隧道施工监控与预警系统应用研究_邓洪亮

1 工程概况 火郎峪隧 道 位 于 密 云 县 巨 各 庄 镇 火 郎 峪 村 附
近，隧道全长 618m。场 地 地 形 起 伏 大，隧 道 进 口 处 最 低 标 高 约 为 238. 52m，山 脊 最 高 处 标 高 约 为 297. 21m，相 对 高 差 达 58. 7m，为 构 造 低 山 剥 蚀 地 貌。工程地质 条 件 如 下： ① 隧 道 进 口 （ K10 + 215— K10 + 332） 表层为 2. 5m 厚的粉质黏土，其下为强 ～ 中等风化 （ 黑 云 母 ） 片 麻 岩，节 理 裂 隙 发 育，岩 芯 呈短柱状 ～ 柱状，局 部 呈 碎 块 状。 综 合 评 定 隧 道 进 口段 围 岩 级 别 为 Ⅴ 级。 ② 隧 道 洞 身 （ K10 + 332—
2） 加 强 外 业 测 量 的 检 核 工 作，如 采 取 对 向 观 测、往返观测、闭合（ 附合） 检查、多种方法互检等。
3） 加强 内 业 测 量 资 料 的 检 核，主 要 工 作 包 括： 校核各项原始记录，检 查 各 次 变 形 值 的 计 算 是 否 有 误。通过不同方法 的 验 算、不 同 人 员 的 重 复 计 算 来 消除监测资料中可能存在的错误；当天测得的原始 数 据 ，当 天 检 查 整 理 完 毕 。 3. 2 数据分析与预测
律 ，提 出 了 隧 道 施 工 的 合 理 组 织 方 案 和 施 工 措 施 。
［关 键 词 ］隧 道 监 控 ；围 岩 压 力 ；钢 筋 轴 力 ；拱 顶 沉 降
［中图分类号］U459. 2
［文 献 标 识 码 ］A
［文 章 编 号 ］1002 -8498 （ 2011 ） 03 -0054 -03
（1. The College of Architecture and Civil Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China； 2. Beijing Roads and Bridges Construction Group Corporation Limited，Beijing 100068，China； 3. The Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering ，Ministry of Education， Beijing University of Technology，Beijing 100124，China）
选 定 某 些 特 征 点 ，对 其 进 行 周 期 性 重 复 观 测 ，通 过 数 据 处 理 ，研 究 被 监 测 点 群 的 沉 降 、水 平 位 移 等 随 时间的变化规律，寻 找 一 种 能 够 较 好 反 映 数 据 变 化 规 律 的 函 数 关 系 ，对 下 一 阶 段 的 监 测 数 据 进 行 预 测 。 预测监测点可能出 现 的 最 大 位 移 值 或 应 力 值，以 预
1） 巡 视 检 查 巡 视 检 查 以 目 测 为 主，可 辅 以 锤 、钎 、量 尺 、放 大 镜 等 工 器 具 以 及 摄 像 、摄 影 等 设 备 进 行 。 对 自 然 条 件 、支 护 结 构 、施 工 工 况 、周 边 环 境 、 监测设施等的巡视检查情况应做好记录。如发现异 常 和 危 险 情 况 ，应 及 时 通 知 建 设 方 及 其 他 相 关 单 位 。
K10 + 727） 隧 道 轴 线 基 本 沿 山 脊 走 向，洞 身 底 板 标高 242 ～ 245m，地表露头节理裂隙较发育，地 表有 第四系粉质黏土覆盖。综合评定该段围岩级别为Ⅳ 级。③隧道出口 （ K10 + 727—K10 + 833 ） 洞 口 表 层为 2. 0m 厚的粉 质 黏 土，其 下 为 强 风 化 （ 黑 云 母 ） 片麻岩，节理裂隙发 育，岩 芯 呈 短 柱 状 ～ 柱 状，局 部 呈碎块状。综合确定该段围岩级别为Ⅴ级。 2 监控方案设计
5）隧道断面变形监测 隧道的断面变形监测 包 括 洞 顶 沉 降 、洞 身 收 敛 和 底 鼓 等 监 测 内 容 ，监 测 时 采用激光断面扫描 仪，实 时 掌 握 隧 道 断 面 的 变 形 以 及隧道的超、欠 挖 量，自 动 生 成 隧 道 的 三 维 空 间 模 型 ，分 析 预 报 隧 道 的 安 全 情 况 和 指 导 隧 道 的 施 工 。 3 数据分析与监控预警
