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隧道监控量测方法及控制标准研究简介

随着我国基础设施建设的快速发展，隧道工程在交通、铁路等领域中所占比重日益增加。由于隧道施工环境复杂、地质条件多变，施工过程中容易引发围岩失稳、支护结构破坏等安全问题，因此开展隧道监控量测方法及其控制标准的研究具有重要意义。

本研究系统梳理了当前常用的隧道监控量测方法，包括收敛位移监测、锚杆轴力测试、地表沉降观测、钢拱架应力监测等，并分析了各类方法的适用范围与技术特点。同时，结合典型工程实例，探讨了不同地质条件下监控数据的变化规律，提出了基于动态反馈的设计与施工调整机制。

（１）洞室边缘某一点A在开挖前具有原始应力（自重应力和构造应力）处于一个平衡状态，如同一根弹性刚度为K的弹簧20090沥青混凝土路面施工方案及工艺，在P0作用下处于压缩平衡状态。（2）洞室开挖后，A点在临空面失去约束，原始应力状态要调整，如果围岩的强度足够大，那么经过应力调整，洞室可处于稳定状态（不需支护）。然而大多数的地质情况是较差的，即洞室经过应力调整后，如不支护，就会产生收敛变形，甚至失稳（塌方），所以必须提供支护力PE，才能防止塌方失稳。等同于弹簧产生了变形u后，在PE作用又处于平衡状态。

相当部分的监控量测造假，流于形式；90年代以来各高校、科研院所参与监控量测工作，参与该项现场工作的多为在校就读的大学生，未能真正解决监控量测工作的困境。2005年起，交通运输部加强了试验检测工作的管理力度，开展检测机构等级评定与资质认证。包括综合资质和桥隧专项资质。

概论—风险预警与稳定预测

概论—风险预警与稳定预测

稳定预测：（1）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；（2）已产生的各项位移已达预计总位移量的80%～90%；（3）周边位移速率小于（0.1～0.2）mm/d，或拱顶下沉速率小于（0.07～0.15）mm/d。反馈机制：实时分析与阶段分析。

隧道监控量测方法研究—监控量测项目

选测项目变形类：围岩体内的位移、支护与衬砌的裂缝、边（仰）坡测斜、隧道底部隆起量等受力类：围岩压力、锚杆（索）内力、钢支撑内力、喷射混凝土内力、二次衬砌内力、初期支护与二衬之间压力、连拱隧道的中墙内力等爆破振动：小净距隧道后行洞爆破振动速度测试、扩建隧道旧隧道衬砌振动速度波速测试等隧道环境与其它：围岩弹性波测试、水量、孔隙水压力、CO浓度、粉尘浓度、瓦斯浓度、烟雾浓度、噪声、风速监测等

连拱隧道中墙应力及其水平位移；后行洞爆破振动速度；围岩体内位移小净距隧道后行洞爆破振动速度测试；中夹岩弹性波测试；水平对拉锚杆轴力测试

监控量测项目选择：Ⅳ～Ⅵ级围岩差，应以监测变形为主，Ⅰ～Ⅲ级围岩好，应以监测围岩压力为主；变形监测必测项目中，至少要有一项进行，避免围岩变形而不知晓现象发生；选测项目根据工程实际需要选定；锚杆抗拔力试验宜做为质量控制项目，锚杆或锚索内力宜做为选测项目；对浅埋隧道，地表沉降应做为必测项目；周边收敛量测项目中水平测线应做为必测项目，斜边测线可做为选测项目

隧道监控量测方法研究—技术要求

测点埋设及要求及时埋设测点测点制作测点埋设

该点的相对高程h=（1623.85±2.64）mm。其中扩展不确定度=2.64mm是由标准不确定度u(y)=1.32mm乘以包含因子k=2得到。分析：最大误差来源于被测对象——水准尺及测点，同时隧道环境恶劣，光线不足，立尺很难铅直，读数亦受很大的影响；从工程经验上来看，水准测量变形量测精度可按±1mm控制；从不确定度分析来看，±3mm以内的数据变化是可能的，工程经验也证明±3mm的变化比较常见。

地质和支护状况观察频率：按每施工循环记录一次，当地质条件变化不大时，可把相同或类似、连续的地质和支护状况记录在一起。必测项目变形类监测频率：考虑变形速率和与掌子面的距离选测项目的监测频率：原则同必测项目变形类

洞内断面间距地表观测断面

全断面开挖周边收敛测线布设图

台阶法开挖周边收敛测线布设图

CD或CRD法周边收敛测线布设图

双侧壁导坑法周边收敛测线布设图

布设范围在隧道中线两侧（H+B）之间，可根据隧道顶部地表地形适当调整，横向间距一般控制在（2～5）m，在隧道中线附近应适当加密，总测点数一般不少于7个。

水准测量变形：≤±1mm周边收敛：≤±1mm爆破振动：≤±1mm/s预埋元器件：≤±0.1%F.S（F.S为元器件满量程）隧道环境测试项目：结合仪器精度和有关规范要求进行

