隧道施工监控量测技术分析

阮英利

（中铁二十局集团第四工程有限公司，陕西 商洛 726000）

我国近些年公路隧道等基础设施建设力度和建设规模都呈现不断加大的趋势，基础设施有着更加复杂的功能和结构，隧道工程的长度和断面也不断扩大。在运营和使用期间，隧道的功能性、安全性标准要求逐渐提高。想要满足时代发展需求，就要加强隧道工程施工质量管控，提高隧道施工技术水平。但是隧道工程往往处于环境恶劣、地质情况复杂、隐蔽性强的环境当中，作业空间有限，如果控制不当可能出现严重的安全事故，为此，要采取实时动态监控测量的方式，确保第一时间发现隧道工程各个结构的实际情况，采取针对性的控制措施，避免发生质量安全事故。

1 监控量测技术在隧道工程中的应用价值

处于复杂环境中的隧道工程有着多种特征，比如施工复杂性、隐秘性、不可量测性等。隧道施工中可能遇到诸多不可预见的问题导致施工难度增加，安全风险增大，比如常见的突水、塌方等事故。一旦出现这些事故将会引发严重的生命财产损失，甚至出现较大的社会影响。通过在隧道工程中应用监控量测技术可以对隧道工程中存在的问题进行预测，保证工作人员明确隧道工程实际情况，并且采取针对性的控制方法，降低出现危险事故的概率。此外，在前期进行监控量测还有助于为设计人员开展施工方案设计提供支持。

2 隧道监控量测目的、内容及方法

2.1 监控量测目的

在隧道开挖阶段需要动态监测支护结构的工作状态以及围岩的位移情况，常用工具包括水准仪、全站仪、罗盘、收敛计等。监控量测的目的是获取围岩相关状况数据信息，从而保证技术人员明确支护解耦股的性能，对开挖过程中的安全方面进行客观判断，并且对隧道二次衬砌施工时间进行科学确定。

2.2 隧道监控量测内容

必测项目和选测项目是隧道监控量测的主要两方面内容，其中拱顶下沉、地表下沉、洞内外观察、周边收敛为必测项目。选测项目往往有着较高的测量成本和较为复杂的测量方式，通常只测量局部危险地区，当前围岩压力、锚杆轴力、围岩弹性波速等都是常见的选测项目。

2.3 隧道监控量测方法

（1）拱顶下沉和周边收敛。工作人员可以使用水准仪、钢尺、全站仪等设备量测拱顶下沉量，可以用收敛计和全站仪量测周边收敛情况。工作人员要尽量在爆破开挖24 h以内或者下此爆破前完成测点的布设，量测点要和开挖掌子面的距离控制在2 m以内，根据围岩级别、施工方法、施工规范要求等方面做好测点数量、读数频率和停测时间的确定。同时，要尽量按照如图1所示的方式在拱顶、拱腰两侧对称布置测量点。

图1 隧道拱顶下沉和周边收敛量测点布置

（2）地表下沉。如果隧道埋深是隧道开挖跨度的2倍以内，那么需要监测地表位移情况。测量人员可以使用全站仪两侧隧道地表下沉情况，以隧道中桩为对称轴对称布置地表下沉的测点，通常数量在6~10个之间。在布设中要适当增加隧道轴线测点的密度，适当降低距离隧道轴线远的位置的密度。同时，要根据埋设深度确定地表下沉量测断面。

3 隧道施工监控测量技术的应用

某隧道右线全长354 m，为短隧道。隧址区属构造侵蚀中低山沟谷切割地貌，进洞口一侧受冲沟切割，地形陡峭，坡向265°，坡角40~55°，坡度大，最浅埋深2.3 m。隧址区进口一带山顶大部分基岩裸露倒悬，陡倾裂隙发育，洞顶风化层及堆积体较厚，处于基本稳定~欠稳定状态。该隧道设计速度为100 km/h，双洞6车道，单洞限高5.0 m。

（1）洞内、外观察。隧道工程监控量测的必测项目之一就是隧道洞内外观察，通过洞内外观察可以对开挖位置地质条件有更加客观的了解。此外，通过观察隧道洞内外情况可以对喷层锚杆的状态、支架结构组织可靠性展开客观分析，工作人员得到的周边围岩的数据更加科学稳定。很多隧道工程在开挖一段时间后会对地下水发育情况、断层、洞内岩性等方面内容进行细致观察，并且将开挖工作面相关地质情况进行实时记录，对围岩等级进行科学判断。

