每次爆破后，对地质和支护状况进行观测，并对围岩状况、地下水情况、衬砌支护状态进行描述。观察使用地质罗盘、地质锤、钢卷尺、放大镜、秒表、手电、数码相机或摄像机等。
2、拱顶下沉
拱顶下沉量测数据，主要用于确认围岩的稳定性。采用高精度全站仪进行数据采集。测点布设距离及密度见4.1.3。
3、周边收敛测量
收敛测量师最基本的主要量测项目之一，与拱顶下沉点布置在同一断面。
先在测点处用钻机凿岩成孔，然后将预埋件敲入，用锚固剂固定，尽量使两预埋件在基线方向上。周边收敛量测采用收敛计进行数据采集。
4、地表下沉
基点埋设在隧道开挖纵、横向3~5倍洞泾外的区域，参照标准水准点埋设方法，埋设2个基点。以便互相校核。
在隧道洞口浅埋地段，在隧道沿轴线方向设量测断面，断面间距10m~15m，每个断面布设5个测点。在测点位置，开挖成长、宽、深均为200mm的坑，然后，放入地表测点预埋件（自制），测点四周用混凝土填实，待混凝土固结后即可用仪器进行量测。观测结束后可绘制时间-位移与距离-位移图，对数据进行简要分析。
5、边坡稳定性监测
基准测点布设及量测方法，同地表下沉监测方法。数据的简要分析，可绘制时间-位移图，计算边坡竖向位移和矢量位移大小及方向，用于判断边坡变形的趋势和稳定性。
4.1.5施工监控量测监测频率及监测进度安排
1、监测频率
根据《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）规定，各监测项目的监测频度与监测次数，见表
表2 各监测项目的监测频度与监测次数
注：1、L为开挖面距量测断面的距离，B为隧道开挖宽度；
2、有些监测项目的监测频度与监测次数待开挖宽度确定后再详细确定。
在实际监测过程中，每个监测点测取读数的频率不少于规范要求，同时要满足工程需要。实际测量频率根据前两次测量情况而定。当观测值相对稳定时，可适当降低观测频率；当达到报警指标或观测值变化速率加快或出现危险事故征兆时，应加密观测。对于采用分部开挖的地段，如正台阶开挖，上半断面开挖和下半断面开挖不在同一时间，当量测断面工作状态发生改变时的前后一星期之内或距离测点一倍洞跨以内按1次/天的频率采集数据。
2、监测进度
（1）中标即日开始现场全面踏勘、组织监测人员进场，仪器的购置、检测、标定和调试等。
（2）监测安排根据工程进度而定，至隧道工程施工完毕后结束。
4.1.6施工量测监测数据分析方法
对监控量测所取得的量测数据采用力学分析法和经验法进行分析，来预测隧道的稳定性。
1、力学分析法：支护系统是确保隧道施工安全与进度的关键，可以通过力学计算来调整和确定支护系统。力学计算所需的输入数据则采用反分析技术根据现场量测数据推算而得，如塑性区半径、初始地应力、岩体变形模量、岩体流变参数、二次支护荷载分布。这些数据室对支护系统进行计算所需要的，再利用已有专门的计算机分析软件就可以对支护系统做出计算。
2、经验法：此法核心是根据经验建立一些判断标准来直接根据量测结果或回归分析数据来判断围岩的稳定性和支护系统的工作状态。在施工监测过程中，数据“异常”现象的出现可以作为调整支护参数和采取相应的施工技术措施的依据。何为“异常”，这就需针对不同的工程条件（围岩地层，埋深，隧道断面，支护，施工方法等）建立一些根据量测数据对围岩稳定性和支护系统的共作条件进行判断的准则。
4.1.7施工监控量测监测警戒值及二衬施作时机的确定
根据中华人民共和国行业标准《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）规定，隧道周边最大允许相对位移（指实测位移值于两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比）为0.20%~0.80%（具体数值会同业主、设计、监理、施工确定）。监控警戒值也可由设计单位提出，经有关单位认可后执行。
二衬施作则应在满足下列要求时进行：
（1）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定（ ）；
（2）已产生的各项位移已达到预计总位移量的80%~90%；
（3）周边位移速率小于0.1~0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07~0.15mm/d。
4.2监控量测需提交的资料
在进行隧道施工监控量测工作过程中需提交如下资料：
（1）公文
根据监测资料和超前地质预报工作，对下一阶段的变形情况进行预测，当有危险时，及时向业主及施工方提交监控联系单或专门的计算分析报告，并提出合理化建议。
（2）周报和月报
将每周和每月监测工作的进展、仪器埋设、监测成果图表汇总成表，阶段性的结论、建议汇总成文，并按正规报告格式提交处周报、月报。