隧道监控量测方法研究—监控量测方法

简单、实效、经济原则地质和支护状况观察仪器设备:罗盘、地质锤、数码相机方法与步骤:(1)洞外观察;(2)洞内掌子面与侧壁观察;(3)支护观察

精度埋设测点温差超过5℃，应进行温度修正

应变计、钢筋计、水位计、多点位移计等振弦式传感器、频率接收仪埋设频率测读及换算温度修正地下水影响

振动速度、或加速度传感器、爆破振动采集仪传感器固定，与仪器连接采集数据分析波形与特征值

隧道环境监（检）测方法及评判标准

基本原理性能指标方法与步骤注意事项不足

监控量测数据分析方法与反馈制度

数据处理与应用回归分析反分析法围岩稳定性判别间断数据处理及时反馈制度

净空位移（拱顶下沉与周边收敛）

位移u与时间t关系曲线位移u与距掌子面距离L关系曲线

地表各测点（1，2…）位移u与时间t关系曲线地表各测点沉降盆

孔内各测点（l1，l2…）位移u与时间t关系曲线不同时间（t1，t2…）位移u与深度（测点位置l）关系曲线

不同时间（t1，t2…）锚杆轴力（应力σ）与深度l关系曲线不同测点（1，2…）锚杆轴力（应力σ）与时间t关系曲线

围岩或喷层应力、应变、压力

应力σ（或应变με、或压力P）与时间t的关系曲线

容许极限位移量法容许变形速率法变形速率比值法

由来不足：（1）公路隧道与铁路隧道的区别；（2）隧道不同部位变形不一致；（3）出现偏差：超过并不失稳，未超过出现坍塌；（4）新形式隧道的适应性。

浦南及泉三高速公路隧道群监控量测资料分析

拱顶下沉、周边收敛、地表沉降最大值、埋深等资料汇总临界破坏及资料汇总（1）摇前隧道右洞出口（2）江坑隧道右洞出口（3）新兴隧道右洞进口（4）曹源隧道左洞出口（5）曹源隧道右洞出口

与围岩级别的关系：随着围岩级别变差，隧道围岩逐步变大，标准偏差增加，Ⅲ级围岩变形在10mm以内，Ⅳ级在20mm以内，但对Ⅴ级围岩而言，拱顶下沉值比前两级的要大得多，呈数量级增长，达429.33mm，同时，拱顶下沉值比周边收敛值大许多。

与埋深的关系：随着隧道埋深增大，其变形也来越小，开挖越来越安全。从监测资料来看，埋深大于100m的隧道，围岩变形明显减小，当埋深大于300m，隧道的尺寸效应不明显，围岩稳定，变形微乎其微了。

一方面，大部分围岩变形在30mm以下，另一方面，变形大于100mm的所占的比例较高，为7.2%，是造成标准偏差大的主要原因，是我们监控量测中最值得关心和重视的部分，是施工过程中最应谨慎处理的地段。

沈阳文官屯出入线特大桥施工组织设计08位移控制标准及管理等级——位移变形完成量分析

有限元计算分析：按围岩等级、开挖方式、开挖步长、隧道高宽比、隧道埋深等不同工况进行有限元模拟计算，分析测点拱顶下沉变形完成量与距掌子面距离的关系

位移变形完成量分析—有限元

围岩条件越好，其变形速率越快，稳定越快，即围岩条件好坏是影响其变形速率的最关键因素；开挖方式对隧道围岩总体变形影响不大；隧道越宽扁，其围岩变形历时越长，变形速率越慢；埋深越浅，变形速率越快，所以，浅埋隧道是监控量测的重点；围岩初期变形速率快，随着时间的推移趋缓，因此，如后期监测到变形速率加快，是反常现象，应及时采取措施抑制变形。

位移变形完成量分析—实测

位移变形完成量分析—实测

距掌子面距离超过3B，围岩基本稳定；受围岩条件、支护条件、施工进度、外部因素等作用，围岩变形的速率差别很大，各监测断面稳定时与掌子面距离差别较大；与有限元理论计算结果相比，围岩收敛时与掌子面距离实测结果更小；相对拱顶沉降和周边收敛项目，地表沉降监测到的数据规律性更强一些，这主要是因为地表沉降观测几乎不受施工影响之故，而且与可以在开挖断面未通过监测断面时即可获得初始值有关；从总体平均上看，实际监测数据与理论计算值很接近。理想状态下，设计预留变形量刚好等于设计支护条件下围岩的变形U，则开挖过程中，当监测断面距掌子面1B时完成0.5U变形，总量变形超过0.5U则意味着不安全，类似地，距离2B时不宜超过0.75U；距离3B时不宜超过0.85U；（4～6）B时，不宜超过U。

位移控制标准及管理等级

某生态城中央商务区b-26北地块工程一标段施工组织设计3mm做为稳定评判理由