监控量测在隧道施工中的应用

监控量测在隧道施工中的应用

郭志斌

郭志斌

广东水电二局股份有限公司511340

摘要：隧道是修筑在应力岩体中的特殊建筑物。为了隧道围岩以及其支护结构的施工质量和施工安全，可以对其进行监控量测达到其目的。本文主要简单的对隧道监测信息化的运用进行深入的了解研究。

关键词：监控量测；隧道施工

1.工程概况

穗莞深城际轨道项目工程施工总承包SZH-2标段位于东莞市厚街镇和虎门镇，设计起点里程为DK40+370，终点里程为DK50+485，本工程包括【沙田~厚街站部分区间】、【厚街站】、【厚街站~虎门站区间】、【虎门站】、【虎门站~虎门商贸城部分区间】，为两站三区间线路形式，总长10.2km。本次监测对象为沙田~厚街站部分区间、厚街站-虎门站区间、虎门站-虎门商贸城区间矿山法暗挖区间隧道。

【明挖段~厚街站区间】进口段~厚街站区间起始沙~厚区间明挖段，终点厚街站，全区间采用矿山法施工，右线全长1093.554m（DK40+761.846~DK41+855.4、ZDK40+762.483~ZDK41+864.385）。

2.矿山法隧道工程引起的地表沉降规律分析

地表移动可以分为两个组成部分，即地表沉降和水平位移；地表变形主要指不均匀地表沉降和不均匀水平位移所形成的地表倾斜、水平变形以及地表的曲率变形。隧道施工地表移动与变形的发生主要是由于施工引起的地层损失和施工过程中隧道周围受扰动或者受剪切破坏的重塑土的再固结所造成的。一方面，隧道周围土体在弥补地层损失中，发生地层移动，引起地表沉降。所谓地层损失，是指隧道施工中实际开挖的土体的体积与竣工隧道体积之差，竣工隧道体积还包括

隧道周边的压入浆体体积。地层损失是由于多种因素作用的结果，开挖面土体向隧道内移动，隧道施工断面产生收敛，可以引起地层损失。另一方面，在含水地层中进行隧道施工时，可能引起周围土体内部孔隙水压力的变化，使地层发生排水固结引起地表沉降，而且土体的蠕变也可能导致地表发生一定的沉降。因此，无论采取何种隧道施工方法，都将不可避免地引起或多或少的地表移动和变形。

影响地表移动和变形的因素很多，地表移动和变形的大小不仅与隧道的埋深、断面尺寸和施工方法、支护方式有关，而且受地层条件的影响。对于地表移动和变形预测采用了很多方法，主要有现场实测、理论分析和模型试验方法等等。

学者Peck认为，在部分排水情况下，隧道开挖所形成的地表沉降槽的体积应等于地层损失的体积。他假定地层损失在整个隧道长度上均匀分布，隧道施工所产生的地表沉降横向分布近似为正态分布曲线（如图2.1），因此提出如下地表沉降分布的预测公式：

公式（1-1）和（1-2）中，需要确定Vi和i两个参数。这些参数与隧道开挖深度、断面尺寸、地层条件和施工条件密切相关，Peck、Cording、Clough、Schimidt等许多学者对参数的取值进行了大量研究，给出了许多经验取值。

3.地表移动和变形对建（构）筑物的影响分析

隧道施工中伴随着地层应力状态的改变，因而相应地引起地层和地表位移与变形。这种位移和变形与土地自重以及附加应力作用引起的土的固结沉降在沉降速度和空间分布上有着不同的特点。通常，隧道施工可以在一段较短的时间内引起较大的位移，而这种快速变形对于建筑物的危害可能更大。

隧道施工引起的地表沉降和变形对建筑物的影响因素很多。除地层特征以外，建筑物遭受损害的程度与建筑物的基础与结构型式、建筑物所处的位置，以及地表的变形性质和大小有关。

隧道开挖引起的地表以及建筑设施的损害可以分为直接开挖损害和间接开挖损害，在开挖范围内的对象（建筑物、管线、道路等）所受的损害称为直接开挖损害；但是在个别情况下，在主要影响范围以外比较远的地方，也可发现开挖影响的存在，这种影响也与隧道开挖有关，称为间接开挖损害，如开挖引起的大范围的地下水的变化对环境的影响等。常见的开挖损害可以下列形式表现出来。

⑴、地表沉降损害

地表的均匀沉降使建筑物产生整体下沉。一般说来，这种均匀沉降对于建筑物的稳定性和使用条件并不会产生太大的影响，但是过量的地表下沉，即使是均匀的，也有可能从另一个方面带来严重问题，如下沉量较大，地下水位又较浅时，会造成地面积水，不但影响建造物的使用，而且使地基土长期浸水，强度减低。