施工技术
2011 年 2 月
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CONSTRUCTION TΒιβλιοθήκη BaiduCHNOLOGY
第 40 卷 第 3 期
隧道施工监控与预警系统应用研究
邓洪亮1 ，杨玉杰2 ，高文学3 ，周世生2 ，付孝银1 ，倪婷婷1
（1. 北京工业大学建筑工程学院，北京 100124；2. 北京市公路桥梁建设集团有限公司，北京 100068； 3. 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京 100124）
［摘要］隧道工程施工监控与预警是保障安全、优化设 计、指 导 施 工 的 重 要 手 段，监 控 技 术 和 预 警 方 法 标 志 着 隧 道
的施工水平和质量，结合北京密云县密兴路火郎峪隧道 施 工 监 控 实 践，建 立 了 岩 质 公 路 隧 道 施 工 监 控 资 料 分 析 与
预警系统，得到了隧道爆破施工参数、振 动 波 传 播 规 律、应 力 应 变 规 律 和 隧 道 施 工 期 间 的 围 岩 收 敛 与 拱 顶 沉 降 规
2）爆破振动监测 主要监测在隧道爆破施工 时洞内外的振 动 位 移 和 加 速 度，采 用 TC-4850 型 振
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邓洪亮等：隧道施工监控与预警系统应用研究
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动测试仪和无线远程自动采集仪进行自动监测。 3）钢架应力监测 采用表面应变计或钢筋应
变计对钢架所受的 应 力 进 行 监 测，具 体 布 置 按 设 计 要求和监测规范规 定 进 行，分 别 监 测 不 同 断 面 处 隧 道 洞 顶 和 拱 腰 、拱 脚 处 钢 架 的 应 力 和 应 变 ，传 感 器 在 埋设前应进行性能 检 验 和 编 号，精 度 ≥0. 5% FS，分 辨率≥0. 5% FS，埋设 和 测 量 过 程 应 符 合 规 范 规 定。 传感器数据采 集 同 时 采 用 SS-2 型 袖 珍 式 钢 弦 频 率 接收仪和最新研制的无线远程自动采集仪。
Application Research of Construction Monitoring and Early Warning System for Tunnel Construction
Deng Hongliang1 ，Yang Yujie2 ，Gao Wenxue3 ，Zhou Shisheng2 ，Fu Xiaoyin1 ，Ni Tingting1
测 构 筑 物 和 结 构 的 安 全 状 况 ，评 价 施 工 方 法 ，确 定 工 程措施。 3. 3 监测点警戒标准
现场监测成果 按 黄 色、橙 色 和 红 色 三 级 警 戒 状 态进行管理 和 控 制，根 据 现 场 监 测 项 目———测 点 变 形 量 及 变 形 速 率 情 况 判 断 ，具 体 内 容 ：① 黄 色 监 测 预 警 “双控”指标（ 变形量、变形速率 ） 均超过监控量 控制值（ 极限值） 的 70% ，或双控指标之一超过监控 量控制值的 85% ；②橙色监测预警 “双控 ”指 标均 超过监控量控制值（ 极限值） 的 85% ，或双控指标之 一超过监控量测控制值；③ 红 色 监 测 预 警 “双 控 ” 指标均超过监控量 控 制 值，或 实 测 变 形 速 率 出 现 急 剧增长。 3. 4 预警判定程序
1） 监测点预警及 巡 视 预 警 根 据 工 程 特 点、现 场监测数据及现场 巡 视 情 况，由 数 据 处 理 分 析 工 程 师按上述监测警戒标准判定。
