淺析隧道施工中的變形監測技術

高永國

（遼寧省路橋建設集團有限公司第三分公司，遼寧 沈陽 110022）

1.前言

在隧道施工中變形監測的作用十分重要，不只是對監測工程運行過程提高重視，也要對監測施工期變形提高重視，并重視臨時監測的必要性及重要性。在施工期間，對臨時及永久建筑物的安全監測是變形監測的一個主要目的。

臨時監測主要是提出針對突發變形異常的迅速反應，補充監測施工期間的變形。因受巖土及巖石結構、開挖中放炮震動等因素產生的影響，在開挖過程中隧道通常都會發生一些變化。為提高施工安全性，為施工準確及時提供隧道變化的相關信息，利于對施工術工藝和參數的修正，提高工程質量，必須在隧道開挖過程中監測其變形情況。

拱頂監測和隧道收斂監測主要是采取一定的測量手段，對拱頂發生平面位移及其下沉情況詳細了解。不只是為隧道掘進安全提供一種監視手段，也為支護設計調整、支護時間的合理選定及對圍巖穩定性的綜合評價等方面提供重要參考，是隧道施工測量中一個十分重要的環節。

2.隧道施工期的變形監測

2.1 變形監測精度

變形觀測目的、觀測體級別及預計變形量精度對于測量等級及精度具有決定性作用。在隧道施工過程中，監測拱頂下沉的精度相對于水準工作基點應達到 1毫米，收斂監測精度相對于監測點的相對精度應達到 2毫米。為確保監測人員結構的合理性，整個監測過程中盡量不要對觀測員及主要儀器設備進行更換，每次觀測順序及路線也應保持一致。

2.2 測量儀器設備

選擇的測量儀器設備應基于達到精度要求，具有先進性、實用性及經濟性，盡量采取高效快捷的測量方法。針對隧道施工實際，可采用精密水準儀監測拱頂下沉，采用全站儀對三角高程觀測進行測距的結合方法監測拱頂下沉，采用收斂量測儀量測并觀測三維位移相結合的方法監測隧道收斂。

2.3 變形觀測周期

變形觀測周期的確定原則主要是可對變形體變形過程的觀測進行系統反應，并詳細監測變化時刻，應結合單位時間內變形量及產生影響所受的外界因素進行確定。若發現存在異常變形時，就要對觀測次數及時增加。根據有關要求與施工實際，根據業主、施工企業及監理部門的意見，在穩定區域，初次觀測應將觀測點設在放炮后距掌子面25米位置；得到基礎數據后隔天在25-50米位置再進行一次監測，每周監測一次距掌子面50米后位置，持續監測一個月，之后改為每月監測一次。明挖區域第一周監測2一3次，再持續一個月每周監測一次，之后每月監測一次。在具有較小位移量、變形較為穩定時，可適當加大觀測時間間隔，在發生較大變形值或產生異常數據時，應將觀測頻率增大，并及時報告監理工程師及業主。在實際施工中，很多監測點每周只進行一次監測。監測資料應及時送達地質部和洞挖部門，并及時根據合同要求向監理工程師報告。

3.隧道內監測

要充分利用控制點確定拱頂下沉監測點和收斂監測基準點，但因受到隧道自身條件所限，開挖隧道時都是逐漸推進工作面，并向前延伸導線。隧道實現全部貫通前，導線一般都不能閉合或附和，所以造成導線控制網布設主要利用復測支導線形式，根據規范要求實施。開挖隧道時容易破壞導線點，每周對支導線進行一次復測及延伸。可根據分布的監測點在觀測斷面附近選擇工作基點和水準基點，應定期對基準點和洞外水準進行聯測。因監測施工期變形對于相對變形更加重視，聯測成果只能用于對工作基點是否變形進行檢查的一個參考。應在巖體穩定、便于測量且不易影響交通的區域設定洞內監測工作基點和基準點，并注意將爆破影響區域避開。采用特制托架作為洞內觀測工作基點和基準點，因具有較高拱頂，棱鏡的放置在測量時不方便，監測點要提前在巖體上打入錨桿，將小鋼板焊在錨桿端部，小鋼板上貼一反光片，方便對全站儀測距。為方便采用水準儀作業和鋼尺懸掛，可提前在錨桿端部設計吊鉤，并分別布設兩種標志。為使橫縱向不同位置的位移變化得到客觀反映，應將多個監測斷面布置于隧道橫向，將一組測點分別埋設于每斷面起拱線和邊墻底面上2米和10米兩個位置，在隧道圍巖觀測其在施工過程中的位移變化。根據實際需要對每個橫斷面可確定不超過7個監測點數，安裝埋設的各種測量點應根據設計要求施工，以保證施工質量，現場測量點要采取保護措施，若發生失效或損壞等現象，要及時采取有效措施進行恢復。

4.拱項下沉監測

4.1 監測方法

可按二等水準的精度要求采用精密水準監測拱頂下沉，因水準作業在隧道內拱頂不方便，可在拱頂測點上采用特制長掛桿倒掛鋼尺。實際監測時，在基巖上布設監測基準點，每次可采用水準儀對鋼尺及后視水準尺讀數分別進行讀取，結合水準測量原理對測點絕對和相對高程進行計算。

4.2 三角高程測量法

該方法預先將若干錨桿埋設在監測隧道縱斷面上，并將反射片貼在錨桿端部形成的平面上。全站儀在監測時要象水準儀一樣在測點和工作基點間安置，只是采用反光片前視，采用水準尺或棱鏡后視。此方法根據三角高程測高原理將前后視與全站儀軸心高差測出，即可計算出測點的絕對和相對高程。

5.隨道收斂監測

5.1 相對位移觀測法

先將若干監測錨桿預先埋設在監測橫斷面上，并將反射片貼在錨桿端部形成的平面上，

再與隧道監測點斷面不小于30米位置安放全站儀，將其次內存定義的坐標系作為假定坐標系，采用坐標測量法將監測點坐標系三維坐標測出并計算相對距離值。

5.2 絕對三維位移觀測法

若將相對位移觀測法中儀器在已知點上架設或聯測已知基準點，就能監測絕對三維位移。其具有明顯優勢，絕對變化的三維坐標量的變形表現能將測點變形可以全面客觀地反映，可共用一套測量設備監測變形并進行施工測量。只是該方法法需將一個后視基準點設置在隧道內附近，并將觀測墩埋設于洞內作為固定工作點用于全站儀的放置。

[1]宋冶.自由設站法三維變形觀測精度的檢測[J]，工程勘察，2012.11

[2]渠守尚，馬勇.側量機器人在小浪底大壩外部監測中的應用[J]，測繪通報，2014.8

[3]劉紹堂.瑪儀刃斷面儀在小浪底水利樞紐工程中的應用[J]，測繪科技通訊，2013.18

[4]起志仁.大壩安全監測設計與施工技術的分析研究[J]，大壩觀測與土工測試，2012.10

[5]陳永奇，吳子安，昊中如.變形監測分析與預報[M]，北京：測繪出版社，2009