浅述静力水准仪沉降超限自动报警监测系统.doc

第 PAGE 8 页 共 NUMPAGES 9 页 浅述静力水准仪沉降超限自动报警监测系统 在京沪高速铁路三标段西渴马隧道施工中的应用 周 锋 （中国水利水电第七局工程局有限公司科研设计院 郫县 611730） 摘 要：主要介绍了采用静力水准仪沉降超限自动报警监测系统的原理和安装方法，并对初期支护后的京沪铁路三标段西渴马隧洞顶拱下沉变形进行试验性监测应用中的经验和存在的问题做了简要的总结和说明。 关键词：隧洞、沉降观测、静力水准、自动化监测、方法 1 工程概述 西渴马1#隧道，进口里程DK420+395，出口里程DK423+207，全长2812m。隧道内处于12‰、5.5‰的上坡，出口区分布有大规模崩塌堆积岩体，主要成分为寒武系中统泥质条带灰岩及鲕状灰岩，岩体一般粒径3～5m，最大可达十余米，充填碎石土及角砾土，结构较松散，容易掉顶，岩体完整性较差。西渴马2#隧道，进口里程DK423+395，出口里程DK424+373，全长978m。隧道内处于3‰的下坡，进口～DK423+427.50与DK424+358.64～出口分别位于R=30000m的凸、凹竖曲线上。全隧道位于R=7000m的曲线上，中低山区，地形起伏较大，进口山坡坡度约30°，山坡自然坡度位于10°～20°，地表植被稀疏。 2 隧道施工安全监测的目的和常用方法 2.1、隧道施工安全监测的目的 （1）确保施工安全及结构的长期稳定性； （2）验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据； （3）确定二次衬砌时间； （4）监控工程对周围环境影响； （5）积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。 2.2、隧道施工安全监测常用方法及选择 围岩监控量测最常见的方法有沉降观测和收敛观测两种。仅以围岩沉降变形观测而言，有三角高程法、水准测量法两种观测方法，其示意图见图1、图2，优缺点见表1。 开挖面 开挖面 水准仪 水准尺 水准点 铟钢挂尺 拱顶下沉观测点 图1 水准测量法 拱顶下沉观测点 拱顶下沉观测点 反射片 水准点 反射棱镜 全站仪 开挖面 图2 全站仪测量法 表1 三角高程量测法、水准测量法主要优缺点 名 称 优 点 缺 点 三角高程测量法 快捷方便、适应性强 精度不高、不能精准及时反应围岩变形真实情况 水准测量法 精度高、成果可靠 人员投入多，工作量大，易受施工干扰 在京沪高速铁路施工中，由于精度要求高，工作强度大，采用传统的观测方法不仅需投入大量资源，同时会给现场施工造成一定的影响。为了更高效的进行隧道拱顶沉降变形监测，我部查阅了大量的相关资料，比对各种沉降变形观测方法的优缺点，认为静力水准测量测方法是一种精度较高、方便观测、能及时反馈围岩变形情况、易于自动化的一种方法。为此，我部在京沪高铁三标西渴马隧道现场岩石情况比较破碎地段用此方法进行了有益的尝试，并获得了一定的经验和教训。 3 监测设备的布设 从2009年1月2日开始，我们依据《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）及相关设计图纸和文件。采用静力水准仪自动化观测系统，对初期支护后的隧道顶拱下沉变形进行试验性监测。从现场开始使用至今，根据隧道特殊的地理、地质条件，我们在西渴马一号隧道靠近出口、西渴马二号隧道靠进口围岩比较破碎的位置共埋设了13个静力式水准点。其埋设示意图详见图3、图4。 图3、1#隧洞监测布置图 图4、2#隧洞监测布置图 4监测系统工作原理 静力水准系统依据连通器原理，用对应的传感器通过测量每个测点容器内液面的相对变化来监测结构的竖向变形。静力水准系统中，所有传感器的垂直位移均是相对于其中一点的。 如图5所示，沿隧道轴线方向，在隧道拱顶处安装若干个容器，容器之间用管路连通，容器内盛适量液体，根据连通器原理，相互连通的容器内初始液面应处于同一水平面。当测点之间发生相对位移时，容器内的液体会顺着连通管流动，直到液面达到新的平衡，容器内液面高度的变化即可反映测点间的相对位移。 在每个容器内安装一个位移传感器，将液面高度的变化转换成电信号，监控系统对采集到的电信号进行计算处理后，即可求得各测点之间的相对位移。当已知测点中任意一点的绝对位移时，即可计算出所有测点的绝对位移。 图5 系统工作原理简图 5 监测系统安装及存在的问题 5.1测点布置 根据实际施工进度和围岩地质状况，选择在靠近1#隧道出口地质条件比较破碎的DK422+917、DK422+900、DK422+880、DK422+850共四个断面位置。此段围岩分布有大规模崩塌堆积岩体，主要成分为寒武系中统泥质条带灰岩及鲕状灰岩，岩体一般粒径3～5m，最大可达十余米，充填碎石土及角砾土，结构较松散，容易掉顶，岩体完整性较差。2#隧道进口安装的八台静力水