新建格库铁路新疆段S6标隧道监控量测专项技术方案修改.docx

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新建格库铁路新疆段S6标隧道监控量测专项技术方案修改

新建格库铁路格尔木至库尔勒线新疆段

隧道监控量测专

项技术方案

中铁隧道集团有限公司

新建格库铁路新疆S6标目经理部

2016年4月

目录

1.编制依据1

2.工程概况1

2.1地理位置及工程范围1

2.2工区划分2

3.工程地质及水文地质2

3.1地形地貌2

3.2地层岩性3

3.3地质构造3

3.4气象资料4

3.5地震动参数5

3.6水文地质5

3.7不良地质、特殊地质5

4.隧道监控量测内容及其技术要求5

4.1监控量测的目的和任务6

4.2监控量测的项目和方法6

4.3监控量测断面布置12

4.4监控量测频率13

4.5监测管理值14

4.6量测基准点及精度要求15

5.监测数据采集、分析反馈及对策17

5.1监测数据采集17

5.2监测数据分析反馈18

5.3工程对策20

5.4信息反馈及资料整理21

6.监控量测资源配置21

6.1组织机构21

6.2人员配置22

6.3投入仪器设备22

7.监控量测质量保证措施及安全保证措施22

7.1质量保证措施23

7.2安全保证措施23

附件1.监测人员证书24

1.编制依据

（1）新建格尔木至库尔勒铁路新疆段招标文件；

（2）新建格尔木至库尔勒铁路新疆段施工图设计；

（3）依吞布拉克一号隧道、二号隧道及阿尔金山隧道有关设计图纸、设计资料等；

（4）《新建格尔木至库尔勒铁路新疆段站前工程（S6标）施工合同文件》；

（5）《铁路隧道监控量测技术规程》（Q/CR9218-2015）；

（6）《铁路隧道监控量测标准化实施细则》（工管办函【2014】92号）；

（7）《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）；

（8）《工程测量规范》（GB50026-2007）；

（9）《国家一、二等水准测量规范》GB12897-2006；

2.工程概况

2.1地理位置及工程范围

新建格尔木至库尔勒铁路是我国西北路网骨架的重要组成部分，东衔青藏线西格段、格拉段和规划中的格成铁路，中连规划和田至若羌至罗布泊铁路，西接南疆线吐库段、库阿段和规划伊宁至库尔勒铁路，在铁路网中具有重要地位。

位于青海省西部与新疆维吾尔自治区东南部，地处青海省海西州、新疆巴音郭楞蒙古自治州。

线路东起格尔木站，沿昆仑山麓、柴达木盆地南缘西行，翻越阿尔金山山脉，顺红柳沟向西经米兰、若羌后西抵新疆维吾尔自治区库尔勒站。

新建格尔木至库尔勒铁路（新疆段）站前工程S6标，位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境内，周边地理环境复杂、敏感，工程、水文地质特殊，穿越阿尔金山国家级野生动物自然保护区。

标段起讫里程为DK508+600～DK582+265.5，全长73.694km。

工程地理位置图见图2-1。

图2-1工程地理位置图

2.2工区划分

根据本标段线路长度和结构物分布情况，拟划分3个工区进行施工组织管理。

3.工程地质及水文地质

3.1地形地貌

本标段起点至阿尔金山隧道进口段行走于柴达木盆地西南缘山前洪积漫流区，地势整体北高南低，东高西低，海拔高度在3000m～3300m之间，自然坡度为30‰～50‰，地势平坦较开阔，局部起伏，植被覆盖极少。

