隧道施工期间的变形监测

TRANSPOWORLD 2011No.9(May)

206

B RIDGE&TUNNEL

桥梁隧道

隧道监测作为新奥法的重要

内容之一，在隧道施工中

起着非常重要的作用。某隧道

（DK2+450～DK4+036）地处龙岩闹

市区，具有埋深浅、地表建筑密集、地

下管线众多、围岩破碎、施工对地表建

筑及地下管线影响大等诸多施工不利因

素。在施工期间对地表位移、建筑变形

及爆破震动等进行监测，监测成果除了

为评价施工对建筑的影响服务外，监测

成果还可反馈施工，为施工方案及爆破

设计参数等的优化提供重要依据，测试

成果对确保施工安全、加快施工进度、

降低施工成本具有重要意义。

监控测量的目的

在施工期间对隧道进行监控测

量，可掌握围岩和支护的动态信息并及

时反馈，指导施工作业；通过对围岩和

支护的变位、应力测量，修改支护系统

设计，提供二次支护的最佳时间；在位

移——时间曲线中如出现以下反常现

象，表明围岩和支护呈不稳定状态，应

加强监视。

隧道洞内外观测

隧道开挖工作面的观测

在每个开挖面进行，特别是在

软弱破碎围岩条件下，开挖后由隧道工

程师和地质工程师立即进行地质调查，

观察后绘制开挖工作面略图（地质素

描），填写工作面状态记录表及围岩级

别判定卡。

开挖后未被支护围岩的观测，如

节理裂隙发育程度及其方向；开挖工作

面的稳定状态，顶板有无坍塌；涌水情

况：位置、水量、水压等；底板是否有

隆起现象。

对开挖后已支护的围岩的观测，

如对已施工区段的观察每天至少进行一

次，观察内容包括有无锚杆被拉断或垫

板脱离围岩现象；喷射混凝土有无裂隙

和剥离或剪切破坏；钢拱架有无被压变

形情况；锚杆注浆和喷射混凝土施工质

量是否符合规定的要求；观察围岩破坏

形态并分析。

洞外观察

洞外观察包括洞口地表情况、地

表沉陷、边坡及仰坡的稳定以及地表水

渗透等的观察，观察结果记录在工程施

工日志及相关表格中。

隧道位移及变形量测

地表下沉量测

根据图纸要求洞口段应在施工过

程中可能产生地表塌陷之处设置观测

点，如图1所示。地表下沉观测点按普

通水准基点埋设，并在预计破裂面以外

3～4倍洞径处设至少两个水准基点，以

便互相校核，基点应和附近原始水准点

多次联测，确定原始高程，作为各观测

点高程测量的基准，从而计算出各观测

点的下沉量。地表下沉

桩的布置宽度应根据围

岩级别、隧道埋置深度

和隧道开挖宽度而定。

地表下沉量测频率和拱

顶下沉及净空水平收敛

的量测频率相同。地表

下沉量测应在开挖工

作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高

度）处开始，直到衬砌结构封闭、下沉

基本停止时为止。

周边位移量测

C R D法洞内监控点布置见图2所

示，而双侧壁导坑法洞内控制点布置见

图3所示。量测坑道断面的收敛情况，

包括量测拱顶下沉、净空水平收敛，以

及底板鼓起(必要时)。拱顶是隧洞周边

上的一个特殊点，挠度最大，其位移情

况，具有较强的代表性和显示“闯口”

作用等。

拱顶下沉和水平收敛量测断面的

间距，Ⅲ级及以上围岩不大于40m；

Ⅳ级围岩不大于25m；V级围岩应小于隧道施工期间的变形监测文/王 刚

图2 CRD法洞内监控点布置图

图1 洞口浅埋地段地表沉降观测设计图

图3 双侧壁导坑法洞内控制点布置图

图4 爆破振动监测系统流程

2011年第9期

207

(5月上)

《交通世界》

20m。围岩变化处适当加密，在各类围岩的起始地段增设拱顶下沉测点1～2个，水平收敛1～2对。当发生较大涌水时，V、Ⅳ级围岩量测断面的间距缩小至5～10m。各测点在避免爆破作业破坏测点的前提下，尽可能靠近工作面埋设，一般为0.5～2m，并在下一次爆破循环前获得初始读数。初读数在开挖后12h内读取，最迟不得超过24h，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。

