隧道監控量測方法及作用

【摘 要】隧道現場監控量測不僅監測施工階段圍巖和施工動態、確保施工安全，而且是調整初期支護設計參數、確定二次初襯和仰拱的施作時間的依據。監測項目：洞內外觀察、凈空變化、拱頂下沉、地表沉降及圍巖內部變化。量測斷面間距應根據圍巖級別、隧道斷面尺寸及埋置深度確定。本文以某隧道為例來說明隧道監控量測的方法及作用。

【關鍵詞】隧道 監控量測 數據處理

【中圖分類號】U456 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）04-0188-02

隨著我國改革開放的不斷深化，國民經濟蓬勃發展，在山區鐵路建設中突破了過去傳統的思想，不采取繞行，不破壞沿線生態環境，不增長鐵路里程，用設置隧道的方式避免因采取高邊坡路基帶來的滑坡、塌方、滾石、泥石流等自然災害，確保了行車的安全可靠，亦縮短了行車時間，同時又適應了建設與自然的和諧發展。為了適應鐵路隧道大規模建設發展的需要，提高鐵路隧道設計、施工水平，確保安全運營，給今后隧道工程的建設積累經驗，在某隧道施工期進行了監控量測。

一 某隧道地理概況

某隧道為雙線鐵路隧道，總長358米，隧洞路面寬度12.2米，縱坡5.8‰。該隧道穿越丘陵地貌和臺地地貌，地表植被茂盛，大部分地表有堅巖露出，地形起伏大。所處區域地殼基本穩定，地質活動相對微弱。隧道內圍巖分Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三個級別，Ⅲ級圍巖地段為30～50米，Ⅳ級圍巖地段為10～30米，Ⅴ級圍巖地段為5～10米。

二 某隧道監控量測方案

1.施工監控量測計劃

根據設計要求及相關技術規范，結合隧道的實際情況，對隧道進行地表沉降、周邊位移、拱頂下沉、地質和支護狀況觀察項目監測，監測項目、監測儀器設備及量測頻率見表1。

表1 量測頻率表

項目量測儀器設備量測時間間隔

拱頂下沉精密水準儀、水準尺1～15天16～30天1～3月3月以上

1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月

周邊位移收斂儀同上

2.監控量測方法

第一，測點布置。本隧道施工采用上下臺階的施工方法，故測點的布置分為兩階段，先上部后下部的方式進行。按照設計要求，隧洞埋深小于兩倍隧洞開挖寬度時，V類圍巖每5米設一個量測斷面，IV圍巖每10米設立一個斷面，III類圍巖每10～15米設計一個斷面。取得效果后，V類圍巖量測斷面距離可以變為20米一個，IV類圍巖可變為20米一個，III類圍巖可變為50米一個。周邊位移每斷面2個對測點，拱頂下沉測點原則上設置在拱頂中心線上一個點，兩側寬3米處各埋設一個。

第二，主要監控量測項目監測方法。（1）地表沉降觀測。地表沉降觀測采用精密水準儀、水準尺進行觀測。按設計要求，隧洞埋深小于隧道寬度時每10米一個斷面，隧洞埋深小于小隧道寬度2倍時20米一個斷面，每斷面11點，平均分布，做出穩固標記，埋設鋼筋砼樁，進行開挖前的地表原始數據測設。隧洞開挖后，開挖面距離量測斷面小于2倍隧洞開挖寬度時，每天進行1～2次的數據觀測。開挖面距離量測斷面小于5倍隧洞開挖寬度時，每兩天進行一次數據觀測。開挖面距離量測斷面大于5倍隧洞開挖寬度時，每周進行一次數據觀測。根據實測數據、下沉的速率掌握地形的變化情況，為洞內施工提供判斷依據。（2）地質和支護狀況觀察。在隧洞開挖支護施工中，每次爆破后，嚴格做到對圍巖巖性、結構面產狀、支護裂紋的觀察和描述，及時掌握施工現場的實際情況。（3）周邊位移量測。周邊位移采用收斂儀進行量測，按測點布置示意圖所示測點位置在開挖成型的斷面上定出標記，并鉆孔埋設測點（須保證測點的穩固），采用周邊收斂儀按量測頻率進行量測。根據收斂位移量、收斂速度、斷面的變形形態，判斷圍巖的穩定性。（4）拱頂下沉量測。在拱頂中心線上埋設測點后，可用精密水準儀、水準尺進行測量。水準尺長度不夠時，可在測點上設置掛鉤，采用精密銦鋼尺懸掛代替水準尺進行讀數。監視隧道拱頂的絕對下沉量，掌握斷面的變形動態，判斷支護結構的穩定性。