隧道段位于阿尔金山系中段的巴什考供垭口，横跨索尔库里盆地、阿尔金山主山脊两个次级地貌单元。

索尔库里盆地为阿尔金山内山间盆地，海拔高程2900～3400m，靠近隧道进口侧的单面坡自然坡度20‰～50‰，局部发育小型冲沟，植被稀疏。

阿尔金山主山脊为高山区，越岭段垭口最高峰高程4024m，三道主峰高度3700～3960m。

山体主峰两侧山势陡峭，自然坡度多在50‰～70‰，南坡缓北坡陡，表面无植被被覆盖。

3.2地层岩性

标段经过岩系较为复杂，出露岩类主要为沉积岩和变质岩，地层时代为：

第四系全新统、第四系更新统、下第三系；元古界蓟县系，侏罗系、构造岩地层。

标段沿线地表广泛分布的为第四系全新统风积粉细砂、洪积细砂，上更新统洪积细砂、细角砾土，侏罗系砂岩夹砾岩。

依吞布拉克1号隧道分布的地层岩性主要为侏罗系中砂岩夹砾岩，隧道进口山坡表层分布有第四系洪积细砂，隧道出口山坡及洞身山间谷地地表有第四系风积细砂。

依吞布拉克2号隧道以华力西期侵入的闪长岩为主。

阿尔金山隧道洞身经过岩系较为复杂，出露岩类主要为沉积岩和变质岩，沉积岩主要为泥岩、砾岩、白云岩及灰岩；变质岩系在阿尔金山地区十分发育，隧道洞身出露变质岩，包括动力构造变质与接触变质作用成因的变质岩，岩性主要为板岩、片岩、千枚岩及石英等，隧道洞身经过处还发育有断层角砾、断层泥、压碎岩等。

3.3地质构造

本区构造为塔里木-华北板块构造单元，新疆地域辽阔，跨西伯利亚板块、哈萨克斯坦-准噶尔板块、塔里木-华北板块、华南板块，长期多旋回的构造演化，现今表现为盆山耦合的构造格局，致使区域地质构造复杂。

依吞布拉克1号、2号隧道位于阿尔金山构造隆起带的阿卡腾能哑口区，区内隆起，两侧下陷，形成小垭口；阿尔金山隧道位于新疆与青海的界山-阿尔金山的巴什考贡垭口，同时根据相关地质资料分析、判定，隧道共有12条断层通过，断带物质以压碎岩为主，隧道洞身与断层呈大角度相交。

共有1处褶皱，轴线近东西向分布，轴面直立，两翼起伏，有次级褶皱曲。

依吞布拉克1号隧道围岩级别情况表见表3-1，依吞布拉克2号隧道围岩级别情况表见表3-2，阿尔金山隧道围岩级别情况表见表3-3，辅助坑道设计围岩级别见表3-4。

表3-1依吞布拉克1号隧道设计围岩级别表

序号

围岩分级

长度（延长米）

比例

1

Ⅲ

225

16.38%

2

Ⅳ

165

12.01%

3

Ⅴ

983.96

71.61%

表3-2依吞布拉克2号隧道设计围岩级别表

序号

围岩分级

长度（延长米）

比例

1

Ⅱ

515

64.94%

2

Ⅲ

160

20.18%

3

Ⅳ

85

10.72%

4

Ⅴ

33

4.16%

表3-3阿尔金山隧道设计围岩级别表

序号

围岩分级

长度（延长米）

比例

1

Ⅱ

3740

28.34%

2

Ⅲ

3945

29.90%

3

Ⅳ

3465

26.26%

4

Ⅴ

2045

15.50%

表3-4阿尔金山隧道各辅助坑道设计围岩级别表

序号

名称

平面长度（m）

中心里程

围岩级别

起讫里程

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

1

1号斜井

478

DK570+600

/

235

155

88

斜00+00～斜04+78

2

2号斜井

1872

DK574+500

435

670

370

397

斜00+00～斜18+72

3

平导

4133

DK577+930DK580+030

585

1490

1580

478

PDK577+960～PDK582+093

3.4气象资料

本标段区域属于青藏高原寒带气候区，其气候特点主要为：

干旱少雨，四季温差大，冬季漫长酷寒，夏季短暂，多风、干燥，未见明显的地表水。

海拔高度对气温的影响已超过纬度位置作用，春冬季节山区常有降雪。

采用茫崖地区数据：

最冷月平均气温为-25.1℃；最热月平均气温为17.5℃。

年降水量分布不均，大量降水集中于夏季的7月。

9月中旬至次年的5月底为积雪期，冰雪期长达9个月，年平均风速在3m/s左右，月平均最大风速5m/s，强风多为西北风。

最大冻结深度为2.5m。

3.5地震动参数

依据新疆地震局《新建铁路格尔木至库尔勒线（新疆段）工程场地地震安全性评价报告》，阿尔金山隧道所属区地震动峰值加速度为0.15g，地震反应谱特征周期隧道DK568+910～DK570+400为0.45s，DK570+400～DK582+105为0.35s，相当于地震烈度七度。

