摘要：本文分析了隧道監(jiān)控量測技術的目的和內容，以某工程為例，針對隧道監(jiān)控量測方案設計進行詳細探究。
關鍵詞：鐵路隧道；監(jiān)控量測；設計
中圖分類號：S611文獻標識碼： A
引言
隨著我國鐵路建設高峰的來臨,各條鐵路的設計都向著高速度,高載重量的趨勢發(fā)展,這樣一來鐵路線路就要求盡量的取直線,進而遇到高山不再繞避,而是選擇修建隧道。在隧道的設計中以新奧法最為成熟,也最為普遍,監(jiān)控量測是新奧法的一部分,就鐵路隧道的監(jiān)控量測進行了系統(tǒng)的論述,對于相關的鐵路隧道的監(jiān)控量測設計及應用具有一定的指導意義。
一、隧道監(jiān)控量測技術的目的和內容
1、隧道監(jiān)控測量技術的目的
1.1 了解隧道施工情況
通過隧道監(jiān)控量測技術可以高校的了解到隧道施工中各個階段的地層和支護結構的變化，從而全面的掌握隧道施工中所處的狀態(tài)和情況，同時也能進一步的判斷出圍巖的穩(wěn)定性和支護、襯砌等結構的可靠性，并根據這些情況采取相應的措施來保證隧道施工和結構的穩(wěn)定。其次，通過對隧道監(jiān)控測量的數據進行分析可以對理論分析的結構進行補充和修整，并通過檢測結果的反饋，對隧道施工具有一定的指導作用，另外還可以根據這些測量結果進行施工方法的調整，比如調整圍巖級別、變更支護設計參數，從而提升隧道施工的施工進度和工程質量。
1.2 監(jiān)測隧道環(huán)境
隧道監(jiān)控的測量不僅可以對隧道工程施工的具體環(huán)境進行監(jiān)測，而且還可以對隧道工程的周邊環(huán)境進行監(jiān)控，盡可能的減少影響因素，提高隧道施工質量。而且通過對隧道監(jiān)控量測不僅可以對隧道施工的環(huán)境進行具體的分析，還可以通過這些具體的數據和觀測結果了解到隧道施工的規(guī)律和特點，通過對這些結果的反饋等能夠為隧道施工的進一步進行提供一些良好的意見，并促進隧道監(jiān)控量測和隧道施工技術的發(fā)展，這對于我國隧道施工和隧道監(jiān)控量測的發(fā)展都具有重要的意義。
2、隧道監(jiān)控測量技術的主要內容
監(jiān)測的項目和具體內容必須要嚴格的按照現行《公路隧道施工技術規(guī)范》規(guī)定并結合隧道施工的具體情況來進行監(jiān)控測量，在監(jiān)測項目應該對洞內圍巖和支護狀況進行觀察，并檢測周邊位移情況，其次對于拱頂下沉和錨桿內力及抗撥力也要進行精確的監(jiān)控測量。另外，對于洞口淺埋地段的地表下沉、圍巖內部位移及鋼拱架應力的監(jiān)測也應該得到重視，從而全面的獲取隧道資料，為施工提供更多的參考依據[1]。
二、隧道監(jiān)控量測的工程概況及制案原則
1、工程概述
某隧道跨度9m，高度7m，全長182m，其中III級圍巖135m，IV級圍巖47m，最大埋深56m，洞口兩端為淺埋。隧區(qū)屬丘陵地貌，海拔426m，穿越突出山脊。隧址內上覆第四系坡殘積層粉質粘土，下覆基巖為侏羅系中統(tǒng)下沙溪廟組泥巖夾砂巖，巖層層理清晰。測區(qū)內地表水不發(fā)育，地下水有松散巖土類孔隙潛水、碎屑巖類裂隙水。
2、方案制定原則
隧道工程所處地質條件和周邊環(huán)境的不同決定了隧道監(jiān)測重點的不同，對于重點監(jiān)控部位需進行精細的監(jiān)測。另外隧道工程涉及面廣，若每項都進行監(jiān)測，不僅增加了監(jiān)測人力、物力，還影響隧道的正常施工，造成整個工程造價的增加�？傊�，隧道監(jiān)控量測方案制定原則可概括為“難點重點突出、普測精測結合、必測選測搭配”，基于該隧道埋深較淺，監(jiān)控量測方案制定中應重點突出地表下沉的監(jiān)測。
三、監(jiān)控量測項目方案設計
1、必測項目
必測項目是在復合式襯砌和噴錨襯砌隧道施工中必須進行量測的項目，包括洞內、外觀察，周邊位移、拱頂下沉和地表下沉，其中地表下沉僅限隧道洞口段和淺埋段（隧道埋深≤2倍隧道開挖寬度條件下）為必測項目。洞內、外觀察：設計人員根據地質勘察資料進行隧道設計，而地質勘察過程中只能通過調繪、物探、坑探、槽探、鉆探等方法和手段對隧道所穿過的地質情況初步了解［5］，其具體情況不一定與勘察地質報告相吻合。因此，必須在隧道開挖后通過洞內、外的觀察，判別真實地質情況與地質報告所述是否吻合，是否需對先前相關設計進行優(yōu)化、修改。
周邊位移和拱頂下沉：該量測是為監(jiān)控隧道圍巖的變形，防止其過度變形甚至失穩(wěn)，釀成安全事故。同時也能根據變形的大小對施工方法的合理性、支護效果等進行評價，有利于隧道的設計、施工。
