靳彦斌

（山西省中阳县交通局，山西 吕梁 033400）

1 隧道施工监控量测的目的和意义

采用复合式衬砌的隧道，必须将现场监控量测项目列入施工组织设计，并在施工中认真实施。现场监控量测是新奥法隧道施工的重要组成部分，也是监视围岩稳定、判断支护、衬砌结构设计是否合理，施工方法是否正确的一种手段；也是保证新奥法安全施工、提高经济效益的重要条件；还为施工中可能有的工程变更提供了科学依据。

通过监控量测得数据分析：

（1）通过施工和环境监测进行信息反馈及预测预报，优化施工组织设计，指导现场施工，确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会、经济、环境效益。

（2）掌握围岩动态，了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布，对围岩稳定性作出评价。

（3）验证支护结构型式、支护参数的合理性，评价支护结构、施工方法的合理性与其安全性，确定合理的支护时间。

（4）为修改优化设计提拱数据，调整施工方法提供依据。

（5）为节省工程投资，提高隧道的设计和施工水平提供科学依据和技术保证。

2 量测的项目、方法及工具

2.1 隧道施工监控量测的主要内容

2.1.1 必测项目

是为了在设计施工中确保围岩稳定、判断支护结构工作状态、指导设计施工的经常性量测，包括围岩地质和支护描述、地表沉降观测、拱顶下沉量测、周边收敛量测。其量测方法简单、量测密度大、量测信息直观可靠，贯穿于整个施工过程中，对监视围岩稳定、指导设计和施工有巨大的作用，土建施工完成量测工作亦告结束。其布置根据每座隧道不同的地质条件、施工方法而变化，但不能少于《公路隧道施工规范》（JTJ042—94）的规定。

2.1.2 选择项目

包括围岩内部位移量测、锚杆轴力量测、围岩与喷射混凝土间接触压力量测、喷射混凝土与二次衬砌间接触压力量测、喷射混凝土内应力量测、二次衬砌内应力量测、钢支撑内力量测、衬砌裂缝及表面应力量测。这类量测是必测项目的拓展和补充，对代表性的地段进行量测，以便更深入地掌握围岩稳定状态与支护效果，对未开挖地段提供参考信息、指导未来设计和施工。

表1 隧道现场监控量测项目及量测方法

选择项目安装埋设比较麻烦，量测项目较多、时间长、费用较大，但工程竣工后还可以进行长期观测。根据本工程的具体情况，采用较少的量测项目、较大量量测断面的原则，全面了解支护效果，正确指导设计施工。施工单位按施工图要求自主量测，监控量测项目部选择主要项目平行量测。

2.1.3 检测项目

包括锚杆拉拔试验、开挖内轮廓形状、初期和二次衬砌背后空洞检查。该类项目列为质量检查内容。

2.2 工程实施

2.2.1 量测项目

除按正常量测项目外，专门增加一项用全站仪作“非接触量测”来测定三维位移向量，以预报前方围岩情况。隧道各项观测监控量测的实施方法详见表1。收敛仪使用JSS30-10/15A型数显式收敛仪和铁科院西南分院研制的监控量测分析软件。

2.2.2 监控量测施工流程

见图1。

图1 监控量测施工流程图

2.2.3 量测方法及断面测点布置

（1）拱顶下沉量测和水平收敛量测。一般使用水准仪、电子水平尺、收敛计等按照设计要求布置、量测。

（2）围岩内部位移量测。围岩内部位移测孔一般是沿隧道围岩周边，例如分别在拱顶、拱腰和边墙共设5个（连拱隧道单洞为4个）测孔，孔深3.7～5 m，孔径为Ф50 mm。多点位移计分电测式位移计和机械式位移计，一般采用5点杆式多点位移量测，一个断面共25个测点（连拱隧道单洞为20个）。