根据国家质量技术监督局1：

400万《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）及本线路地震安全性评价报告，依吞布拉克1、2号隧道所属区地震动峰值加速度均为0.2g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相当于地震基本烈度八度。

3.6水文地质

该区属于青藏高原寒带气候区，其气候特点主要为干旱少雨，未见明显的地表水。

受地形地貌、地层岩性、地质构造、降水量等多种因素控制和影响，隧道区山体岩层经历多次构造运动，褶皱、断裂、节理裂隙等为地下水储存、运移提供了空间和通道。

隧址区地下水主要类型以第四系松散层孔隙潜水、基岩裂隙水及岩溶裂隙水为主。

3.7不良地质、特殊地质

3.7.1不良地质

隧道主要不良地质为岩溶和风积粉细砂。

阿尔金山隧道通过的白云岩段落，地表普遍存在轻微的古溶蚀现象，多为溶蚀坑、槽，局部有小型溶洞，直径1m，规模相对较小，基本无充填。

依吞布拉克一号隧道范围内不良地质为风积粉细砂，主要分布在隧道洞身浅埋段沟谷地表及隧道出口山坡表层，厚度约0.5～1m，主导风向N80°E。

3.7.2特殊岩土

隧道特殊沿岩土为膨胀岩，路基特殊岩土为盐渍土

阿尔金山隧道进口段穿越上第三系泥岩夹砂岩地层，泥岩自由膨胀率Fs=38-58%，蒙脱石含量M=6.0-9.9%，具有弱膨胀性。

路基工点范围内广泛分布盐渍土，主要为亚硫酸盐，强度等级为中等，地下水不发育，段内路堑边坡和路堤工程应加强防护，路基、桥涵、站场房建等工程应加强防排水。

4.隧道监控量测内容及其技术要求

本标段隧道较长，围岩地质条件较差，防坍塌施工控制是重点，为确保施工过程的安全，将可能发生的事故防范于未然，切实做好施工过程监控量测工作是必不可少的。

4.1监控量测的目的和任务

4.1.1监控量测目的

为确保隧道施工安全，通过对围岩变化情况及支护结构的工作状态的量测，掌握施工中围岩稳定程度和支护结构受力、变形的力学动态和信息，预见事故和险情，作为调整和修改支护设计的依据以便确定施工方案、施工工序，从而指导施工队伍安全高效施工。

通过监控量测可以达到以下目的：

（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合理性，为调整支护参数和施工方法提供依据；

（3）确定二次衬砌施作时间；

（4）为进行动态设计提供参考；

（5）积累量测数据，为施工提供依据。

4.1.2监控量测的任务

（1）制定合理可行的监控量测方案，为隧道安全、施工优化提供依据。

（2）负责对开挖后的围岩评价，并将量测结果及时通报。

（3）掌握围岩的变化情况，及时发现和确定，并及时反馈设计施工。

（4）对支护结构型式、支护参数和二次衬砌实践提出建议，并书面通知业主与监理。

（5）对支护结构的合理性、安全性做出评价，出现异常情况，提出处理意见。

（6）每月提交监控量测报告；每季度末提交下季度工作计划；完成后，提交系统完整的监控量测报告及原始资料。

4.2监控量测的项目和方法

监测项目以变形监测为主，结合变形监测结果综合判断结构的稳定性及可靠性，检验和修正采用的设计与施工方法。

根据本工程特点，主要监测项目见表4-1。

表4-1监测项目表

序号

监控量测项目

常用量测仪器

备注

1

洞内、外观察

现场观察、数码相机、罗盘仪

本标段隧道

（正洞和辅助导坑）

2

拱顶下沉

全站仪+反光膜片

3

收敛变形

全站仪+反光膜片

4

地表及建构筑物沉降

全站仪或水准仪

隧道浅埋段

根据工法及围岩级别，依吞布拉克1号隧道设置拱顶沉降和水平收敛断面221个；依吞布拉克2号道设置拱顶沉降和水平收敛断面28个；阿尔金山隧道1号斜井设置拱顶沉降和水平收敛断面42个，阿尔金山隧道2号斜井设置拱顶沉降和水平收敛断面149个，阿尔金山隧道平导设置拱顶沉降和水平收敛断面320个，阿尔金山隧道正洞设置拱顶沉降和水平收敛断面969个。

