隧道监控量测内容及技术分析

隧道监控量测内容及技术分析

李鹏，褚博，杨富杰

（中国葛洲坝集团第一工程有限公司，宜昌，443002）

摘 要：基于隧道监控量测的目标与内容，结合隧道工程的独特特点，对隧道监控量测相关工作内容及方法进行详尽阐述。通过对本工程必要监控项目的精确测量，总结出完善的隧道监控量测工作流程。通过深入分析具体监测内容，并采用多种有效监测方法和预警机制等一系列举措，可以获得有关监测成果反馈，为保证隧道施工安全提供了可靠保障。

关键词：监控量测；隧道施工；监测预警；位移

Tunnel Monitoring Measurement Content And Technical Analysis

LI Peng, CHU Bo, YANG Fujie

（China Gezhouba Group First Engineering Co., LTD, Yichang, Hubei, 443002）

Abstract: Based on the objective and content of tunnel monitoring and measurement, combined with the unique characteristics of tunnel engineering, the relevant work contents and methods of tunnel monitoring and measurement are described in detail. Through the accurate measurement of the necessary monitoring items of this project, the perfect working flow of tunnel monitoring and measurement is summarized. Through in-depth analysis of the specific monitoring content and adopting a series of measures such as a variety of effective monitoring methods and early warning mechanisms, the feedback of the monitoring results can be obtained, which provides a reliable guarantee for ensuring the safety of tunnel construction.

Key words: monitoring and measurement; Tunnel construction; Monitoring and early warning; displacement

1隧道监控量测目标及内容

为了保证隧道的安全和顺利施工，掌握围岩和支护的动态信息；使其既安全，又经济合理，应委托有资质的单位负责实施，并编写隧道监控量测实施方案。

1.1监控量测主要目标

监控量测的主要目标如下：

（1）及时掌握围岩变形动态与变化规律，验证支护结构效果，确定二次衬砌施作时机，为施工和设计变更提供依据。

（2）对可能出现的大变形、塌方等灾害提出预警，以便及时采取措施，防范于未然。

（3）揭示隧道围岩压力变化规律，了解地应力变化、支护结构的受力状态，评价隧道与周围环境的相互影响。

（4）检验和评价隧道稳定性，为控制隧道施工质量与运营安全提供依据[1]。

1.2监控量测的主要工作内容

监控量测的主要工作内容如以下四点：

（1）对每座隧道地质及支护状态进行观测，开挖爆破后进行岩性、结构面产状、节理裂隙、断层和地下水状况的描绘和记录。

（2）对支护结构是否开裂脱皮掉块等进行观测并做好记录。

（3）对洞口地表或洞身浅埋段变形进行观测。

（4）对隧道拱顶下沉及净空收敛进行量测。

第一作者：李鹏（1996-）男，助理工程师。

通讯作者：李鹏（1996-）男，助理工程师。

2监控量测的工作方法及内容

监控量测分为必测项目和选测项目[2]，必测项目具体包含地质和支护状态观察、地表下沉量测、水平收敛量测、拱顶下沉量测[3]；选测项目具体包含仰拱隆起、围岩内部位移量测、锚杆内力量测、钢支撑内力量测、喷混凝土应力量测、二次衬砌压应力量测等，本方案主要对必测项目进行介绍。监控量测工作流程见下图1。

图1监控量测工作流程图

根据相关规范、规程要求，结合本项目隧道地质特征，监控量测项目布置方式及量测间隔时间见下表1。此外，当出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。

表1 监控量测项目一览

注b-隧道开挖宽度；h-隧道开挖深度

2.1洞内外观察

洞内外观察的要点

（1）洞内外观察分开挖工作面观察和已施工区段观察两部分，开挖工作面观察在每次开挖后进行一次，内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、涌水情况及底板是否隆起等，当地质情况基本无变化时，可每天进行一次，观察后绘制开挖工作面地质素描图并填写工作面状态表及围岩类别判定卡。

（2）在观察过程中如发现地质条件恶化，初期支护发生异常现象，立即通知施工负责人采取应急措施，并派专人进行不间断观察。

（3）对已施工区段的观察每天至少一次，观察的内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况，以及施工质量是否符合规定的要求。

（4）洞外观察包括洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰拱的稳定、地表水渗透的观察。

2.2周边位移、拱顶下沉量测

周边位移及拱顶下沉量测应在同一断面进行，并采用相同的量测频率，。量测频率除符合上表1要求外，还应符合表2、3的相关要求[4-5]。

表2 周边位移和拱顶下沉的量测频率（按位移速率）

表3 周边位移和拱顶下沉的量测频率（按开挖面距离）

注：1.b为隧道开挖宽度。

2.变形速率突然变大，喷射混凝土表面、地表有裂缝出现并持续发展时应加大量测频率。

3.上下台阶开挖工序转换或拆除临时支撑时应加大量测频率。

移及拱顶下沉量测示意图2、3。

图2 上下台阶施工法检测点布设图

图3 全断面施工法检测点布设图

2.3 地表下沉

地表下沉测点横向间距宜为2～5m。地表下沉量测应在开挖工作面距离测点不小于隧道埋深与隧道开挖高度之和处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本稳定时为止[6]。地表下沉量测频率应根据量测区间段的位置确定：当开挖面距量测断面前后距离d≤2.5b时，每天1～2次；2.5b＜d≤5b时，每两天量测一次；当d＞5b时，每周量测一次；当有工序转换或出现异常情况时，应适当增大量测频率。量测范围应大于隧道开挖影响范围。应及时计算当次地表下沉变形值和变形速率，绘制地表下沉量与时间关系曲线，及地表横向下沉量与时间关系曲线，回归分析量测结果，预测该测点可能出现的最大地表下沉变形值，评估围岩稳定性。

