位移监测的量测方法及测点布置

必测项目量测方法介绍如下，选测项目的量测方法和数据处理可扫描二维码了解。

1．洞内外观察

在隧道工程中，因为开挖前的地质勘探工作很难提供准确的地质资料，所以有必要在隧道每次开挖后进行细致的观察。通过观察，可获得与围岩稳定有关的直观信息，可以预测开挖前方的地质条件，根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠度。

（1）洞内观察。

洞内观察可分为工作面观察和已施工地段观察两部分。开挖工作面观察应在每次开挖后进行，通过目测了解工作面的工程地质和水文地质条件。目测内容包括：岩质种类和分布状态，截面围岩状态；岩性特性，如岩石的颜色、成分、结构、构造；地层年代归属及产状；节理性质、组数、间距、规模，节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，充填物的类型和产状等；断层的性质产状、破坏带宽、特征等；地下水类型、涌水量大小、涌水位置、涌水压力等；开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象等。

对已施工地段的观察每天至少进行一次，主要目测内容为：观察初期支护完成后的喷层表面有无裂缝；有无锚杆脱落和垫板陷入围岩内部的现象；喷层混凝土是否产生裂缝和剥落，要特别注意喷层混凝土是否发生剪切破坏；有无锚杆和混凝土质量问题；钢架有无被压曲、压弯现象；是否存在底鼓现象。

观察中若发现围岩条件恶化时，应立即采取处理措施，观察后应及时绘制开挖工作面及两侧地质素描图，每个断面至少绘制一张，同时进行数码成像。对观察中发现的异常现象，要详细记录发生时间、距开挖工作面的距离以及附近测点的各项量测数据。

（2）洞外观察。

洞外观察重点是洞口段和洞身浅埋段，主要观察地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况、地表建（构）筑物沉降情况等。

2．位移监控量测

围岩位移有绝对位移与相对位移之分。绝对位移是指隧道围岩或隧道顶（底）板及侧墙某一部位的实际移动值，其测量方法是在距实测点较远的地方设置一基准点（该点坐标已知，且不能产生移动），然后定期用经纬仪、水准仪或全站仪自基准点向实测点进行量测，根据前后两次观测所得的高程及方位变化，即可确定隧道围岩的绝对位移量。绝对位移量测需要花费较长时间，并受现场施工条件限制，除非必须，否则一般不进行绝对位移的量测。同时，在一般情况下并不需要获得绝对位移，只需及时了解围岩相对位移的变化，即可满足要求。因此现场位移监控量测内容多为相对位移。

隧道围岩周边各点趋向隧道中心的变形称为收敛，包括拱顶下沉、隧底隆起和隧道壁面两点间水平距离的变化。隧道壁面两点间水平距离的变化，铁路隧道监控量测项目称为净空收敛，公路隧道监控量测也称为周边位移、周边收敛。这些隧道收敛位移量测具有设备简单、操作方便等特点，是判断围岩动态的最主要量测项目。

（1）测试断面的确定。

进行测试的断面有两种：一是单一的测试断面，二是综合的测试断面。在隧道工程测试中各项量测内容与手段，不是随意布设的。把单项或常用的几项量测内容组成一个测试断面，了解围岩和支护在这个断面上各部位的变化情况，这种测试断面即为单一的测试断面。另外，把几项量测内容有机地组合在一个测试断面里，使各项量测内容、各种量测手段互相校验，综合分析测试断面的变化，这种测试断面称为综合测试断面。

量测项目按一定间隔设置量测断面，常称为一般量测断面。由于各量测项目要求不同，其量测断面间隔亦不相同。测试断面的间距规定大致有以下3种情况：

① 在必测项目中，原则上净空位移与拱顶下沉量测应布置在同一断面上。量测断面间距视隧道长度、地质条件和施工方法等确定，具体可参考表8-6-2。

② 浅埋隧道、洞口段、土砂、软岩地段及有特殊要求的隧道要进行地表下沉量测。地表下沉的量测宜与洞内周边位移和拱顶下沉量测布置在同一横断面上，沿隧道纵向布置测点的间距可视地质、覆盖层厚度、施工方法和周围建筑物的情况确定，其量测断面间距可按表8-6-3选用。当地表有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉测点。

③ 其他量测项目一般都可布置在综合测试断面上，称为代表性测试断面，其断面间距和数量视具体需要而定。在一般围岩条件下，每200～500 m设一个断面。

表8-6-2　净空收敛、拱顶下沉测量间距和频率

注：① B为隧道开挖宽度；② 不良地质情况断面间距应取小值；③ 有滑移倾向岩层、软岩大变形段或者超浅埋软土地层等特殊地段可适当增加量测断面。④ 变形速率突然变大，喷射混凝土表面、地表有裂缝出现并持续发展时应加大量测频率；⑤ 上下台阶开挖工序转换或拆除临时支撑时应加大量测频率。