地表沉降测点根据现场实际情况进行埋设。

4.2.1洞内、外观察

监测内容和方法：

洞内已施工地段观察：

喷射混凝土、钢拱架或格栅钢架变形等工作状态。

主要观察内容如下：

（1）初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况的描述和记录，要特别注意喷混凝土是否开裂和剥落。

（2）钢拱架或格栅钢架有无扭曲变形、整体下沉等现象；

（3）拱架或围岩有无异响。

洞外观察：

重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等，同时还应对地面建（构）筑物进行观察。

4.2.2拱顶下沉和水平收敛监测

（1）监测目的：

1）通过拱顶位移量测，了解断面的变化状态，判断隧道拱顶的稳定性；

2）根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机；

3）判断初期支护设计与施工方法的合理性，用以指导设计和施工；

监测仪器：

全站仪

（2）测点布设原则：

1）测点布设应按施工方法区分，二台阶、三台阶和全断面法按图4-1、4-2、4-3所示进行布置，其他特殊地段施工方法的测点布设根据现场实际情况进行布置。

测点布设断面根据不同围岩级别分别设置，Ⅱ级围岩每50m设置一组断面，Ⅲ级围岩每30m设置一组断面，Ⅳ级围岩每10m设置一组断面，Ⅴ级围岩每5m设置一组断面。

详见表4-2。

2）拱顶下沉和水平收敛测点应布置在同一断面上。

3）初支应与围岩密贴，测点埋设在钢架、格栅等初期支护上或锚固在岩壁上。

4）根据《铁路隧道监控量测技术规程》（Q/CR9218-2015）第4.1.4节，监控量测工作随施工工序及时进行，测点应及时埋设，支护后2h内读取初始数据。

5）拱顶下沉测点应埋设在拱顶轴线附近，周期性复核后视点，保证其数据可靠性。

图4-1二台阶法测点布置示意图图4-2三台阶法开挖隧道位移监测布置图

图4-3全断面法测点布置示意图

（3）测试方法：

1）测点埋设：

测点由基座和反射膜片组成，基座由5cm*5cm钢板及φ16mm的钢筋焊接而成，待掌子面开挖完毕后，将基座固定在初支上或锚固在岩壁上，然后把反射膜片粘贴到基座上面。

2）标示要求：

测点布设以后，在测点位置用红色油漆做醒目标识，每个断面单侧布设1个标示牌，及时记录展示测点编号、里程、埋设时间、初测时间等相关信息，监测点上严禁悬挂物品。

3）保护要求：

测点及时进行布设，并做好保护，防止破坏；现场监测与施工必须紧密配合，施工现场应提供监测工作时间和机械设备配合，保证监测工作的正常进行，监测测点的埋设计划应列入工程施工进度控制计划中。

4）破坏与松动处理要求：

如果测点被破坏，应在被破坏测点附近补埋，重新进行数据采集；如果测点出现松动，则应及时加固，重新读取初读数。

（4）数据采集：

拱顶下沉测点在数据采集时，数值采用绝对高程，周边收敛则采用自由设站的方式进行测量，在能看到测点的地方自由架设全站仪，对中整平，量测收敛水平线两端点的相对坐标（Xa、Ya、Za）和（Xb、Yb、Zb）。

（5）数据计算：

沉降计算：

测点前后两次绝对高程之差就是本次沉降值，本次绝对高程与初始绝对高程之差即为累计沉降值。

收敛计算：

采用测点的三维坐标，通过两点间计算公式计算出收敛侧线的长度，前后两次收敛侧线长度之差就是本次收敛变形，本次收敛侧线长度与初始收敛侧线长度之差即为累计收敛变形，即：