2） 红色 综 合 预 警 由 数 据 处 理 及 分 析 工 程 师 会 同项目咨询工程师、项 目 经 理 及 项 目 内 部 专 家 组 综 合 判 断 ，主 要 分 析 流 程 如 下 ：① 根 据 内 部 监 测 点 预 警 及 巡 视 预 警 情 况 ，对 施 工 监 控 信 息 、监 理 巡 视 信 息 进 行综合分析，进行 初 步 判 断，原 则 为：单 项 监 测 点 预 警或巡视预警达到红色预警状态；监测预警与巡视 预警达到黄色预警 状 态 以 上，红 色 综 合 预 警 状 态 以 下 ，但 判 断 其 组 合 风 险 较 大 ；监 测 预 警 或 巡 视 预 警 虽 介 于 黄 色 预 警 状 态 以 上 ，红 色 综 合 预 警 状 态 以 下 ，但 根据工程经验判断可能有较大安全风险。②如认为 达到红色综合预警 状 态 应 立 即 提 交 项 目 总 工、项 目 经 理 、项 目 专 家 组 会 商 分 析 ，形 成 结 论 意 见 。 4 实例分析
4） 围岩 压 力 监 测 采 用 XYJ-4 型 压 轴 式 双 膜 （单膜）土压力传感器对隧道围岩所受的压力进行 监 测 和 监 控 ，在 埋 设 前 应 进 行 性 能 检 验 和 编 号 ，埋 设 时要严格按照室内试验时的埋设方法和要求在现场 埋设土压力计。土压力计的受压面向外（ 与隧道围 岩接触） ，并 保 证 与 隧 道 衬 砌 外 表 面 齐 平。 传 感 器 在埋设前应进行性 能 检 验 和 编 号，精 度 ≥0. 5% FS， 分辨率≥0. 5% FS，埋 设 和 测 量 过 程 应 符 合 规 范 规 定。传感器数据 采 集 同 时 采 用 SS-2 型 袖 珍 式 钢 弦 频率接收仪和最新研制的无线远程自动采集仪。
［收稿日期］2010-11 -20 ［基金项目］国家自然科学基金重点项目（50638030 ） ；北京市政路 桥 控股（ 集团） 公司科技开发项目（ LQKJ-2010 -B-01） ［作者简介］邓洪 亮，北 京 工 业 大 学 建 筑 工 程 学 院 教 授 级 高 级 工 程 师，北 京 市 朝 阳 区 平 乐 园 100 号 100124 ，电 话： 13718221516 ，Email： denghongliang@ bjut. edu. cn
所有监控项目的监测结果通过计算机传输和计 算机内业分析处理，生 成 观 测 值 变 化 速 率、时 间、变 化量曲线图，变形 和 应 力、内 力 与 时 间 关 系 曲 线，并 按预警值进行预警和预报。 3. 1 监测数据的检核
1） 采用先进的监 测 仪 器 和 优 化 的 测 量 方 法，消 除粗差，减小误差，提 高 监 测 精 度，从 而 尽 可 能 地 减 小观测误差对变形分析的影响。
Abstract： Construction monitoring and early warning in tunnel engineering are important means to guarantee the safety， optimize design and guide construction. Monitoring technologies and warning methods of construction mark the level and quality of tunnel construction. With the practice of construction monitoring during the construction of Huolangyu tunnel in Mixing road reconstruction project，the authors establish a rock road tunnel monitoring data analysis and early warning system，find the laws of tunnel blasting parameters， vibration wave propagation， stress and strain， surrounding convergence and vault settlement in construction，and propose some reasonable organization programs and construction measures of the tunnel construction. Key words：tunnel monitoring； surround rock pressure； axial force of steel bar； vault settlement