浅谈公路隧道与铁路隧道交叉段落的施工监控量测方案
浅谈公路隧道与铁路隧道交叉段落施工的监控量测方案
摘要：文章主要介绍了寨头隧道上跨向莆铁路三条隧道，在应用微震控制爆破技术施工的过程中，所采用的监测量控方案工作原理、方法及内容等。 关键词：隧道，上跨，监控，量测
1． 交叉段落的概况
寨头隧道与向莆铁路三条隧道交叉，寨头隧道上跨向莆铁路城峰隧道，交叉段落为：左线ZK37+362—ZK37+451，长89米，右线YK37+408—YK37+482，长74米。左线与三条铁路交叉点桩号分别为：ZK37+362（距铁路隧道拱顶26m）、ZK37+417（距铁路隧道拱顶23.4m）、ZK37+451（距铁路隧道拱顶26m）；右洞交叉点桩号分别为：YK37+408（距铁路隧道拱顶22.2m）、YK37+450（距铁路隧道拱顶19.1m）、YK37+482（距铁路隧道拱顶21.6m），最小高差19.1米。寨头隧道右洞与城峰2#隧道交叉段落最小净距为19.1m，寨头隧道已开挖一定的深度，设计交叉段落隧道长度约100m采用微震控制爆破技术进行施工，以确保向莆铁路城峰隧道不受爆破震动的不利影响。
1.1工程地质情况
该段围岩主要为III级、IV级和V级围岩，主要工程地质情况为：
（1）该隧址区地围岩为风化流纹质熔结凝灰岩，岩体较破碎，节理裂隙较发育，较坚硬岩。
（2）根据施工图中地质说明，呈镶嵌破裂结构，在开挖过程中地下水可能多呈淋雨状、点滴状，侧壁基本稳定，拱顶无支护时易产生塌方、掉块。 1.2交叉段的开挖爆破方案
针对寨头隧道与向莆铁路城峰隧道相交叉最近仅19.1m的状况，设计交叉段落隧道长度约100m采用微震控制爆破技术进行施工，以尽量减小爆破震动对铁路隧道的影响，以确保隧道施工安全及确保向莆铁路城峰隧道不受爆破震动的不利影响。
上半断面
左侧导洞
下半断面
右侧导洞
V级围岩开挖工序示意图
III、IV级围岩施工工序立面示意图
2、 监测及评估内容与方法
针对工程实际情况，本项目的监测及评估内容及采取的方法如下：
（1）寨头隧道穿越段施工前，通过现场调查初步，确认穿越段向莆铁路城峰隧道的结构健康状况（即是否有既有病害）；
（2）按照《爆破安全规程》（GB6722-2003），初步分析施工爆破方案对向莆铁路城峰隧道的影响程度；
（3）穿越段施工期间，对向莆铁路城峰隧道进行监控量测，监测内容包括： ① 爆破震动监测； ② 表面应变监测；
③ 变形监测，包括拱顶下沉、收敛变形、墙基沉降；
（4）施工结束后，进行现场调查，施工前调查结果进行对比，确认有无新增隧
道病害。
3、隧道病害的调查方案
铁路隧道病害指衬砌混凝土由于物理或化学等原因引起的衬砌混凝土开裂、漏水、腐蚀、疏松、表面脱落或掉块等现象。向莆铁路城峰隧道为刚完成主体结构的建设期铁路隧道。病害调查主要针对以下两点： （1）既有裂缝； （2）表面渗漏水； 4、爆破对隧道影响分析工况
寨头隧道与向莆铁路三条隧道交叉，寨头隧道上跨向莆铁路城峰隧道，根据交叉位置，寨头隧道在上跨过程中，穿越III级、IV级、V级围岩段，需分析这三个围岩段的爆破参数对城峰1#、2#、3#隧道的影响。
（1）城峰1#隧道，3种工况（分别为寨头隧道III级、IV级、V级围岩段爆破对其影响）；
（2）城峰2#隧道，3种工况（分别为寨头隧道III级、IV级、V级围岩段爆破对其影响）；
（3）城峰3#隧道，3种工况（分别为寨头隧道III级、IV级、V级围岩段爆破对其影响）。 共计9种工况。 5、隧道监测方案
本项目监测具体监测项目及要求见下表。
监测项目表
5.1 爆破震动监测方案 （一）监测仪器及系统原理
传统爆破测试工作量大、测试方式较落后、现场布线困难、数据处理较复杂。本项目采用3台爆破震动记录仪（其中1台备用），可同时监测2个点的爆破震动信号，每个点布置3个速度传感器，其中垂直速度传感器1个，水平速度传感器2个。采用四川拓普测控科技有限公司生产的UBOX-20016震动信号自记仪。仪器需具有对地震波、机械震动和各种冲击信号进行记录、数据分析、结果输出、显示打印、数据存储的便携式仪器的功能。
当传感器把爆破的地震波速度转换成电压信号，通过A/D转换为数字信号，记录到仪器中的存储器里，测试完成后由数据线传送到计算上，由计算机对信号进行计算处理，最后以报告的形式输出到打印机或者存储到硬盘。 爆破震动监测系统流程见下图所示。
爆破震动监测系统流程
（二）测点布置方案
爆破震动监测点布设图
寨头隧道与向莆铁路三条隧道交叉，寨头隧道上跨向莆铁路城峰隧道，根据交叉位置，向莆铁路城峰各隧道受爆破影响相对较大的具体里程为：
（1）城峰1#隧道，DK490+220.19~DK490+265.34，实施过程中，只监测影响最大的隧道（距离寨头放炮位置最近），拟布设6个变形监测断面；