表8-6-3　地表沉降测量间距和布点

注：B为隧道开挖宽度；H为隧道埋深；H0为隧道开挖高度。

此外，测试断面应尽可能接近开挖面，一般要求不超过2 m；实际上有的已安设在距开挖面仅0.5 m的断面上，其观测效果更好，但应注意加强对测点和器具的保护。

（2）测线、测点布置。

在测试断面上测点的布置，主要是依据断面形状、围岩条件、开挖方式、支护类型等因素进行。在量测中，可根据具体情况决定布设数量，进行适当的调整。

① 净空位移与拱顶下沉量测的测线、测点布置。

净空位移测线由于观测断面形状、围岩条件、开挖方式的不同，测线位置、数量亦有所不同。净空变化测线布置主要与开挖方法有关。

《铁路隧道监控量测技术规程》（QCR 9218—2015）规定（图8-6-1）：全断面法设一条水平测线（一般地段）、两条斜测线（特殊地段）；台阶法开挖，一般地段在每个台阶处设一条水平测线，特殊地段在每个台阶处设一条水平测线和两条斜测线；中隔壁法、交叉中隔壁法、双侧壁导坑法开挖时，一般地段每个分部设一条水平测线，特殊地段左右侧部每个分部设一条水平测线和两条斜测线，其余分部一条水平线。采用分部开挖法时，在临时支护拆除后，应继续进行拱顶下沉和净空变化量测，测线按全断面开挖法布置。

图8-6-1　拱顶下沉量测和净空变化量测的测线布置（铁路隧道）

拱顶下沉测点应设置在拱顶轴线附近，当隧道跨度较大时，应结合施工情况在拱部增设测点。浅埋偏压段拱顶下沉测点应适当加密，并设置斜基线。净空变化量测以水平测线量测为主，必要时设置斜测线 （如洞口附近、浅埋区段、偏压或膨胀性围岩区段、拱顶下沉位移量大的区段），斜测线的设置有助于了解垂直方向的位移变化率情况；当结合解析法进行综合判断时，最好也布置斜测线。拱顶下沉量测的测点，一般可与净空位移测点共用，这样既节省了安设工作量，更重要的是也使测点统一，测试结果能互相校验。

《公路隧道施工技术规范》（JTG/T 3660—2020）规定，周边位移测线布置与铁路一致，偏压隧道或者小净距隧道参照特殊地段增加斜向测线；拱顶下沉测点，双车道及以下隧道每个量测断面应布置1～2个测点，三车道及以上隧道每个量测断面应布置2～3个测点。采用分部开挖法时，每一分部拱顶至少布置一个测点。偏压或者大变形隧道，宜根据需要设置整体位移测点。高水压、大变形、膨胀岩土等地段宜在仰拱设置底鼓测点，可与拱顶下沉对应设置。

不同断面的测点应布置在相同部位，测点应尽量对称布置。

② 地表下沉测点布置。(www.xing528.com)

对于浅埋或超浅埋隧道，隧道横断面方向的地表下沉量测边界应在隧道开挖影响范围以外，并在开挖影响范围以外设置基准点。地表下沉量测的测点应布设在由设计确定的特别重要的施工地段，包括地表有建 （构）筑物地段。对施工中地表发生塌陷并经过修补的地段，以及预先探测到地下存在构筑物或空洞的施工地段，测点应尽量接近构筑物或空洞上方。地表沉降测点要与洞内观测点布置在同一里程断面处。

地表沉降测点横向间距为2～5 m。在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧量测范围不小于H0＋B ，地表有控制性建筑物时，量测范围应适当加宽。其测点布置如图8-6-2所示。

图8-6-2　地表沉降横向测点布置

地表沉降观测点的纵向间距主要与隧道埋深和开挖宽度有关，《铁路隧道监控量测技术规程》（QCR 9218—2015）规定测点纵向间距应满足表8-6-3的要求，测点布置如图8-6-3所示。

《公路隧道施工技术规范》（JTG/T 3660—2020）规定，地表沉降量测应在开挖工作面前方隧道埋深及隧道开挖高度之和处开始，宜到二次衬砌结构封闭、下沉基本停止时结束，如图8-6-4所示。

图8-6-3　地表沉降纵向测点布置布置

图8-6-4　地表沉降纵向测量区间

地表沉降观测点和隧道内测点（拱顶下沉和周边收敛里程点）应布置在同一里程断面处。地表下沉测量频率和精度应与洞内拱顶下沉和净空变化的测量频率相同。

（3）测量频率及测试精度。

位移量测点的初始读数在测点埋设后12 h内，并在下一步循环开挖前读取。监测频率可根据测点距开挖面的距离及位移速度确定，如表8-6-2所示。当由距开挖面的距离确定的检测频率和由位移速度确定的监测频率不同时，采用两者中较高的监测频率。当出现异常情况或不良地质时，应增大监测频率。在塑性流变岩体中，位移长期（开挖后2个月以上）不能收敛时，量测要持续到每月为1 mm为止。