（3）总报告
在隧道主体工程完成，以及隧道跟踪监测工作结束后，一个月内提交监测工作移交报告。
4.3资料的整理与提交
由仪表量测的数据记录在专用的表格上，原始记录表格存档，以供需要时查用。监测报告一式五份提交给指挥部，由甲方及时送达监理方、施工方和设计方。所有数据均输入计算机，用专门程序进行计算处理。
每周出周报，每月出月报，必要时专门出分析简报。监测人员除做好每天的监测工作外，需认真写好监测日子，内容包括天气、观察情况、监测情况、施工进展情况、仪表工作情况等。
监测技术负责人参加工程现场例会，回报最近一段时间的监测情况，分析数据变化的趋势。严格按有关各方讨论的具体报警值分两个阶段报警。当监测值超过预警值的80%时，在日报表中注明，以引起有关各方注意。当监测值达到预警值时，除在日报表中注明外，专门出文通知有关各方。监测技术负责人参加出现险情时的排除应急会议，积极协同有关各方出谋划策，提出有益的建议，以采取有效措施确保洞室及周围环境的安全。
5、哈达铺隧道内空收敛实测数据的处理及分析
现取哈达铺隧道左线DK235+680断面的实测数据进行回归分析。
5.1 DK235+680断面拱脚水平净空收敛的一元非线性回归分析
DK235+680断面拱脚水平净空收敛的实测数据如表3所示。
表3 拱脚水平净空收敛的实测数据
以双曲线函数 作为回归函数对实测数据进行回归分析。则可求得：
其回归方程为： 。
剩余标准离差： ，则 。
线性相关系数： 。
由《相关系数检验表》知，当时，
。
故 和 之间线性关系比较好。
5.2 DK235+660断面拱顶下沉的一元非线性回归分析
DK235+660断面拱顶下沉的实测数据如表4所示。
表4 拱顶下沉的实测数据
以对数函数 作为回归函数对拱顶下沉的实测数据进行回归分析。则可求得：其回归方程为： 。
剩余标准离差： ，则 。
线性相关系数： 。
由《相关系数检验表》知，当 时，
。
故 和 之间线性关系比较好。
6 结论与建议
通过本文的研究，可以得出以下结论：
1）拱脚水平净空收敛回归函数的线性相关系数 ；2倍剩余标准离差 ，说明有概率为 的散点误差在0.055 mm之内，回归函数 比较好地反映了拱脚水平净空收斂实测数据 和时间 之间的关系；
2）拱顶下沉回归函数的线性相关系数 ，2倍剩余标准离差 ，说明有概率为 的散点误差在0.066 mm之内，也说明回归函数 比较好地反映了拱顶下沉实测数据 和时间 之间的关系；
3）监测数据各监测值之间存在显著的相关关系，联系它们的纽带是同样的围岩性质。
4）利用非线性回归分析，找出了围岩压力及位移的非线性回归方程，拟合度非常好。可以用它对围岩压力及位移的变化进行预测，并对围岩的稳定性进行分析。
5）根据监测数据的预测值，按监测数据随时间变化的快慢对其进行分析，能及时反馈指导设计施工的进行。
参考文献：
[1]邓 江．猫山公路隧道工程技术[M]，北京：人民交通出版社，2003．
[2]铁道部人事司．隧道及地下工程[M]，西南交通大学出版社，2000．
[3]王建宇．隧道工程技术进步[J]，中国铁道科学，1999.12,20(4):30~36．
[4]李晓红．隧道新奥法及其量测技术[M]，科学出版社，2002．
[5]戴刚．新奥法隧道围岩施工监控量测技术[J]，铁道建筑 ，2006（7）：31~32．
[6]李世辉．隧道围岩稳定系统分析[M]．北京：中国铁道出版社，1991．
[7]万千里，地质雷达探测在大茅左隧道施工中的应用[J]．公路，2002(13)：67—68．
[8]王天生．隧道全断面开挖光面爆破施工方法[j]．山西建筑，2004，30(24)：125—126．
[9]杨智国．地质超前预报在桃花铺一号隧道TBM施工中的应用[J]．铁道工程学报，2004(8)：121—122．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：隧道工程，监控量测，水平收敛，拱顶下沉
Abstract: The HaDaPu tunnel, for example, in the process of the tunnel excavation monitor measuring data and advance geological forecast results is analyzed, and their engineering function, for the change of the design and construction method changes provide engineering geological basis.