（2）城峰2#隧道，FDK490+198.2~FDK490+233.9，实施过程中，只监测影响最大的隧道（距离寨头放炮位置最近），拟布设6个变形监测断面；
（3）城峰3#隧道，YDK490+380.95~YDK490+417.5，实施过程中，只监测影响最大的隧道（距离寨头放炮位置最近），拟布设6个变形监测断面； 合计布设18个变形监测断面。
5.2 变形监测 （一）周边收敛量测 （1）量测内容
隧道周边收敛量测，是量测隧道内壁相对位移的变化。 （2）量测方法
在监测断面拱顶和边墙量测，布置三个测点，考虑到现场的可操作性，用高精度全站仪（要求误差小于0.5mm）读取每两点坐标，计算测点连线方向的相对位移。 （3）测试仪器
高精度全站仪、反射片等。 （二）拱顶下沉量测
（1）量测内容
拱顶下沉量测对隧道拱顶测点的沉降位移值进行量测，是相对于假定不动点的位移。
（2）量测方法
在每个量测断面的拱顶中心埋设一个挂钩，然后在挂钩上缠绕胶布，再在胶布上粘贴全站仪反射贴片，用全站仪读取数据。 （3）测试仪器 （三）墙基沉降观测 （1）量测内容、量测方法:
在左右墙基对称布置沉降观测点，用高精度全站仪进行监测，根据下沉位移量判定隧道是否存在不均匀沉降。 （2）量测仪器 全站仪、反射片等。
（四）测点布设及监测断面间距 测点详细布置图如下图所示。
收敛变形测点
收敛变形测点
墙基沉降测点
墙基沉降测点
内轨路面
注：由于铁路隧道最不利变形点在边墙中部，采用收敛计量测不具备可操作性，故变形监测统一采用高精度全站仪监测。
变形测点布设图
寨头隧道与向莆铁路三条隧道交叉，寨头隧道上跨向莆铁路城峰隧道，根据交叉
（1）城峰1#隧道，DK490+210~DK490+270，每10米布设一个断面，共布设7个变形监测断面；
（2）城峰2#隧道，FDK490+190~FDK490+240，每10米布设一个断面，共布设6个变形监测断面；
（3）城峰3#隧道，YDK490+370~YDK490+420，每10米布设一个断面，共布设6个变形监测断面；
合计布设19个变形监测断面。 5.3 衬砌表面应变监测方案 （1）量测内容
二衬应变量测对二衬混凝土应变的量测，判断二衬混凝土受张拉状况。 （2）量测方法
在监测断面的拱顶及两侧安装三个混凝土应变计，采集数据，量测混凝土应变随时间的变化。 （3）量测仪器
混凝土应变计、频率计等。 （4）测点布设及监测断面间距 测点详细布置图如下图所示。
衬砌表面应变测点
衬砌表面应变测点
衬砌表面应变测点
内轨路面
应变测点布设图
寨头隧道与向莆铁路三条隧道交叉，寨头隧道上跨向莆铁路城峰隧道，根据交叉
（1）城峰1#隧道，DK490+210~DK490+270，每20米布设一个断面，共布设4个衬砌表面应变监测断面；
（2）城峰2#隧道，FDK490+190~FDK490+240，每20米布设一个断面，共布设3个衬砌表面应变监测断面；
（3）城峰3#隧道，YDK490+370~YDK490+420，每20米布设一个断面，共布设3个衬砌表面应变监测断面；
合计布设10个衬砌表面应变监测断面。
其中单线隧道布置3个表面应变测点，复线隧道布置5个表面应变测点。 6.预警及反馈机制
由于隧道工程地质变化复杂，应通过实测成果进行反馈，实时指导施工。
现场监测反馈流程图
具体控制指标如下：
（1）对爆破实施风险管理，当振速达到6cm/s时实行预警，达到8cm/s时实行报警，达到10cm/s时应及时调整爆破方案。
（2）当变形日变化量超过1mm/d，累计变形量超过2mm进行预警。
（3）当混凝土表面应变达到混凝土极限承载力的80%时，进行预警，达到100%进行报警。
（4）向莆铁路隧道衬砌出现新增裂缝，直接报警。 7．结束语
寨头隧道上跨向莆铁路城峰隧道，寨头隧道在开挖过程中采用微震控制爆破技术进行施工，并在穿越段施工期间，对向莆铁路城峰隧道制定并进行了爆破震动、表面应变、拱顶下沉、收敛变形、墙基沉降等一系列周密且合理的监测量控。通过量测，及时对寨头隧道穿越向蒲铁路隧道的区段提供了预报，为我单位及时调整开挖爆破及支护参数提供了可靠的科学依据。有效的确保向了莆铁路城峰隧道不受爆破震动的危害，确保了工程质量和提高社会效益。目前，寨头隧道已成功穿越向蒲铁路三条隧道，并未对向蒲铁路城峰隧道造成任何爆破震动的危害。施工实践证明，以上所列措施非常行之有效的，但其中仍有不少问题仍有待我们不断地去探索和改进。
参考文献
1．国家标准局，《爆破安全规程》（GB6722-2003）.北京：人民交通出版社，2004 2．铁道部，《铁路隧道设计规范》TB10003-99 .北京：中国铁道出版社，1999 3．交通部，《公路隧道设计规范》JTG D70—2004 .北京：人民交通出版社，2004 4．交通部，《公路隧道施工技术规范》JTG F60—2009 .北京：人民交通出版社，2009