隧道监控量测方法

5.5 隧道监控量测

监控量测是信息化设计与施工的重要容。通过施工现场的监控量测，为判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性，二次衬砌合理施作时间，以及修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据，指导日常施工管理，确保施工安全和质量。隧道监控量测主要包括围岩及支护状态观察、拱顶下沉、周边位移及收敛、锚杆抗拔力、针对Ⅳ、Ⅴ级围岩段观测锚杆轴力、围岩与支护结构的接触应力、支护结构的应力状态量测、隧道分段涌水量和水压、涌水含砂量与含泥量观察、地表水水位观察等监测项目。

施工中的监控量测是施工安全的保障，在施工过程中按要求进行此项工作，并将结果做系统处理后及时反馈指导施工。监控量测工艺流程见下页“隧道监控量测工艺流程图”。

1)监测量测容、方法和仪器

(1)地质和支护状况信息的观察

观察记录工作面的工程地质与水文地质情况，作地质素描。观察开挖面附近初期支护状况，判断围岩、隧道的稳定性和初期支护的可靠性。由工区地质组进行，其它技术人员协助。

围：工作面及初期支护后的地段进行观察。

监测仪器：地质罗盘仪等。

(2)隧道洞口段、浅埋和偏压段地表沉降监测

洞口段覆盖层薄，开挖后围岩难以自稳成拱，地表易沉陷，为了确保洞口浅埋段的施工安全，进行地表沉降监测。布点原则为：在Ⅴ级围岩且埋深小于40m的地段沿隧道轴向每隔5～10m布设。同时在横向依据实际情况，选定主断面，沿主断面布设测点，以了解地表沉降的横向影响围。

监测仪器为：精密水准仪，铟钢尺等。

(3)拱顶下沉及收敛量测

拱顶下沉及净空变位收敛量测, 根据围岩类别、隧道尺寸和埋深等，沿隧道纵向在拱顶和墙中布设测点，测点间距一般Ⅴ级围岩为10m，Ⅳ级围岩为20～30m，Ⅲ级围岩为50m。净空变位量测在开挖后尽早进行，初读数在开挖12小时且在下一循环开挖前读取，采用无尺量测法。浅埋地段洞外量测点布设在同一横断面。拱顶下沉及收敛量测测点布置见下页“拱顶下沉及收敛量测测点布置图”。

(4)仰拱底部的监测

Ⅴ级围岩开挖地段在底部设测点，每10m设一点与拱顶下沉量测点同断面布设、水准仪测量。

(5)锚杆抗拔力量测

锚杆拉拔是锚杆施工过程控制中质量检验的常规项目，可检验锚杆锚固效果和锚杆强度，每300根检查一组,每组做3根锚杆拉拔力检验；或根据实际情况及监理指令加设检验项目。

监测仪器：电测锚杆、锚杆抗拔器等。

(6)锚杆轴力量测

锚杆轴力主要是量测锚杆的在不同时期的受力状况。

方法：在软岩变形段及断层破碎带变形段各设置1～2组进行测试,每组设5根锚杆进行轴力测试。

监测仪器：电测锚杆、锚杆轴力计等。

(7)围岩压力及支护拱架应力量测

主要量测围岩与初期支护结构之间的相互作用力及初支结构拱架主力筋受力情况，以此评价支护结构的受力状况及合理性。

方法：在断层破碎带及其影响带（Ⅴ级围岩中进行）5～10m各设置断面，每断面上测点对称布置24个。同时初期支护的格栅主筋应力量测点与围岩与初期支护的接触应力点设置在同一断面上，对称布置，每断面布设15～20测点。

监测仪器：采用土压力盒、钢筋应力计及频率接收仪量测。

(8)隧道涌水量及涌水含泥量与含砂量观察容

在隧道排水沟每50～200米设置一个涌水量监测点，对隧道涌水量进行测试和评估，以此指导隧道结构防水堵排对策，从而达到隧道结构防水的“限量排放”的目的。同时为了保证隧道排水系统的畅通，不定期的对隧道初期支护段涌水进行取样分析测试其含泥量和含砂量，根据其水质状况采取必要的堵排措施，防止排水导致隧道排水系统的堵塞和淤积现象发生。

说明：本图为示意，无比例。

①以上布点为示意，实际施工过程中根据现场实际情况可酌情进行增减。 ②浅埋和明洞量测未列入此图，在现场根据规范和实际情况进行布设。 ③明暗洞交界面设变形缝并设量测点。在必要时加底板上拱量测点。④钢筋内力、初期支护与围岩间应力量测未示。

拱顶下沉量测

三台阶临时仰拱法量测点布置示意图CRD法开挖量测点布置示意图

双侧壁导坑法开挖量测点布置示意图

CD 法开挖量测点布置示意图

全断面开挖量测点布置示意图

拱顶下沉量测

台阶法开挖量测点布置示意图

方法：涌水量采用三角形围堰法或浮标进行测试，而含泥量与含砂量则采用烘干后秤取重量法进行测试。

(9)地表水力联系观察项目

为确切了解隧道涌水排水对地表水系的影响，进一步弄清隧道排水与地表水的水力联系，为制定隧道堵排水方案提供依据，在隧道发生大的涌水和突水时，则有必要对地表水系进行观察。主要设置的项目有相关区域的井泉水位状况的观察。

2)量测频率与结束标准

(1)量测频率

量测频率根据监测数据的变化情况而定，一般按“量测频率表”进行。

量测频率表

注：B为隧道开挖宽度

(2)监测结束标准

根据收敛速度判别：

一般地段：收敛速度＞5mm/d时，围岩处于急剧变化状态，加强

初期支护系统；收敛速度＜0.2mm/d时，围岩基本达到稳定。

特殊地质地段：加强初期支护强度和刚度，严格控制过大变形。

各量测项目持续到变形基本稳定后2周结束，断层破碎带地段位移长时间不能稳定时，延长量测时间并采取加强措施。

(3)监测数据的统计分析与信息反馈

工程监控量测作为施工组织的核心容之一，置于动态管理体系之中，具体包括监测、数据的整理分析和信息反馈等几个主要方面。

A)量测数据的整理、分析

数据整理：把原始数据通过一定的方法，如大小顺序，用频率分布的形式把一组数据分布情况显示出来，进行数据的数字特征计算以及离群数据的取舍。

回归分析和曲线拟合：

绘制量测数据的时态变化曲线图（即“时态散点图”所示）和距

在取得足够的数据后，根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值或应力值，预测结构和建筑物的安全状况，防患于未然。还可通过插值法，在实测数据的基础上，采用函数近似的方法，求得符合测量规律而又未实测到的数据。

B)建立监测管理等级基准

建立监测变形管理等级标准，管理等级分三等，其等级划分及相应基准值见“变形管理等级标准表”。通过对监测结果的比较和分析来判定支护结构的稳定性和安全性，并指导施工。

变形管理等级标准表