地表下沉量测的隧道纵向间距要求见表4，b取值13m。

表4 地表下沉量测的隧道纵向间距

注：b为开挖宽度，h为隧道埋深。

在隧道中线附近测点宜适当加密，地表下沉测点布置见图4。

图4地表下沉测点布置图

2.4拱脚下沉

因本隧道无富水软弱破碎围岩、流沙、软岩大变形、含水黄土、膨胀岩土等不良地质和特殊性岩土段，暂不需要进行拱脚下沉监控量测。

2.5监测点放弃判据

当隧道围岩趋于稳定后，监测点可停止监测。

围岩收敛速率小于0.1～0.2mm/d，拱顶沉降速率小于0.2mm/d时，并持续时间达到1个月以上（二次衬砌跟上除外），说明围岩已基本稳定，该监测点可放弃监测。

对于浅埋、软岩、高地应力隧道，位移长期（开挖后两个月以上）不能稳定，量测要持续到每日为1mm为止（二次衬砌已施作段除外）。

3 量测具体内容

3.1 量测工具及测点设置

量测工具及测点设置内容如下：

（1）拱顶下沉采用水平仪、测微器和挂钩尺等进行量测，周边收敛采用收敛计进行量测，其测点的安设能保证在开挖后12小时（最迟不超过24小时）内和下一循环开挖前测到初次读数，并安设在距开挖面2m范围内。

（2）地表下沉采用水平仪、测微器进行量测，其测点按普通水准点埋设，并在预计破裂面以外30m左右设基准点。

3.2监测方法

为确保量测精度和加快量测速度，拟在隧道拱顶下沉和水平收敛量测中采用目前比较先进的无接触围岩量测技术。它具有快速、准确、灵活方便等优点。

量测原理：无接触法围岩稳定性量测系统分为数据采集和数据处理两部分。数据采集由全自动测量仪器及软件控制仪器自动完成量测全过程，数据采集完成后直接导入计算机利用数据处理软件对数据进行平差、成图、回归分析、曲线拟合等处理，最终得到围岩收敛的准确报告，以图形和表格形式打印出来，并向联网监控量测网络平台发送报告。

量测方法：测量人员按量测频率要求对隧道断面上布设的观测点进行全自动多测回全圆观测，得到这些点的收敛信息。

3.3 监测预警与成果反馈

（1）监控量测Ⅲ级预警制度

根据已有监测工作的经验，结合本项目隧道岩性特征，隧道极限位移见下5所示。

表5极限位移表

本项目监测预警体系以极限位移表5为依据，在监测数据真实、完整、可靠的基础上，建立监测信息处理、反馈及

Ⅲ级报警制度，详见图5。

图5 监测预警流程图

当施工中出现下列情况之一时，应采取Ⅰ级管理：①初支结构或二次衬砌有较大开裂；②洞口地表出现开裂和坍塌；③洞内围岩压力有明显异常现象；④时态曲线长时间没有变缓的趋势等。

当施工中出现下列情况之一时，应采取Ⅱ级管理：①渗水压力或水流量突然增大；②水体颜色或悬浊物发生变化，实行Ⅱ级管理。

（2）成果资料提交

监控量测成果资料分为阶段性成果报告和总结性成果报告，按照要求完成工作内容后，对成果进行分析处理，及时得出结论，提交成果资料。报告内容应包括工程概况、地质条件、监控量测目的、监测断面测点布置情况、采用的仪器型号及精度、监测资料的分析处理、监测值全时程变化曲线、监测结果评述、重大地质问题及施工问题的处理方法与效果等。

4结语

监控量测资料能够真实反映施工的实际情况，也是竣工文件中不可或缺的重要组成部分。隧道工程主要涉及地下建筑，其施工方式与其他建筑有所不同，因此，监控量测工作对于隧道施工而言是必不可少的关键前提。监控量测工作是确保隧道安全施工的必备条件，在整个隧道施工过程中贯穿始终，并延伸至隧道运营阶段。因此，监控量测工作在保证隧道施工安全、合理和经济方面起到了至关重要的作用。

参考文献

[1]姜德义,李文明,邱华富. 监控量测技术在枫香桠隧道中的应用研究[J]. 山西建筑,2010,36(10):294-295.

[2]胡鹏举. 隧道监控量测[J]. 四川建材,2018,44(2):180-181.

[3]罗朝勇.高速公路隧道监控量测与实施[J]. 黑龙江交通科技,2021,44(5):129-130.

[4]胡晓夏. 隧道监控量测技术研究[J]. 交通世界（下旬刊）,2020(11):58-59,65.

[5]裴巧玲. 大断面隧道监控量测与稳定性分析[J]. 山东农业大学学报（自然科学版）,2018,49(4):706-709.

[6]黄君文. 桑植隧道监测方案研究[J]. 石家庄铁路职业技术学院学报,2019,18(3):21-25.