——本次收敛变形；

——第i次侧线长度；

——第i-1次侧线长度；

、

、

——分别为收敛侧线A测点的三维坐标；

、

、

——分别为收敛侧线B测点的三维坐标；

采用全站仪测量时，测点应采用膜片式回复反射器作为测点靶标，靶标贴附在预埋件上。

主要方法：

测量人员使用手机量测客户端，利用蓝牙传输功能从全站仪接收监测数据，并将数据保存在客户端，在有网络的情况下将数据上传至服务器，由服务器自动计算出隧道围岩变形情况。

（6）数据处理：

1）首先绘制时间～位移曲线图和距离～位移曲线图。

如图4-4所示。

图4-4时间～位移曲线图和距离～位移曲线图

2）其次，当位移～时间曲线趋于平缓时，可选取合适的函数形式进行回归分析。

3）图中所示正常曲线，是位移的变化随时间和距掌子面距离向前推进而渐趋稳定，说明围岩处于稳定状态，支护系统是有效、可靠的；图中所示的反常曲线，图中已出现了反弯点，说明位移出现反常的急骤增长现象，表明围岩和支护已呈不稳定状态，应立即采取相应的工程技术措施。

4.2.3洞口段及浅埋段地面沉降监测

（1）监测目的：

①判断开挖时对地面沉降的影响及其影响范围；②根据监测结果决定对该区段设计、施工方法的调整和变更；③保证施工安全，优化支护参数。

监测内容：

测试洞口段及浅埋段隧道开挖时对地面沉降的影响及其影响范围。

测试仪器：

全站仪。

（2）测点布设原则：

1）地表监测点应在隧道开挖前完成布设，垂直隧道轴线，在洞口段、明暗洞交界处、软弱围岩特殊段及冲沟浅埋段设置监测断面，隧道范围内从隧道中轴线位置左右间隔2～5m对称布设沉降观测点（视现场情况定），在隧道中线附近测点适当加密，其测点布置断面如图4-5、表4-4所示。

2）隧道中线两侧监测范围不应小于H0+B。

当对地表沉降有特殊要求时，监测间距应适当加密，范围应适当加宽。

3）将基准点设置在隧道施工影响范围以外的稳定处，并设置复核性测点，确保数据稳定可靠。

图4-5地表沉降横向测点布置示意图

（3）测试方法：

1）测点埋设：

测点由基座和反射膜片组成，基座由钢板及钢筋焊接而成；测点埋设时首先在地表钻孔，然后埋入沉降测点，外露5-10cm，四周用混凝土填实，然后把反射膜片粘贴到基座上面。

2）数据采集：

测点埋设完毕后，采用全站仪自由设站的方式进行测量，测量人员使用手机量测客户端，利用蓝牙传输功能从全站仪接收监测数据，并将数据保存在客户端，在有网络的情况下将数据上传至服务器，由服务器自动计算出地表沉降情况。

