隧道监控量测的应用与探讨

隧道监控量测的应用与探讨

袁文东

摘 要：由于隧道工程的特殊性、复杂性和隧道围岩的不确定性，对隧道围岩及支护结构等结构进行监控量测是保证隧道工程质量、安全的必不可少的手段。本文结合工程实例，进行分析，以供参考。

关 键 词 ：隧道工程 特殊性 监控量测

1、概况

穗莞深城际轨道项目工程施工总承包SZH-2标段位于东莞市厚街镇和虎门镇，设计起点里程为DK40+370，终点里程为DK50+485，本工程为两站三区间线路形式，总长10.2km。本次监测对象为厚-虎区间暗挖区间隧道及虎-虎区间矿山法暗挖区间隧道。

新奥法作为一种全新的隧道施工概念，其基本原理是运用各种手段 (开挖法——弱爆破，支护形式——早封闭，监控量测——勤量测)抑制围岩变形，最大限度地发挥围岩自身的承载能力．使隧道施工更安全、更经济。而隧道经济性与安全性就是通过现场监控量测所获得的围岩、支护系统的应变和应力信息及时反馈并应用于隧道设计和施工中来实现的。随着新奥法(NATM)在隧道施工中的广泛运用，现场监控量测作为新奥法的灵魂也越来越得到了广泛的重视。因此，快速、准确地进行现场监控量测和信息反馈是应用新奥法施工的关键。隧道监控的作用有以下几点：⑴通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，判断围岩的 稳定性、支护、衬砌的可靠性；⑵用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足，并把监测结果反馈设计，指导施工，为修改施工方法，调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据；⑶通过监控量测对施工中可能出现的事故和险情进行预报，以便及时采取措施，防患于未然；⑷通过监控量测，判断初期支护稳定性，确定二次衬砌合理的施作时间；⑸通过监控量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点，为今后类似工程或该施工方法本身的发展提供借鉴，依据和指导作用。

2、监控量测必测项目包括：1、洞、内外观察；2、拱顶下沉；3、净空变化；4、地表沉降。常用测量仪器有收敛计、精密水准仪、铟钢尺或全站仪等。

3、监控量测频率

必测项目的监控量测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度确定，原则上采决用定较的高的率测值频。出现异常情况或的不距良离地决质定时的，应增大测监频确控率。

按距开挖面距离确定的监控量测频率

监控量测断面距开挖面距离（m） 测量频率

(0一1)B 2次/d

(1一2)B 1次/d

(2一5)B 1次/2一3d

>5B 1次/7d

按位移速度确定的监控量测频率

位移速度（mm/d） 测量频率

≥5 2次/d

1—5 1次/d

0.5—1 1次/2一3d

0.2—0.5 1次/3d

<0.2 1次/7d

4、必测项目的监控量测方法

隧道拱顶下沉和净空变化的测点布置间距：Ⅲ围岩15m，Ⅳ级围岩10m，Ⅴ、Ⅵ级围岩5m。一般地段的净空收敛量测测线数：全断面法一条水平测线；台阶法每台阶一条水平测线；分部开挖法每部分一条水平测线的要求设置。特殊地段测线数：台阶法每台阶一条水平测线，两条斜线；分部开挖法台阶上1.0m,台阶下0.5m各一条水平测线，两条斜测线，其余部分一条水平测线的要求设置。

净空变化量测方法：利用YT-SLJ-1型隧道收敛计量测，采用一根在重锤作用下被拉紧的普通钢尺作为传递位移的媒介，通过百分表测读隧道周边某两点相对位置的变化，仪器测量范围0.5m～10m，测量精度±0.1mm（分辨率0.01mm）。

拱顶下沉量测方法：在隧道拱顶设置测点，安设隧道拱部变位观测计，将铟钢尺或收敛计挂在作为隧道拱部变位观测计上作为标尺，后视点可设在稳定的部位，用水准仪观测。

横断面方向地表下沉量测的测点间隔为2～5m，在一个量测断面内设7～11个测点 。地表下沉量测在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度＋隧道高度）处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止为止。地表下沉的量测频率和拱顶下沉及水平相对净空变化的量测频率相同。

5、监控量测控制基准及位移管理等级

位移控制基准

类别 距开挖面1B (U1B) 距开挖面2B ( U2B ) 距开挖面较远

允许值 65% Uo 90% Uo 100% Uo

注:B为隧道开挖宽度，U。为极限相对位移值。U。值的计算参照《铁路隧道监控量测技术规程》（JB10121—2007）表4.5.2-1（2）。

变形管理等级表

管理等级 距开挖面1B 距开挖面2B 应对措施

Ⅲ U＜U1B/3 U＜U2B/3 正常施工

Ⅱ U1B/3≤U≤U1B2/3 U2B/3≤U≤U2B2/3 综合评价设计施工措施，加强监测，必要时采取相应工程措施

Ⅰ U＞U1B2/3 U＞U2B2/3 暂停施工，采取相应工程措施，如补强支护等

注：U-实测位移值

6、监测资料整理、数据分析及反馈

现场量测所取得的原始数据，不可避免的会具有一定的离散性，其中包含着测量误差。因此，应对所测数据进行一定的数学处理。数学处理的目的是：将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确定量测数据的可靠性；探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化的规律，判定围岩和初期支护系统稳定状态。 在取得监测数据后，及时由专业监测人员整理分析监测数据。结合围岩、支护受力及变形情况，进行分析判断，将实测值与允许值进行比较，及时绘制各种变形或应力～时间关系曲线，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况，并将结果反馈给设计、监理，从而实现动态设计、动态施工。

目前，回归分析是量测数据数学处理的主要方法，通过对量测数据回归分析（回归方程式主要有对数函数、指数函数）预测最终位移值和各阶段的位移速率。此处理皆可用计算机系统处理，得回归方程式及位移u-时间t 的关系曲线图1。此处暂不细述。



图1位移u-时间t 的关系曲线图

根据位移时态曲线进行施工管理，每次量测后应及时整理数据，绘制时态曲线。a.当位移速率很快变小，时态曲线很快平缓，表明围岩稳定性好，可适当减弱支护。b.当位移速率逐渐变小，即d2u/dt2＜0，时态曲线趋于平缓，表明围岩变形趋于稳定，可正常施工。c.当位移速率不变，即d2u/dt2=0，时态曲线直线上升，表明围岩变形急剧增长，无稳定趋势，应及时加强支护，必要时暂停掘进。d.当位移速率逐步增大，即d2u/dt2＞0，时态曲线出现反弯点，表明围岩已处于不稳定状态，应停止掘进，及时采取加固措施。

7、总结

对隧道监控量测及数据的整理分析及应用应该做好一下几点： 1、监控量测内容的选择，量测断面位置选择和量测测点的布置； 2、监控量测数据的采集和施工状态变化情况紧密结合，分析数据变化和施工状态的关系； 3、量测数据的应用，量测数据变化的准确分析和判断，量测的及时反馈，指导设计、施工和修改支护参数。 通过监控量测保证隧道安全，预防隧道塌方。

参 考 文 献

[1]《铁路隧道监控量测技术规程》（JB10121—2007）；

[2]《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086—2001）；

作者简介：袁文东 （1976-），男，广东水电二局股份有限公司，主要从事水利水电工程施工与管理工作。