（2）周边位移量测。隧道工程施工监控量测中还要注意量测周边位移情况，通过位移情况量测可以将隧道围岩力状态变化情况直接反映出来。具体来讲，开展周边位移量测主要可以达到三个效果。第一，可以更加客观地判断隧道空间内部的稳定性；第二，能够更加科学地指导施工现场作业；第三，可以量测周边位移情况，做好二次衬砌施工时间的合理确定，客观地判断围岩稳定性。

（3）拱顶下沉量测。通过量测拱顶下沉情况可以提前采取措施预防拱顶崩塌的问题，有助于提高拱顶下施工安全性，有助于保证顺利安全地完成施工作业。通过量测拱顶下沉情况工作人员可以对围岩稳定性进行评定，为后续施工作业提供指导，就支护结构稳定性进行判断。钢卷尺、精密水准仪是拱顶下沉量测常用的仪器设备。首先，工作人员要将水准仪放置在拱顶测点和标准高程之间。在安装好水准仪后需要对齐水准尺的最低端和标准高程点，利用水准尺将其调平，观察水准仪读数，拱顶测点的总高程如下式：H=H1+H2+H0其中，H1——水准尺记录读数；H2——普通钢卷尺记录读数；H0——标准高程点的高程。拱顶高程差为两次不同测试时间段内的拱顶下沉变化量。

（4）地表下沉量测。对于一些浅埋隧道工程，可能会影响到地表结构，此时可以通过量测地表下沉情况确定地表沉降量。在浅埋隧道中通常都会进行地表下沉量大小、地表下沉范围、地表下沉稳定时间、地表下沉量等方面的量测，同时要对其下沉规律进行细致分析。在量测地表下沉量过程中工作人员要保证监测仪器和量测拱顶下沉量的相同。通常测量人员在量测地表下沉量时会设置至少11个测点，并且根据施工隧道环境和地质条件选择测点的间距，通常间距控制在2~5 m范围内。在地表下沉量测点布置时需要结合实际地形情况，如果地形需要可以适当做好测点数量的增加，并且增加隧道轴线附近测点的密度。此外，工作人员还要埋设好预埋件，将其固定好，并且采取措施做好保护工作，可以设置警示牌等。在两侧地表下沉情况时工作人员首先要做好水准点的选择，在选择水准点时要注意避免对现场施工作业产生影响。然后两侧人员利用水准仪测量各个测点的高程，之后选取额外水专电校核测点高程。在量测时，要使用加挂钢筋网、加长加密锚杆等措施提高结构整体强度。

（5）水文观察。测量人员要长期观测隧道洞身地表水文地质情况，对施工阶段地表水体和地下水位变化情况进行细致观测。

4 隧道监测测点布置

在布设监测点时要保证其能够将监测对象的实际状态和变化趋势充分反映出来，在结构内力或者变形关键特征点等特殊的位置做好监测，确保和监控要求相符合。

（1）边坡顶部监测点布设原则。在布设顶部水平和竖向位移监测点时要布置在基坑周边，尤其要重点布设周边中部、阳角位置。在围护墙顶或者坡顶布设监测点，尤其要在变形最大的位置布设监测点。水平竖向位移监测点不可布设在支撑位置。工作人员要按照不超过20 m的间距、不少于3个布设监测点。

（2）土体深层水平位移监测点布设原则。也称该监测项目为侧向变形监测或者测斜监测。工作人员在基坑周边中部、阳角等位置布设监测点，在变形最大位置布设监测点，避免在支撑位置设置监测点。在数量方面，每3~4幅地下连续墙进行1孔的布设，如果隧道基坑较为重要，可以按照每2幅墙布设1孔的方式进行布设，并且要保证每边布设的数量都在1孔以上。在测斜管长度控制方面，可以在围护墙体内埋设测斜管，其长度要符合围护墙钢筋笼深度，同时要按照＜2 m的标准控制无效长度。如果是在土体中布设斜侧管，那么其长度应当是基坑开挖深度的1.5倍以上，并且比围护墙深度更长。

