隧道工程:监控量测概述

监控量测是指在隧道施工过程中，对围岩、地表、支护结构的变形和稳定状态，以及周边环境动态进行的经常性观察和测量工作，以了解和掌握围岩稳定状态及支护结构体系的可靠程度，确保隧道施工安全和结构的长期稳定，为隧道施工中变更围岩级别、调整初期支护和二次衬砌的参数、指导施工顺序、修正及优化设计提供依据，是实现信息化设计与施工不可缺少的一道工序。

1．隧道工程的监控量测内容

隧道工程现场监控量测中最主要的成果就是反映围岩和支护结构的力学性态信息。根据信息类型的不同，隧道工程的监控量测内容可分为下述三类。

（1）目测观测。

目测观测是指对围岩的破碎发育情况、隧道周边变形、支护结构开裂破坏等现象直接用肉眼进行观察，以此判断围岩的稳定情况。

（2）位移监测。

位移监测是指通过专门量测设备为获取隧道周边位移、拱顶下沉、围岩内部位移和地表下沉等信息而进行的现场监控量测。位移监测是应用较广且值得推荐的测试项目，且监测设备简单、易于操作。

（3）受力监测。

受力监测是指通过专门量测设备为获取围岩与支护结构间的接触应力、围岩及支护结构内部的应力状态、锚杆轴力等信息而进行的现场监控量测。

2．监控量测的质量要求

（1）尽快埋设测点：隧道开挖过程中，围岩应力场、位移场的变化与开挖作业面的空间位置密切相关。应力、位移的变化，一般情况下在测点四周2倍洞径范围内受开挖影响最大。为了全面量测应力与位移的变化值，要求测点应紧靠工作面尽快埋设，尽早量测，一般应安设在距掌子面2 m范围内，在开挖爆破24 h内，下次爆破前测取初读数。

（2）每次量测的时间尽可能短，量测数据准确可靠、直观，不必复杂计算即可直接应用。

（3）量测元件有良好的防震、防冲击波的能力，在埋设后能长期有效工作。

（4）量测元件有足够精度。

3．监控量测项目

监控量测的项目应根据地下工程的地质条件、围岩类别、围岩应力分布情况、坑道跨度、埋深、工程性质、开挖方法、支护类型等因素而定。

以监控地下结构物稳定性为目的的项目包括：地质和支护状况观察、周边收敛量测、拱顶下沉量测、地表及地中下沉量测、围岩内部位移量测、围岩松弛范围量测、衬砌内的应力和应变量测、喷层表面应力量测、接触应力量测和锚杆轴力量测。

以监控工程质量为目的的项目包括：锚杆拉拔力量测、喷射混凝土与岩石黏结力试验、喷射混凝土强度质量的控制和单轴极限抗压强度的验收、喷射混凝土厚度检查、喷射混凝土粉尘测定、初期支护外观与隧道断面尺寸的检验、二次衬砌混凝土抗压强度的检查和二次衬砌厚度的检查。

在隧道工程监测中，为及时提供施工所需的围岩稳定程度和支护结构的状态，以保证施工安全，提高施工效率，又将以上监测项目分为必测项目A和选测项目B两大类，可按表8-6-1进行选择。铁路隧道、公路隧道必测项目和选测项目规定可扫描二维码了解。

表8-6-1　监控量测项目选择表

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注：◎必须进行的项目；○应该进行的项目；△必要时进行的项目；△*其结果对判断支护是否保守有用。

铁路隧道、公路隧道必测项目和选测项目

（1）必测项目。

必测项目是必须进行的常规量测项目，是为了在设计、施工中确保围岩稳定，并通过判断围岩的稳定性和支护结构的工作状态来指导设计、施工的经常性量测。这类量测通常测试方法简单、费用低、可靠性高，但对监视围岩稳定、指导设计施工却有巨大的作用。铁路、公路隧道施工必测项目要求基本相同，均为洞内外观察、净空变化、拱顶下沉及地表沉降（浅埋隧道）几项。

（2）选测项目。

选测项目是必测项目的拓展和补充，它不是每座隧道都必须开展的工作，主要对特殊地段或有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以及对周围环境的影响状况，还可为未开挖地段提供参考信息，指导未来设计和施工。选测项目安装埋设测试比较麻烦，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。这类项目的量测主要选择较长、地质和结构复杂、特殊的隧道进行，一般根据需要选择部分进行量测，如地铁施工爆破震动是必测项目。铁路隧道施工选测项目、公路隧道施工选测项目两者要求略有不同。

从理论上讲，凡是能够反映围岩与支护结构力学形态变化的物理量都可以作为被测物理量。但是，被测的物理量应尽可能反映围岩与支护力学形态变化，同时在技术、经济上又简单、可行。围岩变形是围岩力学形态变化最直观的表现，围岩的坍塌和支护系统的破坏都是变形发展到一定程度的必然结果。变形量测具有量测结果直观、测试数据可靠、量测仪表长期稳定性好、抗外界干扰性强，同时测试费用低廉的特点。因此，在选用测试项目时应将位移量测作为首选量测项目。

4．现场监控量测计划的制订

监控量测计划是现场量测的蓝图和依据，必须在初步调查的基础上，依据隧道所处的地质和地形条件、支护类型和参数、施工方法、工期和其他有关条件而编制。量测计划一般应包括下列内容：

（1）监控量测的项目、方法及量测断面的选定，断面内测点数量和位置、量测频率、量测仪器和元件的选定及其精度、测点埋设时间等。

（2）量测数据记录表格式、表达量测结果的格式，量测数据精度确认的方法。

（3）量测数据处理的方法，并进行试算；量测数据大致范围，作为判断异常的依据；从初期量测值预测最终位移值的方法，综合判断隧道最终稳定的标准。

（4）异常情况的对策，对围岩和支护结构力学动态进行评价的反馈方法和信息反馈修正设计的内容。

（5）传感器的埋设设计，包括埋设方法、步骤、各部分尺寸及回填浆液配比、工艺选定与工程施工进度的衔接等。

（6）固定测试元件的结构设计和测试元件附件的设计：一般应保证测点的空间或平面位移准确，使测到的力和变形方向明确；防震、安全可靠；包括钻孔内和钻孔口部分、引出线的布线方法，测量测试仪器对环境的要求。

（7）量测断面布置图和文字说明。

（8）监控量测设计说明书。说明书的主要内容包括：目的和意义，监控量测的主要内容和使用的仪器设备，资料整理的内容和要求，人员、经费安排，安全措施等内容。

选测项目的量测方法和数据处理