Keywords: tunnel project monitoring measurement, horizontal convergence, vault sink
中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：
引言
用新奥法开挖隧道，要求在开挖过程中进行严格的监控量测工作。而目前的隧道大多采用新奥法原理设计，因此监控量测工作在隧道开挖过程中就显得尤为重要。
但是由于量测误差等各方面的原因，使得初期支护中现场量测所取得的原始数据具有一定的离散性，不能直接利用，要经过数学处理后才能使用。目前采用的数学方法一般为一元非线性回归分析法。找出围岩压力及位移的回归方程，对围岩压力及位移的变化进行预测，同时对围岩的稳定性进行预测。
1、工程概况
哈达铺隧道为穿越长江、黄河的分水岭—麻子川的越岭隧道，隧道走向大致为西北－东南向。地貌上位于西秦岭高中山区及山间盆地区，海拔约2898.3m，山高沟深，山坡、谷坡较陡，地面最小高程为2224m，最大高程2820m，相对高差596m，梁顶植被覆蓋较差。隧道进口至和尚沟（DK225+000）为越岭地段，海拔高于2600m，隧道埋深较大，最大埋深约480m。自DK225+000至隧道出口（DK237+090），大部分段落隧道埋深小，最小埋深约20m。
隧道设计为两座单线隧道，左线隧道起迄里程：DK220+496～DK237+0860，全长16590m，右线隧道起迄里程：DyK220+486～DyK237+086，全长16600m。隧道进口段位于R-3500m的曲线上；洞身段1290m位于R-6000m的曲线上；出口段635m位于R-7000m曲线上，其余地段均位于直线上。
隧道出口紧临哈达铺车站，为了满足车站布置对线间距的要求，出口采用小线间距隧道结构形式，由正常段线间距40米渐变到洞口DK237+086为10.06米，最后在路基段合拢。2、地质概况
隧道洞身通过的地层主要以第四系全新统冲洪积淤泥、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉土、砂质黄土、中砂，洪积细（粗）角砾；下第三系砂岩。砾岩、泥岩及三叠系中统砂岩、板岩局部夹灰岩。
根据设计院钻探地质资料及斜井已开挖出岩层推测我单位现阶段施工段围岩情况如下：
①DK233+000~ DK235+700段主要为板岩局部夹灰岩，以板岩为主夹砂岩，为青灰色，板状构造，薄层状为主，岩质较软，节理发育；
②DK235+700~ DK236+300段主要为下第三系砂岩、泥岩、砂岩，多为泥质胶结，成岩作用弱，浸水易软化解体。
3、水文地质条件
地下水分为基岩裂隙水和第四系松散堆积层孔隙水两大类。基岩裂隙水主要储存于洞身的砂岩、板岩、砾岩中。
我单位施工段水文地质条件情况如下
①DK233+000~DK236+496地层为三叠系板岩，节理裂隙较发育，单位正常涌水量0.3073m3/d.m，预测该段隧道的正常涌水量1066.33 m3/d，可能出现的最大涌水量3198.99 m3/d。预测主要出水地段在新寨沟、无名沟浅埋地带、三叠系中统与下第三系角度不整合接触带部位。
②DK236+496~DK236+711地层为第四系冲、洪积细角砾土夹粉质黏土、细砂，透水性较好，位于铁匠沟沟谷，单位正常涌水量0.9333 m3/d.m，预测该段隧道的正常涌水量200.65 m3/d，可能出现的最大涌水量601.95m3/d。根据物探资料铁匠沟第四系地层为低阻，预测该浅埋地段均有可能发生突然涌水，涌水受降雨影响较大，在突发性暴雨期 ，将出现重大涌水现象，涌水量可能超出最大涌水数倍。
4、哈达铺隧道监控量测方案设计
4.1、隧道监控量测方案设计
4.1.1 监控量测的意义、目的及依据