（3）立柱竖向位移监测点布置原则。在地质条件较为复杂、多根支撑点交汇的位置以及基坑中部位置需要布设监测点，并且按照数量为立柱总数量5%以上的标准控制监测点数量。

（4）支撑轴力监测点布置原则。工作人员在选择布设位置时要尽量选择较大支撑内力或者控制整个支撑系统的结构上。在监测钢筋混凝土支撑结构时可以在支点间1/3位置布设监测点，避免在节点部位布设。如果采用表面应变计监测钢支撑结构，可以在两支点1/3位置布设，并且在支撑端头分别布设反力计监测设备，避免在支撑活络头一侧布设监测点。在数量方面，需要在每道支撑上布设3个以上的监测点，并且保证每道支撑监测点处于同一垂直线上。钢筋混凝土支撑的截面上布设4个以上的传感器，在钢筋混凝土支撑断面4个角部主筋上分别布设传感器，每个钢支撑截面也要布设2个以上监测点。

5 实际应用情况

该隧道按照6车道高速公路标准进行设计，该隧道基岩出露，隧址区进口一带山顶大部分基岩裸露倒悬，陡倾裂隙发育，洞顶风化层及堆积体较厚，有局部岩性破碎层为主要不良地质。在地表沉降方面，研究设置测点于隧道洞口浅埋区段，设置断面3个，每个断面3个测点，对边坡以及地表稳定性进行测试。该隧道内地表沉降值已经稳定。在隧道周边位移方面，该案例埋设测点于隧道围岩中，对开挖后围岩变形情况进行监测，一共7个测试断面，每个断面6个测点。该隧道内围岩已经基本稳定。

6 监控量测技术应用注意事项

（1）拟定监测计划。为了保证顺利开展量测工作，确保采集的数据准确性，需要在准备阶段做好监测计划的合理编制，具体来讲，在监测计划中要重点做好如下工作内容：第一，在具体拟定监测计划时要采集施工现场基础参数信息，比如明确工程所在区域的地下水位置、断面位置、地质情况、外界环境情况等，在明确各项信息后，整理相关数据，通过筛选汇总得到有效数据，并且在监测计划中合理应用这些数据内容，将监测计划内容的完整性提高。第二，加强现代信息科技的应用，比如可以利用BIM技术模拟监测计划运行过程，利用其模拟功能对监测点位置进行校验，明确施工中是否存在冲突，尽量避免对施工活动产生影响，将后续引测的工作量减少，实现监测结果误差控制，提高数据准确性。第三，随着隧道工程施工作业不断推进要适当调整监测计划内容，在调整过程中可以使用应用模型，对调整后的计划内容可行性进行分析和优化，为指导工作的有序开展提供支撑，确保量测技术的应用价值最大化。

（2）加强人员队伍组建。通过组建专业的量测队伍可以将监测数据的准确性进一步提高，有助于监测结果使用价值的提升。虽然当前很多隧道工程都开始使用自动化设备，但是仍然需要高素质的人才来完成量测工作，实现数据分析结果准确性的提升。第一，要在招聘阶段做好人才的选拔，提高准入门槛，筛选具有较强责任心和专业能力的量测人员，并且要尽量选用青年化的人才，确保其能够更好地接受新的量测技术和方法，提高量测队伍的整体学习能力。第二，定期组织培训活动，加强监测人员综合能力的培养，构建学习体系和考核制度，制定竞争上岗制度，对不符合考核标准的人员及时进行调岗处理，通过这种方式提高量测人员对量测工作的重视度。第三，构建完善的责任管理制度，将监测人员具体工作内容和承担的责任明确，保证在出现问题后可以及时追责并且及时解决问题，通过这种方式提高工作人员的责任心，将人为因素带来的负面影响尽量降低。

（3）做好数据存储工作。通过储存量测的结果可以为后续工作提供便捷，同时可以为其他工程项目提供参考，发挥数据的应用价值，为此，不但要保证量测数据准确性，也要及时保存这些数据信息。在信息时代，大数据、云计算等技术为数据的储存做出了巨大贡献，企业可以积极使用这些技术构建存储平台，专门用于监测数据的储存。信息技术的应用不但可以保证各个部门实时查看监测数据结果，还可以长期保存数据。在数据储存时，可以按照监测时间、监测点进行分类，在未来为其他工程项目建设或者隧道工程后期运营维护等方面提供支持，充分发挥数据的潜在价值。在存储前工作人员还要将错误数据、重复数据剔除，充分做好筛选工作，确保数据库内信息的应用价值最大化。

7 结束语

施工监控量测和数据分析在隧道工程施工中的应用价值越来越高，工作人员要根据工程实际情况科学地选择量测方法，加强对施工过程的监控，从而客观地判断隧道支撑结构的稳定性，为施工人员生命财产安全提供保障。在未来发展中，要加强现代信息科技的应用，切实发挥监控量测数据的潜在价值。