3.監測的動態管理

為更好地做好監控量測工作，我們將在施工中認真處理好管理地段、管理基準和管理水平三個方面的問題，施工管理各種允許參考值見表2：

表2 初期支護結構允許相對位移表（%）

埋深

圍巖類別<50米50～300米>300米

Ⅳ Ⅴ0.1～0.300.20～0.500.40～1.20

注：相對位移指實測位移值與兩點間距離之比或拱頂下沉實測值與隧道寬度之比。脆性圍巖取表中較小值，塑性圍巖取表中較大值。

表3 位移管理等級表（Uo—實測位移值；Un—允許位移值）

管理等級管理位移施工狀態

ⅢUo

Ⅱ（Un/3）≤Uo≤（2Un/3）應加強支護

ⅠUo>2Un/3應采取特殊措施

表4 位移速率控制基準表

序號監測項目位移速率（mm/d）施工情況

1拱頂下沉周邊收斂5可正常施工

8施工中應注意

10加強支護或采取特殊措施

4.監控量測的數據處理

第一，量測成果整理。每次量測后，將原始記錄及時整理成正式記錄。對每一個量測斷面內每一種量測項目，均應進行以下資料整理：原始記錄表及實際測點布置圖；位移（應力）值隨時間及隨開挖面距離的變化圖；位移速度、位移（應

力）加速度隨時間以及隨開挖面變化圖。

第二，數據處理。每次量測后均應對量測面內的每個量測點（線）進行回歸分析，求出各自精度最高的回歸方程，并進行相關分析和預測，推算出最終位移（應力）和掌握位移（應力）變化規律，并由此判斷隧道的穩定性；總變形量應在規范允許值內，且不大于預留變形量，否則采取必要措施減小變形量，防止圍巖過度松弛；從速度、加速度方面來看，當出現加速和異常加速時，則表明圍巖可能出現失穩或支護出現裂縫，此時應密切監視圍巖狀態，并加強支護，必要時應停止開挖，采取應急措施。

第三，量測結束標準。根據收斂速度判別，一般地段：收斂速度>5mm/d時，圍巖處于急劇變化狀態，應加強初期支護系統；收斂速度<0.2mm/d時，圍巖基本達到穩定。

各量測項目持續到變形基本穩定后兩周結束，軟弱圍巖大變形地段位移長時間不能穩定時，延長量測時間。

三 結束語

由于隧道工程的特殊性、復雜性和隧道圍巖的不確定性，對隧道圍巖及支護結構進行監控量測是保證隧道工程質量、安全必不可少的手段。通過量測，及時對隧道個別圍巖失穩趨勢的區段提供了預報，為施工單位及時調整支護參數以及合理確定二次襯砌時間提供了可靠的科學依據。通過大量量測發現隧道開挖及初期支護后大約30d圍巖基本上穩定，于是建議施工單位及時施作二次襯砌。同時由于監控措施得當，及時地指導施工和修改設計，從而保證了隧道施工的安全、經濟，收到了良好的效果。但由于監控量測工作是一項具體而又復雜的工作，在實際過程中尚需不斷積累經驗和完善相關理論，因此，對隧道監控量測及數據的整理分析及應用應該做好以下幾點：（1）監控量測內容的選擇，量測斷面位置選擇和量測測點的布置；（2）監控量測數據的采集和施工狀態變化情況緊密結合，分析數據變化和施工狀態的關系；（3）量測數據的應用，量測數據變化的準確分析和判斷，量測結果的及時反饋，指導設計、施工和修改支護參數；（4）掌握隧洞圍巖和支護的動態信息，并及時反饋，指導施工作業；（5）通過對隧洞圍巖和支護的變位、應力量測，驗證支護系統的設計；（6）通過對隧洞圍巖、支護的觀察和動態量測，達到合理安排施工程序，確保施工安全；（7）進行日常施工管理和資料累積，通過監控量測保證隧道安全，預防隧道塌方。

參考文獻

[1]《新建鐵路工程測量規范》TB10101-99

[2]《鐵路隧道監控量測技術規程》（TB10121-2007）

[3]《巖土工程監測規范》YS5229-1996

[4]《地面沉降監測技術要求》DD2006-02

[5]《地下水動態監測規程》DZ/T0133-1994

〔責任編輯：林勁〕