本区隧道设计为双线分离和由大间距渐变为小间距的越岭隧道。隧道埋深变化大、据设计院实地勘测资料和超前地质预报资料，DK233+000~DK235+700段围岩构造节理裂隙发育、岩体破碎，DK235+700~ DK236+496为第四系冲、洪积细角砾土夹粉质黏土、细砂，透水性较好。 施工难度大。隧道开挖时，若处理措施不当，拱部可能出现大规模塌方，侧壁可能出现坍塌、失稳；断裂、破碎带的坍塌和漏水也可能导致隧道初期支护变形过大导致隧道施工受阻；施工方法不当还可能导致二次衬砌出现大量裂缝、掉块，影响隧道结构的完整性、耐久性，不利于隧道的整体受力、防水及美观等。开展隧道检测工作，不但可以为隧道的动态设计和信息化施工提供依据，确保施工的安全，还可以为隧道设计理论的发展积累经验，因而具有重要的意义。
在进行隧道监控量测方案编制时依据：
（1）隧道工程地质勘察报告；
（2）隧道施工图设计；
（3）中华人民共和国行业标准：《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）；
（4）中华人民共和国行业标准：《铁路隧道设计规范》（TB 10003-2005）。
4.1.2 监控项目
根据中华人民共和国行业标准：《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）及“哈达铺隧道施工图设计”中有关检测项目的设计，本项目得检测内容分为必测和选测项目两种，具体项目、要求和所用仪器设备，见表1
表1 隧道监控量测项目表
编号 量测项目及类别 仪器设备 要求及目的
1 必
测
项
目 地质和支护
状况观察 地质罗盘
数码相机 对岩性、岩层产状、结构面、溶洞、断层进行描述，支护结构裂缝观察
2 拱顶下沉 水准仪
钢尺 监视隧道拱顶下沉，了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性
3 周边收敛 收敛计 根据位移、收敛状况、断面变形状态等量测，对以下项目做出判断：
① 周边围岩体的稳定性；
② 初期支护的设计与施工方法是否妥善；
③二次衬砌的浇筑时间等
4 地表下沉边坡稳定监测 水准仪
水准尺 从地表设点观测，根据下沉位移量判定开挖对边坡变形的影响，以确定边坡加固、隧道支护结构
5 二次衬砌前净空变化 收敛计
全站仪
6 二次衬砌后净空变化 收敛计
全站仪
7 选测项目 围岩内部位移量测 多点位移计、激光传感器等 了解隧道围岩的松弛区、位移量，为准确判断围岩的变形发展提供数据
8 初衬和二衬间接触压力 压力盒、频率计 判断复合式衬砌中围岩荷载大小，判断初期支护与二次衬砌各自分担围岩压力情况
9 钢拱架应力 钢筋应力计、频率计 量测钢拱架应力，推断作用在钢拱架上的压力大小。判断钢拱架尺寸、间距及 设置钢拱架的必要性
衬砌内力 混凝土应变计 量测二次衬砌内应力、喷混凝土内轴向应力。了解支护衬砌内的受力状态
锚杆轴力 钢筋应力计、频率计 根据锚杆所承受的拉力，判断锚杆布置是否合理。了解围岩内部应力的分布情况。
4.1.3隧道监控测点布置及量测方法
1、隧道监控量测断面布设原则
根据《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）规定，结合本工程隧道具体情况，布设监控量测断面。
（1）對于锚喷支护结构，每5~10m量测一个断面。对于洞口、浅埋地段，特别是软弱地层、地质条件差的地段，量测断面按1~3m加密布置。
（2）地表下沉测点位置，应与洞内水平收敛和拱部下沉量测点布置在同一横断面上。
（3）测点距离开挖掌子面距离小于2m。
（4）哈达铺隧道邓家磨斜井口及埋深小于40m的IV~VI类围岩，进行地面沉降观测。
2、测线和测点布设原则
测线布设与开挖方式和测点的性质密切相关。本工区采用短台阶法开挖，故布设2条水平测线。
拱顶下沉量测点，一般布置在拱顶中心线上，布置一个测点。
4.1.4施工监控量测测点具体布置及量测方法
1、地质及支护状况观察描述
在每次爆破后，对地质和支护状况进行观测，并对围岩状况、地下水情况、衬砌支护状态进行描述。观察使用地质罗盘、地质锤、钢卷尺、放大镜、秒表、手电、数码相机或摄像机等。
2、拱顶下沉
拱顶下沉量测数据，主要用于确认围岩的稳定性。采用高精度全站仪进行数据采集。测点布设距离及密度见4.1.3。
3、周边收敛测量
收敛测量师最基本的主要量测项目之一，与拱顶下沉点布置在同一断面。