（3）锚杆轴力量测。锚杆轴力量测沿隧道周边，例如在拱顶、拱腰和边墙设5个（连拱隧道单洞为4个）测孔，孔深3.7～5 m，孔径为50 mm。一个测孔内设4个传感器，每个断面20个（连拱隧道单洞为16个）测点。隧道锚杆轴向力量测方法有电测法和机械法，它们都是通过量测锚杆，先测出隧道围岩内不同深度的应变（或变形），然后通过有关计算转求应力的量测方法。考虑量测方便，一般多采用电测法的钢筋计量测。

（4）喷射混凝土应力量测。经常采用量测喷层切向应力的方法，主要有应力（应变）计量测法和应变砖量测法。应力（应变）计量测法是通过钢弦频率测定仪测出应力计受力后的振动频率，然后从事先标定出的频率-应力曲线上求出作用在喷层上的应力。

喷层应力计的埋设方法为：围岩初喷以后，在初喷面上将应力计固定，再复喷，将应力计全部覆盖并使应力计居于喷层的中央，方向为切向。待喷射混凝土达到初凝时开始测取读数。量测断面上应力计的布设位置为：沿隧道的拱顶、拱腰和边墙在喷射混凝土内共埋设5个（单洞）。

（5）二次衬砌应力量测。二次衬砌应力量测与喷射混凝土应力量测相同，应力传感器埋设在二次衬砌混凝土内，单洞一个断面5个测点。量测断面的测点布置位置及每断面应力计数量与喷射混凝土应力量测相同。

（6）围岩与喷射混凝土及喷射混凝土与二次衬砌间接触压力量测。围岩压力及接触压力量测常采用双膜钢弦式压力盒，其量测原理是将应力、应变、荷载以及其他参数测量的参数转变为频率进行量测，故具有抗干扰能力强、坚固耐用的优点，适合长距离传送。围岩与喷射混凝土之间的压力盒是在喷混凝土施工以前埋设，喷射混凝土与二次衬砌之间的压力盒是在挂防水板之前进行安装，分别测取围岩对喷射混凝土压力，喷射混凝土对二次衬砌的压力，埋设方向均为法向。混凝土达到初凝强度以后开始测取读数，量测断面宜与周边位移量测在同一断面上。

（7）钢架应力量测。型钢钢架、格栅钢架应力量测仅限于Ⅳ、Ⅴ级围岩地段，采用钢筋计量测，把钢筋计焊接在钢架上，量测钢架内力，钢架安装完以后即可测取读数。量测断面的测点布置位置与喷射混凝土应力测点布置位置相同，单洞每个断面5个测点。

（8）衬砌裂缝及表面应力量测。采用手持应变仪量测衬砌表面应力和衬砌裂缝，重点是连拱隧道中隔墙的表面应力，根据需要检测。

2.2.4 测试要点

（1）洞内外地质和支护状况观察。洞内主要观察工作面状态、围岩变形、风化变质情况、节理裂隙、断层分布和形态、地下水情况以及初期支护效果。观察后及时绘制地质素描图，填写工作面状态记录表和围岩类别判定卡。对已施工区段喷砼、锚杆、钢架的状况每天至少观察1次；洞外观察包括对洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定以及地表水渗透等的观察。

（2）地表下沉。隧道洞顶地表沉降在隧道尚未开挖前就开始进行，借以获得开挖过程中全位移曲线。地表沉降监测可采用普通水平仪，配合水平尺进行，测点和拱顶下沉量测布置在同一断面上。

（2）采购阶段。该阶段包含智慧物流园区设备采购、信息化服务采购以及安装施工等工作安排。在采购环节囊括了绝大部分分包招标、合同签署、分包合同执行等事务工作，智慧物流园区涉及的采购资材和服务，包括数据库、系统软件、人工智能化设备、人机交互系统、可视化系统、云服务等，要求相比普通的物流园区技术含量更高，要求更为复杂。

（3）周边位移、拱顶下沉量测。周边位移选用JSS30-10/15A型数显式收敛仪及专用测点量测，拱顶下沉量测采用精密水准仪配合水准尺、钢尺进行，两者在同一量测断面内进行。