位移监控量测的精度应满足设计要求。拱顶下沉、净空变化、地表沉降、纵向位移、隧底隆起测试精度可为0.5～1 mm，围岩内部位移测试精度可为0.1 mm，爆破震动速度测试精度可为1 mm/s，其他监控量测项目的测试精度应符合元器件的精度规定。

（4）量测方法。

① 周边位移量测方法。

隧道周边位移监控量测根据量测方式的不同，可分为接触量测和非接触量测两类。其中，接触量测主要用收敛计进行量测，非接触量测主要采用全站仪量测。

目前，隧道施工中常用的收敛计为机械式的收敛计和数显式收敛计，如图8-6-5所示。其测量相对比较简单，即通过布设于洞室周边上的两固定点，每次测出两点的净长L，求出两次量测的增量（或减量）ΔL，即为此处净空收敛值。读数时应读3次，然后取其平均值。

图8-6-5　收敛计

用全站仪进行隧道净空收敛量测的方法有自由设站和固定设站两种。它与传统的接触量测的主要区别在于，非接触量测的测点采用一种膜片式回复反射器作为测点靶点，以取代价格昂贵的圆棱镜反射器。具有回复反射性能的膜片形如塑料胶片，其正面由均匀分布的微型棱镜和透明塑料薄膜构成，反面涂有压敏不干胶，它可以牢固地黏附在构件表面。这种反射片，大小可以任意裁剪，价格低廉。通过对比不同时刻测点的三维坐标，可得到该测点在此时段的位移（相对于某一初始时刻）。与传统接触式监控量测方法相比，此方法能够获取测点更全面的三维位移数据，有利于结合现行的数值计算方法进行监控量测信息的反馈，同时具有快速、省力、数据处理自动化程度高等特点。

② 拱顶下沉量测方法。

拱顶下沉量测多采用精密水准仪和铟钢挂尺等。拱顶下沉测点的埋设，一般在隧道拱顶轴线处设一个带钩的测点（可用直径6 mm钢筋弯成三角钩，用砂浆固定在围岩或混凝土表层。为了保证量测精度，常常在左右各增加一个测点，即埋设3个测点。），吊挂钢卷尺，用精密水准仪量测隧道拱顶绝对下沉量。测点大小要适中，过小，量测时不宜找到；过大，爆破时易被破坏。支护结构施工时，要注意保护测点，一旦发生测点被埋掉或损坏，要尽快重新设置，以保证连续量测。拱顶下沉量测示意如图8-6-6所示。

拱顶下沉量的确定比较简单，即通过测点在不同时刻的相对高程h，求出两次量测的差值Δh ，即为该测点的下沉值。关键是必须找出不动点作为参考点（基准点）。通常采用以下两种方法：第一种是将不动点设置在洞外，每次监控量测从洞外引入。这种方法很烦琐，一般随着隧道的开挖，转站次数明显增加，所以相对量测误差会增大，现场一般不采用。第二种是在开挖面后方一定距离的拱顶处（有时可利用已经稳定的拱顶下沉观测点）设置参考点，并假定其为不动点（实际上仍在下沉，但沉降值与开挖面测点的下沉量相比很小，可以忽略不计）。这种方法测得的下沉量对判断围岩及初期支护的稳定性，精度是满足的，也是有效的。该方法相对简单，因此被广泛采用。但一般在量测一段时间后需要用第一种方法进行必要的校核。读数时应读两次，然后取平均值。

图8-6-6　拱顶下沉量测示意

拱顶下沉量测也可以用全站仪进行非接触量测，其具体量测方法和洞周收敛量测方法类似。

③ 地表下沉量测方法。

地表下沉量测一般用精密水准仪和铟钢尺进行量测，其量测方法和拱顶下沉量测方法相似，即通过测点不同时刻的相对高程h，求出两次量测的差值Δh，即为该测点的下沉量。需要注意的是，参考点（基准点）必须设置在工程施工影响范围以外，以确保参考点（基准点）不下沉。一般在距离开挖面前方H+H0处（H为隧道埋深，H0为隧道开挖高度）就应对相应的测点进行超前监控量测，然后随工程的进展按一定频率进行监控量测。在读数时各项限差要严格控制，每个测点读数误差不超过0.3 mm。对不在水准路线上的观测点，一个测站不超过3个，超过时应重读后视点读数，以作校对。首次观测时，应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于±1.0 mm，取两次平均值作为初始值。

当所测地层表面立尺比较困难时，可以在预埋的测点表面粘贴膜片式反射器作为测点靶标，用全站仪进行非接触量测。

④ 围岩内部位移量测方法。

隧道围岩内部位移测量的主要目的是了解隧道围岩的径向位移分布和松弛范围，判断开挖后围岩的松动区、强度下降区以及弹性区的范围，根据实测结果优化锚杆参数，指导施工。围岩内部位移量测方法是在测试断面处打孔，安放机械式位移计（图8-6-7）进行量测，每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个钻孔。一般与周边位移测线相应布置，以便使两项测试结果能够互相验证，协同分析和应用。

图8-6-7　机械式收敛计