先在测点处用钻机凿岩成孔，然后将预埋件敲入，用锚固剂固定，尽量使两预埋件在基线方向上。周边收敛量测采用收敛计进行数据采集。
4、地表下沉
基点埋设在隧道开挖纵、横向3~5倍洞泾外的区域，参照标准水准点埋设方法，埋设2个基点。以便互相校核。
在隧道洞口浅埋地段，在隧道沿轴线方向设量测断面，断面间距10m~15m，每个断面布设5个测点。在测点位置，开挖成长、宽、深均为200mm的坑，然后，放入地表测点预埋件（自制），测点四周用混凝土填实，待混凝土固结后即可用仪器进行量测。观测结束后可绘制时间-位移与距离-位移图，对数据进行简要分析。
5、边坡稳定性监测
基准测点布设及量测方法，同地表下沉监测方法。数据的简要分析，可绘制时间-位移图，计算边坡竖向位移和矢量位移大小及方向，用于判断边坡变形的趋势和稳定性。
4.1.5施工监控量测监测频率及监测进度安排
1、监测频率
根据《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）规定，各监测项目的监测频度与监测次数，见表
表2 各监测项目的监测频度与监测次数
注：1、L为开挖面距量测断面的距离，B为隧道开挖宽度；
2、有些监测项目的监测频度与监测次数待开挖宽度确定后再详细确定。
在实际监测过程中，每个监测点测取读数的频率不少于规范要求，同时要满足工程需要。实际测量频率根据前两次测量情况而定。当观测值相对稳定时，可适当降低观测频率；当达到报警指标或观测值变化速率加快或出现危险事故征兆时，应加密观测。对于采用分部开挖的地段，如正台阶开挖，上半断面开挖和下半断面开挖不在同一时间，当量测断面工作状态发生改变时的前后一星期之内或距离测点一倍洞跨以内按1次/天的频率采集数据。
2、监测进度
（1）中标即日开始现场全面踏勘、组织监测人员进场，仪器的购置、检测、标定和调试等。
（2）监测安排根据工程进度而定，至隧道工程施工完毕后结束。
4.1.6施工量测监测数据分析方法
对监控量测所取得的量测数据采用力学分析法和经验法进行分析，来预测隧道的稳定性。
1、力学分析法：支护系统是确保隧道施工安全与进度的关键，可以通过力学计算来调整和确定支护系统。力学计算所需的输入数据则采用反分析技术根据现场量测数据推算而得，如塑性区半径、初始地应力、岩体变形模量、岩体流变参数、二次支护荷载分布。这些数据室对支护系统进行计算所需要的，再利用已有专门的计算机分析软件就可以对支护系统做出计算。
2、经验法：此法核心是根据经验建立一些判断标准来直接根据量测结果或回归分析数据来判断围岩的稳定性和支护系统的工作状态。在施工监测过程中，数据“异常”现象的出现可以作为调整支护参数和采取相应的施工技术措施的依据。何为“异常”，这就需针对不同的工程条件（围岩地层，埋深，隧道断面，支护，施工方法等）建立一些根据量测数据对围岩稳定性和支护系统的共作条件进行判断的准则。
4.1.7施工监控量测监测警戒值及二衬施作时机的确定
根据中华人民共和国行业标准《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214-2005）规定，隧道周边最大允许相对位移（指实测位移值于两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比）为0.20%~0.80%（具体数值会同业主、设计、监理、施工确定）。监控警戒值也可由设计单位提出，经有关单位认可后执行。
二衬施作则应在满足下列要求时进行：
（1）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定（ ）；
（2）已产生的各项位移已达到预计总位移量的80%~90%；
（3）周边位移速率小于0.1~0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07~0.15mm/d。
4.2监控量测需提交的资料
在进行隧道施工监控量测工作过程中需提交如下资料：
（1）公文
根据监测资料和超前地质预报工作，对下一阶段的变形情况进行预测，当有危险时，及时向业主及施工方提交监控联系单或专门的计算分析报告，并提出合理化建议。