3）数据分析与处理：

将每次测到的沉降数据进行计算、整理和收集，并根据施工的具体情况，分阶段绘出沉降曲线。

4.3监控量测断面布置

4.3.1拱顶下沉和水平收敛断面布置

拱顶下沉和水平收敛断面布置见表4-2，对于大变形段，加强监测。

表4-2拱顶下沉和水平收敛监测断面间距

围岩级别

断面间距（m）

Ⅴ

5

Ⅳ

10

Ⅲ

30

Ⅱ

50

围岩收敛变形量测侧线数，可参考表4-3所示。

表4-3净空收敛量测测线数

地段

开挖方法

一般地段

特殊地段

全断面

一条水平测线

台阶法

每台阶一条水平测线

每台阶一条水平测线，二条斜线

分部开挖法法

每分部一条水平测线

CD或CRD法上部、双侧壁导坑法左右侧部，每分部一条水平测线、二条斜线、其余分部一条测线

4.3.2地表沉降量测断面布置

浅埋段地面沉降测点应在隧道开挖前布设。

地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。

一般条件下。

地表沉降测点纵向间距应按表4-4的要求布置。

表4-4地表沉降测点纵向间距

隧道埋深与开挖宽度

断面间距（m）

2B＜H0≤2（H+B）

30

B＜H0≤2B

15

H0≤B

10

备注：

1）H0为隧道埋深，H为隧道开挖高度，B为隧道开挖宽度；

2）地表沉降测点应在隧道开挖前布设；

3）地表沉降断面与洞内监测断面应尽量布置在同一断面。

4.4监控量测频率

（1）洞内、外观察

每施工循环记录一次，必要时加大观察频率。

（2）拱顶下沉和水平收敛监测

围岩收敛变形量测、拱顶下沉量测采用相同的量测频率。

量测频率见表4-5和4-6，实际量测频率原则上应根据变形速度和距开挖面距离选择较高的一个量测频率。

表4-5按位移速度确定的监控量测频率

变形速度（mm/d）

量测频率

≧5

2次/d

1～5

1次/d

0.5～1

1次/2～3d

0.2～0.5

1次/3d

＜0.2

1次/7d

注：

出现异常情况时，根据现场管理要求，加大监测频率。

表4-6按距开挖面距离确定的监控量测频率

量测断面距开挖工作面距离

量测频率

（0～1）B

2次/d

（1～2）B

1次/d

（2～5）B

1次/2～3d

＞5B

1次/7d

说明：

B为隧道开挖宽度

（3）地表沉降监测

1）一般为1次/天。

2）出现异常情况时，应加大监测频率。

3）在二次衬砌施工通过监测断面H0+B距离后（H0为该断面隧道埋深，B为该断面隧道开挖宽度），且地表沉降变形时态曲线已经收敛，可停止该断面监测。

4.5监测管理值

位移控制基准根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移按表4-7要求确定。

表4-7位移控制基准表

类别

距开挖断面1B（U1B）

距开挖断面2B（U2B）

距开挖断面较远

允许值

65%U0

90%U0

100%U0

表中：

B——隧道开挖宽度、U0——实测位移值

根据位移控制基准，位移管理按表4-8分为三个等级。

表4-8位移管理等级表

管理等级

距开挖面1B

距开挖面2B

Ⅲ

U0＜U1B/3

U0＜U2B/3

Ⅱ

U1B/3≤U0≤2U1B/3

U2B/3≤U0≤2U2B/3

Ⅰ

U0＞2U1B/3

U0＞2U2B/3

表中：

B——隧道开挖宽度、U0——实测位移值、U1B、U2B——位移控制基准值。

2）隧道初期支护极限相对位移可参考表4-9、4-10选用。

表4-9隧道初期支护极限相对位移（7米＜B≤12米）

围岩级别

隧道埋深h（m）

h≤50

50

300

拱脚水平相对净空变化（%）

Ⅱ

-

0.01～0.03

0.01～0.08

Ⅲ

0.03～0.10

0.08～0.40

0.30～0.60

Ⅳ

0.10～0.30

0.20～0.80

0.70～1.20

Ⅴ

0.20～0.50

0.40～2.00

1.80～3.00

拱顶相对下沉（%）

Ⅱ

-

0.03～0.06

0.05～0.12

Ⅲ

0.03～0.06

0.04～0.15

0.12～0.30

Ⅳ

0.06～0.10

0.08～0.40

0.30～0.80

Ⅴ

0.08～0.16

0.14～1.10

0.80～1.40

表4-10隧道初期支护极限相对位移（跨度B≤7米）

围岩级别

隧道埋深h（m）

h≤50

50

300

拱脚水平相对净空变化（%）

Ⅱ

-

0.20～0.60

Ⅲ

0.1～0.5

0.4～0.7

0.60～1.50

Ⅳ

0.20～0.70

0.5～2.6

2.40～3.50

Ⅴ

0.30～1.00

0.80～3.50

3.00～5.00

拱顶相对下沉（%）

Ⅱ

-

0.01～0.05

0.04～0.08

Ⅲ

0.01～0.04

0.03～0.11

0.10～0.25

Ⅳ

0.03～0.07

0.06～0.15

0.10～0.60

Ⅴ

0.06～0.12

0.10～0.60

0.50～1.20

注：

1）表中适用于复合式衬砌的初期支护，硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较大值，表列数值可在施工中通过实测资料积累作适当修改。

2）拱脚水平相对净空变化指两拱脚测点间净空水平变化值与其距离之比