地表下沉：隧道洞口段圍巖大多較為破碎，隧道開挖對其擾動大。另外當隧道開挖經過隧道埋深≤2倍隧道開挖寬度淺埋段時，隧道開挖影響范圍將波及地表面建筑物，因此有必要通過對地表下沉的量測防止地表出現有害下沉甚至冒頂，危及地表建筑物[2]。
2、選測項目
選測項目應根據隧道地質情況、埋深、支護措施、周邊鄰近物等因素綜合選擇，包括鋼架內力及外力、支護襯砌內應力、圍巖體內位移（洞內設點）、圍巖壓力等11項。筆者僅對鋼架內力及外力和圍巖壓力兩項做粗略介紹。
鋼架內力及外力：鋼架由于其強度高、剛度大被用于地質較差地段支護。往往支護參數設計要么太小，支撐不住周邊圍巖，要么太大，造成浪費。為合理確定鋼架支護參數，可進行鋼架內力及外力的量測，同時也為以后設計提供參考。
圍巖壓力:通過對圍巖壓力的量測，可以對圍巖狀況進行相關評價，判斷施工作業(yè)的正確性以及是否需要加強支護等。
從該隧道監(jiān)控量測工程的目的出發(fā)，結合方案的制定原則，依據《公路隧道施工技術規(guī)范》（JTGF60-2009）和《鐵路隧道監(jiān)控量測技術規(guī)程》（TB10121-2007），綜合抉擇，該隧道監(jiān)控量測項目包括：洞內外觀察、周邊位移、拱頂下沉、地表下沉、錨桿內力和圍巖壓力量測。
三、數據分析處理
結合該隧道工程特點，依據有關技術規(guī)程，該隧道監(jiān)控量測工程監(jiān)測間距和頻率如表1所示。
結合隧道工程特點，通過對必測項目和選測項目的量測將產生大量數據。由于偶然誤差等因素，數據具有一定的離散性和波動性，因此需對其進行分析處理。分析處理過程，首先，應將具有明顯錯誤的數據去掉，若該數據重要或錯誤數據太多導致無法進行分析，則需考慮補測；然后，對數據進行填表制圖、誤差處理等計算；最后，分析整理后的數據，分析的目的主要是抓住相關參數與時間之間的變化規(guī)律，從而對所測項目相關參數等進行預測，判斷設計、施工的合理性，提防潛在危險，并對其預警。目前的預測方法主要有動態(tài)方程法、時間序列法、灰色模型法和神經網絡預測法四種。
1、動態(tài)方程法
動態(tài)方程法也稱為回歸分析法，是目前最主要采用的數據分析處理法。它從自變量和因變量一組數據出發(fā)，尋找一種函數模型，盡量將所測數據囊括其中并減小誤差。該方法常用函數模型有對數函數、指數函數和雙曲線函數三種模型。隨著計算機的快速發(fā)展，有理函數模型等復雜模型也得到應用。包太等人采用上述4種模型對某隧道量測數據預測效果進行對比得出有理函數模型預測效果最佳。
2、時間序列法
該法運用統(tǒng)計學原理，探求量測數據隨時間的變化規(guī)律，根據其歷史演變規(guī)律來預測其未來演變規(guī)律和趨勢。相比其他預測方法而言，該法顯得更加簡單、準確。
3、灰色模型法
灰色系統(tǒng)理論在1982年由我國鄧聚龍教授提出。它能在數據信息不充分的條件下，建立用于系統(tǒng)未來行為預測的數學模型。隨著在隧道監(jiān)控量測實際運用中的不斷優(yōu)化改進，該預測方法在實際工程應用中已獲得較高精度[3]。
4、神經網絡預測法
20世紀80年代，神經網絡理論得到了長足的進步。它借鑒了人體信息傳輸系統(tǒng)學，具有在復雜條件下較好的建模能力和良好的數據擬合能力。李元松等人在溪洛渡電站4#公路隧道監(jiān)測中，通過對比動態(tài)方程法、灰色模型法和有限單元法預測結果發(fā)現：神經網絡預測法預測效果最佳。王國欣等人在重慶紅旗河溝地下車站監(jiān)測中采用神經網絡預測法得到較好的效果。
考慮到數據分析處理的復雜程度，該隧道監(jiān)控量測工程采用目前廣泛使用的動態(tài)方程法，利用origin軟件對監(jiān)測所得數據進行回歸分析。
結束語
根據動態(tài)方程法對量測數據的分析結果，并參考有關規(guī)范值，該隧道監(jiān)控量測工程對隧道施工進行了實時分析和階段分析，對工程安全性進行了評價，指導了隧道二襯施作時機的選擇以及優(yōu)化了施工方案.隧道監(jiān)控量測應結合工程實際等因素，綜合抉擇監(jiān)測項目，確保監(jiān)測項目能夠用于指導隧道設計、施工，減少對正常施工的影響。在監(jiān)測數據分析方面建議采用多種方法綜合對比分析，有利于提高預測的準確性。
參考文獻：
[1]趙君.談高速鐵路隧道監(jiān)控量測方案設計[J].山西建筑,2013（05）:168-170.
[2]彭放枚,凌同華,張勝,李品鈺.鄰近橋樁隧道施工監(jiān)控量測方案優(yōu)化[J].中外公路,2013（02）:202-206.
[3]甘劍峰.淺談隧道監(jiān)控量測技術[J].科技風,2013（10）:154-155.