净空水平收敛测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。在地质条件良好，采用全断面开挖方式时，设一条水平测线。当采用台阶开挖方式时，在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。拱顶下沉量测与净空水平收敛量测在同一量测断面内进行，采用水准仪测定下沉量。当地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，根据现场情况并参照设计单位、监理单位的意见，除量测拱顶下沉外，增加量测拱腰下沉及基底隆起量。

爆破振动监测

在本工程中隧道爆破振动的影响包括两方面：一是施工隧道内的影响，隧道开挖时对本身洞壁岩体（塌方、冒顶，侧壁可能出现的塌方、失稳等）的影响、对先行施工隧道临时支护、初期支护、二衬混凝土的结构完整性和稳定性影响，洞内机械电力设备的安全影响；二是临近隧道的影响，对临近隧道内的结构和设施的影响。

爆破振动监测的目的，施工时根

据实际测得的振动速度，进行反分析计算，预测爆破开挖工作面下一步爆破的未来动态，根据实际的岩石岩性介质系数和震动衰减系数K、a，修正爆破参数和爆破方

案，并进行爆破设计优化。爆破监测主要是监测爆破振

动速度和爆破振动主频。

影响爆破振动强度的主要参数是单段最大起爆药量，在隧道爆施工前，根据类似工程类比初步确定K、α值，按最大质点振动速度控制在8cm/s，初步确定单段最大起爆药量。最终通过现场爆破测试回归出K、α值，进行K、α值回归时的测线上的测点数量不少于9个。隧道施工前，进行既有隧道内行车振动监测，获得既有隧道通车过程中的振动速度和振动主频，行车振动的主频一般在10HZ左右，而隧道内爆破振动主频一般大于100HZ。如果行车振动速度小于5cm/s，进行爆破振动测试采用自动触发方式，进行振动监测；否则，采用人工触发方式进行爆破振动监测。爆破振动监测系统流程见图4所示。

爆破施工隧道内的监测断面测点布置按接近爆破区的拱顶、拱腰和拱脚进行布置，每10m一个面。洞内监测断面的测点布置见图5所示 。

隧道监测数据处理

回归分析是对一系列具有内在规律的测试数据进行处理。通过处理和计算等到两个变量之间的函数式关系，从而推算最终位移和掌握位移变化规律。双曲线函数是分析量测数据的有效函数，利用它可判定围岩变化稳定情况。根据所记录的隧道监测数据进行整理，绘制位移u 与时间t的关系曲线。本隧道根据计算分折和实测数据绘

制洞室顶拱变形(Ah)位移时态曲线，如图6所示。从图6的实测与模拟计算分析曲线可分析，经过开挖后9天内跟踪量测，围岩变形位移量小，从量测数据可以明显看出开挖后6天围岩基本稳定。由以上分析结果可知观测断面围岩可以在开挖6天后不用再进行量测，可以进行二次衬砌。

隧道监测管理

（1）各预埋测点牢固可靠，易于识别并妥善保护，不得任意撤换和破坏，并建立监测点埋设的记录资料。（2）监测工作按计划实施，不得中断。（3）根据监测资料进行回归分析得出围岩总位移值及变化规律后，将其值与规范规定值进行比较：当计算值小于或等于规范规定值时，可将回归分析值作为围岩变形控制依据，建立管理等级。（4）量测数据要及时、准确，量测结果及时报告，以便掌握动态信息。（5）记录要正规，资料要齐全，计算要正确，以便为竣工文件积累资料。

结语

本文结合某隧道工程施工实例，详细对某隧道工程拱顶下沉、围岩周边收敛位移、围岩压力等进行现场实时动态监测，并对该隧道的监测结果进行定量分析。实践证明，本文所提出的监测方法能够快速准确地完成隧道施工期间

的拱顶下沉和隧道收敛监侧工作，对隧道施工测量工作具有理论和实践参考价值。

作者单位：中铁西南科学研究院有限公司

图5 爆破作业隧道内爆破振动测点布置

图6 洞室顶拱实测数据与模拟变形位移曲线