（2）周报和月报
将每周和每月监测工作的进展、仪器埋设、监测成果图表汇总成表，阶段性的结论、建议汇总成文，并按正规报告格式提交处周报、月报。
（3）总报告
在隧道主体工程完成，以及隧道跟踪监测工作结束后，一个月内提交监测工作移交报告。
4.3资料的整理与提交
由仪表量测的数据记录在专用的表格上，原始记录表格存档，以供需要时查用。监测报告一式五份提交给指挥部，由甲方及时送达监理方、施工方和设计方。所有数据均输入计算机，用专门程序进行计算处理。
每周出周报，每月出月报，必要时专门出分析简报。监测人员除做好每天的监测工作外，需认真写好监测日子，内容包括天气、观察情况、监测情况、施工进展情况、仪表工作情况等。
监测技术负责人参加工程现场例会，回报最近一段时间的监测情况，分析数据变化的趋势。严格按有关各方讨论的具体报警值分两个阶段报警。当监测值超过预警值的80%时，在日报表中注明，以引起有关各方注意。当监测值达到预警值时，除在日报表中注明外，专门出文通知有关各方。监测技术负责人参加出现险情时的排除应急会议，积极协同有关各方出谋划策，提出有益的建议，以采取有效措施确保洞室及周围环境的安全。
5、哈达铺隧道内空收敛实测数据的处理及分析
现取哈达铺隧道左线DK235+680断面的实测数据进行回归分析。
5.1 DK235+680断面拱脚水平净空收敛的一元非线性回归分析
DK235+680断面拱脚水平净空收敛的实测数据如表3所示。
表3 拱脚水平净空收敛的实测数据
以双曲线函数 作为回归函数对实测数据进行回归分析。则可求得：
其回归方程为： 。
剩余标准离差： ，则 。
线性相关系数： 。
由《相关系数检验表》知，当时，
。
故 和 之间线性关系比较好。
5.2 DK235+660断面拱顶下沉的一元非线性回归分析
DK235+660断面拱顶下沉的实测数据如表4所示。
表4 拱顶下沉的实测数据
以对数函数 作为回归函数对拱顶下沉的实测数据进行回归分析。则可求得：其回归方程为： 。
剩余标准离差： ，则 。
线性相关系数： 。
由《相关系数检验表》知，当 时，
。
故 和 之间线性关系比较好。
6 结论与建议
通过本文的研究，可以得出以下结论：
1）拱脚水平净空收敛回归函数的线性相关系数 ；2倍剩余标准离差 ，说明有概率为 的散点误差在0.055 mm之内，回归函数 比较好地反映了拱脚水平净空收斂实测数据 和时间 之间的关系；
2）拱顶下沉回归函数的线性相关系数 ，2倍剩余标准离差 ，说明有概率为 的散点误差在0.066 mm之内，也说明回归函数 比较好地反映了拱顶下沉实测数据 和时间 之间的关系；
3）监测数据各监测值之间存在显著的相关关系，联系它们的纽带是同样的围岩性质。
4）利用非线性回归分析，找出了围岩压力及位移的非线性回归方程，拟合度非常好。可以用它对围岩压力及位移的变化进行预测，并对围岩的稳定性进行分析。
5）根据监测数据的预测值，按监测数据随时间变化的快慢对其进行分析，能及时反馈指导设计施工的进行。
参考文献：
[1]邓 江．猫山公路隧道工程技术[M]，北京：人民交通出版社，2003．
[2]铁道部人事司．隧道及地下工程[M]，西南交通大学出版社，2000．
[3]王建宇．隧道工程技术进步[J]，中国铁道科学，1999.12,20(4):30~36．
[4]李晓红．隧道新奥法及其量测技术[M]，科学出版社，2002．
[5]戴刚．新奥法隧道围岩施工监控量测技术[J]，铁道建筑 ，2006（7）：31~32．
[6]李世辉．隧道围岩稳定系统分析[M]．北京：中国铁道出版社，1991．
[7]万千里，地质雷达探测在大茅左隧道施工中的应用[J]．公路，2002(13)：67—68．
[8]王天生．隧道全断面开挖光面爆破施工方法[j]．山西建筑，2004，30(24)：125—126．
[9]杨智国．地质超前预报在桃花铺一号隧道TBM施工中的应用[J]．铁道工程学报，2004(8)：121—122．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。