隧道施工监控量测的应用分析与思考

杨志鹏 高海东

（甘肃林业职业技术学院，甘肃 天水 741020）

1 隧道施工监控量测的应用

1.1 监控量测

隧道施工过程中使用各种类型的仪表和工具，对围岩和支护、衬砌的力学行为以及它们之间的力学关系进行量测和观察，并对其稳定性进行评价，统称为监控量测[1]。铁路隧道在开挖、支护、运营的过程中，始终都存在着受力状态变化这一特性。

按照规范和标准的要求，采用新奥法施工的隧道，把监控量测是必要的工序之一。在隧道施工中，根据监控量测项目的重要性、可操作性等因素，将铁路隧道的施工监控量测项目分为必测项目和选测项目两类。必测项目由于其操作简单，费用低，具有重要的安全性及可靠性，在所有的隧道必须采用。选测项目由于选用仪表及工具较为复杂，成本较高，操作性较为困难，一般在隧道特殊地段或者有其他要求的地段进行量测，便于对隧道的围岩受力及支护效果有更深入的认识。

1.2 隧道施工监控量测的主要内容及频率

1）洞内外观察

在隧道每次开挖完成之后，应观察围岩岩性、岩层产状、裂隙、地下水发育等情况，分析其完整性和稳定性，并判断是否与设计一致。在围岩初喷混凝土之后，应观察其是否存在裂隙和剥落，地表是否存在鼓起现象。隧道洞外观察的重点，要放在洞口段及浅埋段，应观察地表是否出现裂缝、沉陷、边坡和仰坡稳定状态等，并进而判断隧道的开挖是否影响到洞外，从而分析隧道开挖及支护方法的可靠性[2]。

洞内外观察是最能直接反应出隧道开挖对洞内外影响的一个项目，隧道施工过程中必须经常性的进行洞内外的观察，如围岩出现较大变形，应及时停止施工，待查明原因，分析处理保证安全后进行施工。

2）拱顶下沉

拱顶下沉即隧道开挖后，由于围岩自重和应力重分布造成隧道顶板向下移动的现象。隧道拱顶下沉测量的目的是对围岩的稳定性进行评价，从而判断隧道初期支护的效果。通常采用的仪器是水准仪、钢挂尺或全站仪。测点可在隧道拱顶轴线处通过在钢支架上焊接测件或在已做好的喷射混凝土层上钻孔预埋测件。

在工程中，考虑量测的方便与简捷，宜采用水准仪与全站仪进行量测，在量测前，应清除量测点上的污染物，贴反光片，保证数据的准确性。

3）周边收敛

周边收敛即隧道周边上两点相对位置的变化。周边收敛量测的目的与拱顶下沉相同，在施工中，宜把周边收敛量测点与拱顶下车量测点布置在同一断面上，当隧道的跨度较大，应适当增加测点的数量。

在工程中，隧道周边收敛应采用收敛仪或全站仪，考虑到施工的可操性，工程中多以全站仪进行测设。隧道周边收敛量测测线数可参考表1。

拱顶下沉量测和周边收敛量测采用相同的量测频率。按照规范规定，量测频率应根据测点距开挖面的距离（表2）与位移速度（表3）确定，在两个频率中选择较高的频率值[3]。在隧道施工中围岩地质条件变差或出现异常时，应增大监控量测频率。

4）地表下沉

地表下沉即隧道开挖之后，地层中的扰动区延伸至地表而引起的地表沉降（或者隆起）。当隧道为浅埋段时，开挖方法的不当会引起洞内的变形而波及地表。地表下沉在浅埋段是属必测项目，其目的在于分析洞内开挖对地表的影响程度，随开挖工作面掘进的变化规律以及下沉稳定的时间。

地表下沉量测的仪器水准仪或全站仪。量测点和隧道内的拱顶下沉点及周边收敛点应布置在同一断面上，在隧道中线处应适当加密。地表下沉点的纵向间距与距开挖面的距离有关，量测点的布置如图1所示。

表1 周边收敛量测测线数

表2 按距开挖面距离确定的监控量测频率

表3 按位移速度确定的监控量测频率

图1 量侧点布置示意图

地表下沉点量测从隧道开挖工作面的前方开始，直到隧道二次衬砌闭合成环为止，量测频率与周边收敛量测和拱顶下沉量测频率相同。

5）选测项目

铁路隧道的选测项目有围岩压力、钢架压力、二次衬砌内力等11项，施工单位可以根据施工特殊要求和实际需要将选测项目纳入监控量测范围。

2 隧道监控量测的反馈

2.1 指导施工

通过对监控量测数据进行处理，绘制时态曲线等多种方式，分析围岩变化的规律。如果由于基底不良造成拱顶下沉，应尽快封闭仰拱，在墙角处加设锚杆，复喷混凝土或者在钢架底部加设垫块、换填土体或注浆加固。如果隧道开挖过程中的预留变形性过大，根据监控量测结果得到一个合理值，可减少隧道开挖土方量和二次衬砌的混凝土数量，降低工程成本，取得较好的经济效益。

如果变形速度突然增大或者出现不稳定征兆，应进行监测观察，派有经验的人员对初期支护进行监视；如伴有响声及新生裂缝，应及时暂停正常施工，人员机具撤离至安全场地，待查明原因后进一步施工。

2.2 修正设计

通过数据分析，如果变形过大是由于围岩压力引起，可通过锚杆加固围岩及多次复喷，以补强初期支护。下一循环施工前，及时告知建设单位、设计单位等相关部门，分析原因，通过修改初期支护和二次衬砌参数，增大安全储备，同时增加观测频率，必要时经过监理同意及时施作二次衬砌闭合成环，消除安全隐患以保证安全。因围岩条件、位移值和当初预计差异的大小和前方预测的情况等有很大差异，变更的内容和规模也不同，同时，为保证施工的安全和效率，也需要采用施工辅助方法[5]。

3 结语

我国规范明确规定，采用新奥法施工的隧道必须将监控量测作为一个工序，但很多施工单位对监控量测的重视度不够，以施工经验指导施工，这是一种非常错误的观念。在今后的隧道施工中，必须提高对监控量测的认识，让它成为一双时刻监视隧道变化的“眼睛”[5]，工程技术人员应该选用多种有效的监控量测项目，及时采集及分析数据，互相分析验证，根据变化采取相应措施，从而确保施工安全，保证工程的施工质量。