城市公路隧道综合监测技术研究与应用

城市公路隧道综合监测技术研究与应用

赵耀李星蒋辉滕威

中国建筑土木建设有限公司北京100070

摘要：监控量测是隧道施工中不可或缺的重要组成部分，以某城市公路隧道为例，结合项目工程特点，阐述监测区域划分及周边环境与支护结构的重点监测内容和方法，为项目安全生产提供依据，并为类似工程的监测设计提供参考。

关键词：隧道；监测；周边环境；支护结构

岩土工程自身具有多异性、不均匀性和偶然性等特点，为了保证周边环境和隧道施工的安全和顺利进行，同时掌握围岩和支护的动态信息，应进行全面、系统的综合性监控量测[1]，评价施工方法的可行性和设计参数的合理性，了解围岩及支护结构的受力、变形特性等，并对隧道二次衬砌的施作时间提供依据。

1工程概况

目标隧道位于城市中心区，埋深较浅，所经地段原始地貌属构造剥蚀丘陵区，构造上属于川东褶皱次一级褶曲，构造裂隙不发育。全线多处下穿既有构筑物及居民区，并下穿或上跨既有、待建及规划轨道交通、铁路干线工程。因此在施工期间不仅要考虑到工程自身的安全，同时也要考虑到周边环境的安全和稳定，工程难度较大。

2隧道综合监测方法

2.1监测范围与内容

依据项目特点，可分为周边环境和支撑体系两大部分进行监测。同时，从经济性、合理性方面考虑，将周边环境划分为主要影响区、次要影响区、可能影响区，以便针对受工程影响较大的周边环境对象进行重点监测。

周边环境监测内容主要包括建（构）筑物沉降与倾斜、地下管线沉降、道路及地表沉降、建（构）筑物裂缝、爆破震速测试和边坡水平位移及沉降；支护体系监测内容主要为隧道收敛及拱顶下沉。此外，结合本工程实际，还应增加特殊地段围岩初期支护压力、锚杆轴力、喷砼应力、钢支撑内力、围岩内部位移等监测项目。

2.2监测点布置

监测点需综合考虑周边环境与支护结构体系情况进行优化布设，一般首先选取影响范围内的建（构）筑物、铁路进行监测点布设，其次布设地下管线监测点，再布设市政道路监测点和地表监测点，然后结合周边环境情况及支护结构情况布设支护结构水平位移及沉降、隧道支护结构等测点。

同时应考虑，周边环境、支护结构体系测点应尽量布置在同一断面内，测点布置于能够反映施工影响的典型部位，能够切实反映出工程安全状态。

2.3监测方法

（1）周边环境监测

建（构）筑物沉降与倾斜：沉降可采用重复精密水准测量，通过在需保护的建（构）筑物的外围布设一条闭合水准环形路线，再由水准环线中的固定点测定各沉降监测点的标高，这样每隔一定周期进行一次精密水准测量，将测量的外业成果用严密平差的方法，求出各水准点和沉降监测点的高程、变化值；倾斜监测可通过测得基础的相对沉降值计算出倾斜值，或采用全站仪对建筑物各个沉降点附近所在位置的房屋轮廓线进行倾斜观测。

建（构）筑物裂缝：在代表性裂缝的最宽处和裂缝末端设置监测点，观察宽度和长度的变化。裂缝的宽度监测包含两种方法：一是采用裂缝读数显微镜（或游标卡尺）测定裂缝的宽度，二是采用裂缝变形传感器测定传感的频率变化，计算裂缝的发展状态。结合项目特点，主要利用第一种测定裂缝宽度的方法对建（构）筑物进行裂缝监测。

爆破震速：可采用爆破震速检测仪进行数据采集、处理及成果输出。爆破前在构筑物风险部位设置监测点，并进行爆破振动测试，爆破后进行数据读取分析。

边坡水平位移及沉降：测定特定方向上的水平位移时可采用视准线法、小角度法、投点法等；测定监测点任意方向的水平位移时可视监测点的分布情况，采用前方交会法、自由设站法、极坐标法等。当基准点距离边坡较远时，可采用三角、三边、边角测量与基准线法相结合的综合测量方法。

（2）支护结构体系监测

隧道收敛及拱顶下沉：周边收敛采用高精度全站仪或JSS30A-30数显收敛计，重复性指标≤0.06mm（p=99%），收敛量测进行温度修正。前后两次观测时的量测方法相同，即收敛计悬挂方向相同，钢带尺张紧力调整过程相同，这样可以消除仪器悬挂，调整张力等系统读数，以利提高量测精度。拱顶下沉采用苏光DS05（加测微器）等水准仪和配套钢尺。

围岩内部位移：根据隧道围岩地质条件设置监控量测断面，每个断面在侧壁和拱部设置7个测孔，孔深3.5～5m，孔径均为Ф50，每孔埋设3点钢弦式多点位移计，使各测点与钻孔壁紧密结合，岩层移动时带动测点一起移动，量测围岩不同深度的位移量。假定最远测点布置在稳定围岩内，进而可以求出各测点相对于最远测点的位移值。

支护和衬砌内应力：常用应力（应变）计量测法和应变砖量测法。其中应力（应变）计量测法是通过钢弦频率测定仪测出应力计受力后的振动频率，然后从事先标定出的频率—应力曲线上求出作用在喷层上的应力。

隧道混凝土表面应力及裂缝：在混凝土表面埋设混凝土表面应变计及裂缝计，监测混凝土的应力及裂缝宽度，测点布置与二次衬砌应力相同。

2.4监测频率

隧道及周边环境施工监测频率如表1所示，其中B为隧道或导洞开挖宽度，L为开挖面至监测点或监测断面的水平距离。当拆除临时支撑时应增大监测频率，监测数据趋于稳定后，监测频率宜为1次/（15d～30d）。

表1隧道及周边环境施工监测频率

2.5监测安全质量保证措施

监测过程中应严格按照《公路隧道施工规范》、《铁路隧道监控量测技术规程》等规范要求执行，贯彻“质量第一、安全第一”的方针，严格按照指定的隧道施工监测、地质预报工作方案进行施工，及时进行地质状况观察、预报及监控量测数据的处理，保证隧道监控量测工作保质保量的开展，有效保证隧道施工安全。

3监测数据应用处理

在每次监测数据采集后，应随即检查、检验原始记录的可靠性、正确性和完整性[2]。如有漏测、误读（记）或异常，应及时补（复）测、确认或更正。经检查、检验后，若判定监测数据不在限差以内或含有粗差，应立即重测；若判定监测数据含有较大的系统误差时，应分析原因，并设法减少或消除其影响。根据所绘制图表和有关资料及时做出初步分析，分析各监测物理量的变化规律和趋势，判断有无异常值。定期或按要求进行系统全面的资料整理工作，包括仪器监测资料、巡视检查资料和有关监测设施变动或检验、校测等资料的收集、填表、绘图、初步分析和编印等。对整编的监测资料进行深入分析，采用各种方法分析各监测物理量的变化规律和发展趋势。

4结论

通过开展综合性监控量测，能够在保证施工安全的同时，指导调整施工方法、修改支护参数，使工程建设更加经济合理，并能为隧道工程建设管理积累经验、收集资料，总结出实用的技术成果。

参考文献

[1]秦之富，唐健.高速公路隧道监控量测及应用[J].公路交通技术，2006（2）：99-104.

[2]张勇.隧道监控量测数据分析与管理系统的设计与开发[D].北京交通大学，2009.