⑵、地表倾斜损害

虽然地层沉降本身对结构物不至于产生严重的损害，但是地层不均匀的沉降所导致的地表倾斜改变了地面的原始坡度，将可能对建筑物产生危害。地表倾斜对于高度大而底面积小的高耸建筑物的均匀荷重将改变成非均匀荷重，导致建造物结构内应力发生变化而引起破坏。对于普通楼房，即使不丧失稳定性，过量倾斜会使建造物的使用条件恶化。

某些大型精密设备在基础倾斜后，必须另行调平，以保证设备正常使用。同时地表倾斜会改变排水系统和铁路的坡度，造成污水倒灌和影响铁路的运营。

⑶、地表曲率损害

由于曲率使得地表形成曲面，地表曲率对建筑物有较大的影响。在负曲率（地表相对下凹）的作用下，建筑物的中央部分悬空，使墙体产生正八字裂缝和水平裂缝。如果建筑物长度过大，则在中立作用下，建筑物的将会从底部断裂，使建筑物破坏；在正曲率（地表相对上凸）的作用下，建筑物的两端将会部分悬空，使建筑物墙体产生倒八字裂缝，严重时会出现屋架或梁的端部从墙体或柱内抽出，造成建筑物倒塌。

建筑物因地表弯曲而导致的损害时一种常见的开挖损害形式，这种损害与地基本身的力学性质有关，更主要的与开挖引起的地表变形有关。因地表弯曲又不同，不同之处在于开挖引起的地基地弯曲时在开挖影响下自行弯曲，它是独立于上部结构所施加荷载的弯曲，在这种前提下，由于叠加建筑物自重的影响，便构成了弯曲损害。

⑷、地表水平变形损害

地表水平变形有拉伸和压缩两种，它对建筑物的破坏作用很大，尤其是拉伸变形的影响，建筑物抵抗拉伸变形的能力远小于抵抗压缩变形的能力，压缩变形使墙体产生水平裂缝，并使纵墙褶曲，屋顶鼓起。

由于建筑物对于地表拉伸变形非常敏感，位于地表拉伸区的建筑物，其基础底面受有来自地基的外向摩擦力，基础侧面受有来自地基的外向水平推力的作用，而一般的建筑物抵抗拉伸作用的能力很小，不大的拉伸变形足以使建筑物开裂（如下图1-2.2-a）。

4.人员及仪器设备配置

5.监控量测数据的采集与处理

在进行量测前，下载工程信息。全站仪对隧道内监测点进行坐标测量，监测手机利用全站仪自带或外置蓝牙接收监测坐标数据，将坐标存入对应的点名中。数据采集完毕后，在现场由监测手机将量测数据上传至业主专用服务器。

服务器接收监测数据后，自动进行计算差值、累计值计算、形成图表，并反馈至手机用户及网络平台。若有预警则自动发送，平台中以警示符号闪烁提示预警，并以短信形式将预警信息发送至相关管理者手机。

将服务器处理后的本次、累计围岩变化值用计算机程序语言进行代替转换后，整理输出至网络平台及手机用户，即可查看围岩变化的数据列表及趋势图。

6.监控量测信息化管理的优点

通过近一段时间的实践应用，隧道监控量测信息化管理优点可以概括为以下几点：

6.1量测数据的准确、真实、可靠

传统测量方法是人工采集、手工录入数据，容易出现差错，甚至出现人为修改量测数据和结果的情况，测量数据的真实性无法保证，监控量测数据失去了作为设计变更依据的权威性。监控量测信息平台的应用完全杜绝了这种现象的发生，由它获取的原始数据及时、可靠、真实、准确。

6.2数据信息传递及时

传统的测量方法想获得监控量测数据、了解隧道围岩变形情况基本上以天为单位。而现在从现场数据采集到成果分析却以分钟为单位，数据采集上传到信息管理平台后，业主、设计、施工、监理单位均可在第一时间内浏览所有数据。

6.3量测工作高效、成本低

监控量测信息化管理平台对采集的数据由系统服务器自动分析处理，决策者可以通过终端设备获取相关信息。充分利用既有设备和公共通讯系统等社会资源，通过软件平台整合，达到微投入，降低了成本，提高了效率，从而使其性价比高。同时，及时处理、规避隧道大变形、坍方等事故带来的效益更加明显。

7.监控量测在隧道施工中的作用

隧道监控量测信息化管理实施以来，项目部的监控量测工作水平得到了很大的提高。通过对不同围岩级别的监测数据进行分析，总结出黄土隧道的围岩变化规律，为隧道围岩预留沉降量的设置、安全步距的合理设置和支护参数的选择提供了可靠的依据。

8.展望和优化

监控量测信息化的建立，通过人机互动来对隧道安全施工主管理。它将隧道的岩体变化状态赤裸裸呈现在我们面前，通过管理者的界定、决策和引导，将隧道施工导向安全。

参考文献：

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