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摘要：根据新建大理至临沧铁路爱华隧道成功下穿云县新建垃圾场浅埋段的工程实例，总结下穿结构物隧道施工地表沉降观测点的布设、观测及洞内外测量数据分析,进而指导隧道顺利穿越浅埋段。
关键词：隧道工程 洞内外观察 地表沉降 拱顶下沉 净空收敛 偏压受力
1技术背景
新建大理至临沧铁路爱华隧道，属低中山侵蚀地貌及河流堆积地貌，地形起伏较大，冲沟发育。自然横坡一般20º～50º，坡上覆土层较薄，多被垦为旱地，基岩出露较好；沟槽等低洼地带覆土较厚，最小埋深24m。 地震动峰值加速度为0.2g,地震动反应谱特征周期0.45s。隧道施工采用钻爆开挖。浅埋段起止里程DK139+886～DK139+941，浅埋段左侧是云县新建垃圾填埋场，垃圾场大坝对隧道造成偏压受力（图1）。施工中需重点加强地表沉降观测和洞内监控量测，根据测量数据调整支护参数和作业方法指导隧道施工，保证隧道安全下穿垃圾填埋场。
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图1 隧道下穿垃圾填埋场现场图
2.点布设及量测方法
2.1 地表沉降测量点的布设方法
隧道浅埋、下穿建筑物地段在隧道开挖前布设地表观测点。地表沉降测点和隧道内测点布置在同一断面里程，测点布设按照设计和规程要求进行，地表有控制性建（构）筑物时，量测范围适当加宽。如图2、表1所示。
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图2 地表下沉横向测点布置示意图
表1地表沉降测点纵向间距
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注：H0为隧道埋深；H 为隧道开挖高度；B为开挖宽度。
爱华隧道DK139+886～DK139+941浅埋段地表沉降观测点布设时，为了确保安全对该段地表进行加密，纵向间距为10m,共8个断面。同时在线路左侧在建大坝（与新建大临线斜交于DK139+953）坝体上布设8个观测标，标间距为8m。在右侧已有污水处理厂墙体上布设观测点6个。基准点设置在线路右侧145m处。
2.2数据采集频率
根据施工开挖监控量测设计图的要求，同时为了满足数据分析的需要，测量读数的频率不得小于规范的要求，其数据采集频率见表2-表3。
表2 按距开挖面距离确定的监控量测频率[1]
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表3 按位移速度确定的监控量测频率[1]
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2.3 外业数据采集方法
每次测量前先对测点范围区域地表进行仔细观测，排查是否有裂缝或塌陷以及观测标是否有破坏。爱华隧道地表沉降、净空收敛和拱顶下沉均采用Topcon Ds-102RC全站仪结合CRTB隧道围岩检测采集终端系统（中铁天宝）进行无接触测量,精度高、效率快并且可以现场反映地表变化情况。根据测量成果，通过CRTB绘出地表沉降量U1与时间t1的对应分散点，同时进行一元非线性回归计算，绘出地表沉降量U1与时间t1的圆滑变化曲线。在外业数据采集时要注意避免阳光直射和温度对测量成果可靠性的影响，尽量选在同等条件下进行，并及时修正仪器参数（温度、气压、遮光系数等）。
3.及时根据测量数据反馈信息指导施工
根据测量成果，绘出地表下沉量U1与时间t1的变化曲线，并结合洞内外观察以及拱顶下沉、净空收敛的变化情况，分析预测变形收敛趋势，判定围岩稳定状态，调整支护参数改进施工方法。如爱华隧道进口桩号DK139+905地表沉降时态曲线图和拱顶下沉时态曲线图（图4）。
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图4 拱顶下沉变形位移时态曲线图
从爱华隧道进口DK139+905这个具有代表性的“隧道变形位移时态曲线”可以判断出，该隧道地表沉降与拱顶下沉曲线基本吻合，拱顶变化在25mm左右，地表沉降在10mm左右，并具有明显的合一性，经过20天后，在仰拱封闭成环后，基本趋于稳定。
3.1.回归分析的基本原理
在实际量测中，由于偶然误差所造成的数据离散性，需对量测数据采用统计学原理进行分析，确定变形值与时间两个变量之间的关系。现以爱华隧道进口DK139+905断面拱顶下沉和净空收敛量测进行回归分析，其步骤如下：
确定回归方程：根据散点图中的散点拟合曲线的分布特征、变化特性、收敛性等，选择能代表两变量之间内在关系的函数类型，从图4观测曲线的走向取指数函数
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作为回归函数较合理。回归分析的主要任务就是要根据量测数据t（时间）和U（变形值）去估计未知参数A,B：进行线性相关的显著性检验;并利用对A,B估计的结果，通过t值去预测U值；
② 确定参数A和B：利用最小二乘法估计参数A和B时，有：
指数函数
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求导：
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将其转化为直线函数：
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令
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则，上式可化为直线函数：
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相关系数r为：
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DK139+905观测断面根据实测原始拱顶下沉数据，采用指数函数对实测关系曲线进行回归计算，拱顶下沉归方程如下：
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由回归方程推求最终位移量：
取t=∞，得最终位移值
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；
DK139+905观测断面根据实测原始地表下沉数据，采用指数函数对实测关系曲线进行回归计算，地表沉降回归方程如下：
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由回归方程推求最终位移量：
取t=∞，得最终位移值
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=8.67mm；
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图5 变形监测回归曲线图
3.2.非拟合地表沉降数据分析
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图4 139+905-8#点时间位移曲线
地表沉降点变化较小的点，多出现不规律变化，数据无法用回归函数拟合，但其累计变化量小于4mm，且在较小范围内波动，可以判定点位处地表受施工扰动较小，地表稳定性较好，处于安全状态。
4.结语
目前爱华隧道已经顺利通过垃圾填埋场浅埋段，通过对爱华隧道的地表沉降观测数据及洞内监控量测数据分析和隧道现场施工的情况，得到以下结论：
①、隧道地表沉降与洞内拱顶下沉趋势基本吻合，且在施工过程中通过实测数据分析及时调整支护参数和开挖进尺，有效的控制了拱顶下沉和地表沉降的速率。在施工过程中调整支护参数和开挖进尺后地表沉降和拱顶下沉明显减弱。
②、通过对爱华隧道浅埋段新建大坝坝体观测，坝体观测标沉降量小于8mm。通过监控量测数据分析坝体对爱华隧道不构成偏压。
③、地表沉降和拱顶下沉测点的变化受隧道埋深和开挖进尺影响较大，且随着距离掌子面的距离越大，变形越大，随着仰拱与二衬施工段落与监测段落的接近，测点变形明显减缓，隧道施工中应及时跟进仰拱与二衬施工，开挖过程中应加强上台阶拱架的固定。该段施工中采用双层超前小导管、拱架间距控制在0.6m和锁脚锚杆加固等措施是最佳的。
④、应严格遵守各等级围岩隧道开挖安全步距要求进行施工，有效控制隧道位移变形。
参考文献：
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[3]刘小连,朱清航,王震等. 岩溶区特长隧道施工监控量测及分析[J]. 重庆交通大学学报：自然科学版, 2008, S1期:913-916