量测断面布置间距及量测频率一般情况按设计要求办理，洞口段、断层破碎带或围岩发生变化处，加密布置。测点在避免爆破破坏的前提下尽可能靠近工作面布置，一般为0.5～2 m，并在下次爆破循环前获得初始数据。

2.3 量测数的处理和应用

2.3.1 数据整理

施工时，将各项量测情况填入记录中，及时绘制位移—时间曲线和相关图表，并注明当前施工工序及开挖面离量测断面的距离。

当位移—时间曲线趋于平缓时，进行数据处理和回归分析，推算最终位移和变化规律；当位移—时间曲线出现反常的急骤变化时，表明此时的围岩、支护系统已处于不稳定状态，必须立即停止开挖、对危险地段加强支护，确保已开挖段的安全。

将原始观测记录进行整理，计算出一测点在不同时间，测点距掌子面不同距离时的位移值U，以此计算出位移速度间长（L）散点图、位移速度时间t+（L）散点图，由于量测的偶然误差所造成的离散性，绘制的散点图总是上下波动和不规则的，因此必须进行数字处理才能获得合理典型数据，并以相应数字公式进行描述，其中回归分析是处理测读数据最终绘制典型图线的一种较好方法。

2.3.2 位移值U判断稳定性

当围岩和支护位移值若超过某一临界值即认为围岩不稳定应加强支护。

（1）以各类围岩允许相对位移值，见表2。相对位移值系指实测位移与两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比。脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。

表2 隧道周边允许相对位移值 /%

表3 变形管理等级

2.3.3 位移速率判断稳定性

（1）当周边收敛速度大于1 mm/d时，围岩处于急剧变形阶段，需加强观测，若位移速率长期不下降则加强支护。

（2）当周边收敛速度0.2～1 mm/d时，围岩处于缓慢变形阶段并趋于稳定。

（3）当周边收敛速度小于0.2 mm/d或拱顶下沉小于0.07～0.15 mm/d时，围岩达到基本稳定，可进行二次衬砌。

位移加速度是通过U（位移）-t（时间）曲线的形态来判断围岩的稳定性。

2.3.5 量测的管理

（1）项目经理部成立隧道监控量测领导小组，建立以项目总工任组长，工程技术部部长为副组长，量测监控中心专职负责，队技术组参加的管理体系；并于工程技术部中专门设立了量测监控中心，以加强隧道监控量测工作管理力度。量测监控中心负责日常量测、数据处理、仪器保养维修工作及数据的信息反馈，量测监控中心负责人专职检查落实，队技术组设专职量测小组，每小组人员6～8人，负责测点埋设，配合项目部进行日常量测工作。

（2）量测小组负责测点埋设、日常量测、数据处理和仪器保养维修工作，做到“三勤、一及时”，即量测勤、数据勤、分析勤，并及时将量测信息反馈于施工和设计，指导施工。

（3）施工前据围岩条件、支护类型参数、施工方法及所确定的量测目的专门制定详细的监控量测计划，与实施性施工组织设计同时提交给监理工程师。计划中包含量测内容、方法、使用仪器、测点布置、量测频率、数据处理、量测人员及其负责人，并经监理工程师批准后执行。

（4）施工时要及时埋设测点，下沉测点及收敛测点尽量布置在同一断面上。各预埋测点要牢固可靠，设置专用标识牌，标明测点的名称、部位、编号、埋设日期等，易于识别并妥善保护，并教育所有进洞人员不得随意撤换和破坏。

（5）爆破开挖后立即进行工程地质和水文地质状况的观察记录，并进行地质描述。地质变化处和重要地段，有照片记录。初期支护完成后进行喷层表面的观察和记录，并进行裂缝描述。

（6）整理量测资料做到认真、及时、完整、准确；服从监理工程师的指令，无条件认真配合其工作，定期向监理工程师。