Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｃｏｎｏｍｙ ｉｎ Ａｒｅａｓ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ 交通科技与经济 ２０１０年第２期（总第５８期） 现场监控量测在公路隧道施工中的应用 黄永清 （重庆交通大学土木建筑学院，重庆４０００７４） 摘要：监控量测是隧道新奥￣ｉ＆ｘ－的关键步骤，“勤量测”是从我国隧道施工实践中总结出来并对安全、质量最有 效的措施之一。结合重庆涪陵聚云山隧道现场监控量测，介绍监控量测断面布置、数据采集和量测数据的处理、分 析及应用。 关键词：新奥法；施工监测；公路隧道；周边位移 中图分类号：Ｕ４５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—５６９６（２０１０）０２—００６７—０３ Ｆｉｅｌｄ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＨＵＡＮＧ Ｙｏｎｇ—ｑｉｎｇ （Ｃｈｅｎｇｑｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｉｖｉｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｅｎｇｑｉｎｇ ４０００７４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｓｔｅｐ ｏｆ ＮＡＴＭ（Ｎｅｗ Ａｕｓｔｒｉａ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）ａｎｄ ｔｈｅ “ｆｒｅｑｕｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ”ｆｒｏｍ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｆｕｌｉｎｇ Ｐｏｌｙ Ｙｕｎｓｈａｎ ｔｕｎｎｅｌ ｓｉｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，ｉｎｔｒｏ— ｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄａｔａ ｐｒｏ— ｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＮＡＴＭ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｈｉｇｈｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ；ｐｅｒｉｐｈｅｒｙ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ １ 现场监控量测的作用 公路隧道作为一种地下结构物，处于岩土介质 中的设计，将过去截然分开的施工和设计两个阶段， 融合为一体，构成一个完整的设计过程。 根据新奥法的基本原理和设计要求，在该隧道 实施监控量测，其主要目的为：①掌握围岩力学形态 中，在开挖隧道时，周围的围岩受到形变压力和松散 压力作用，常会出现岩爆、岩体破裂、岩块滑移和坠 落及岩体塑性变形等破坏现象；隧道的支撑和衬砌， 也会因为内部围岩变形过大而产生裂纹或裂缝等病 害。 考虑到设计与施工的重要意义及施工、运营时 的变化和规律，对围岩稳定性做出实际评价；②确定 支护结构形式、参数和支护时间，掌握支护结构的工 作状态；③做出工程预报，确定施工对策和开挖台阶 长度；④监视险情，确保施工安全；⑤为理论解析、数 据分析和工程类比提供计算数据和对比指标；⑥为 隧道工程施工积累资料和经验。 间长等特点，公路隧道需要通过施工前和施工过程 以及运营期的大量信息（情报）来指导设计和施工， 以期获得最优的建筑结构。在新奥法施工的隧道 ２ 目前国内隧道施工量测的主要项目 目前，我国铁路和公路隧道施工的监控量测均 有１１个项目（见表１）。 中，现场监控量测就是判断围岩和隧道的稳定状态、 保证施工安全、指导施工顺序、进行施工管理、提供 设计信息的重要手段，也是设计、施工中必不可少的 一必测项目是为保证隧道围岩稳定和反映设计、 施工状态而进行的日常量测，一般情况均应量测；选 测项目是专对未开挖地段的设计、施工并为未来施 工计划的确定提供参考，专为设计和科研目的而开 辟的隧道试验段或试验洞内进行的项目。其它未定 个重要环节，我们称之为“现场观测设计方法”。 与过去或当前采用的一般设计方法相比，有很大的 改变。它不仅包括施工前的设计，还包括施工过程 收稿日期：２００９ １０—１５ 作者简介：黄永清（１９７８一），男，硕士研究生，研究方向：大跨径桥梁 没计理论． 的项目可根据实际情况进行。 交通科技与经济 表１我国铁路及公路隧道施工监控量测项目对比 第１２卷 破对已建成一侧隧道（简称：成洞）及两侧隧道之间 岩柱（简称：中夹岩）影响较大，后续洞开挖应尽可能 保护中夹岩岩柱不受破坏，保持中夹岩的稳定性。 同时确保已建成隧道的运营安全。因此，对超前洞 进行爆破震动速度监测，通过控制爆破震动速度的 方式，来控制后续洞的爆破药量。 根据爆破地震波传递原理，在公路隧道内部距 离爆破点的距离与爆破点距离铁路隧道拱顶距离相 ３ 量测项目选定及布设、安装 ３。１量测项目选定 根据设计及实际地质情况，聚云山隧道监控量 测控制的项目为：地质及支护状况观察、拱顶下沉量 测和周边收敛位移量测等项目。 ３．２量测仪器设备 位移收敛采用煤炭科学研究所生产的ＪＳＳ３ＯＡ 型数显式收敛计，拱顶下沉采用水准仪、塔尺、钢尺， 地质观察采用地质罗盘、钢尺。 ３．３量测人员组成 量测人员由项目技术负责人（１人）主管，技术 员２人负责周边收敛量测，测量员３人负责拱顶下 沉，地质预报员１人负责地质观察。 ３．４量测点布设及安装 周边收敛位移及拱顶下沉量测断面均沿隧道纵 向每１０ ｍ布设，特殊情况可加密。同时，各测点应 在避免爆破作业破坏的前提下，距开挖面２ ｍ范围 内安设。周边收敛、拱顶下沉在开挖后马上埋设，并 且在２４ ｈ和下次爆破前读得初读数（见图１）。 ③预埋测点 图１拱顶下沉测和周边收敛点布置ｆ单位：ｍ） 量测点安设要及时牢固，同时拱顶下沉测点与 周边收敛测点必须在一个断面上。 根据业主的要求，增加了对已建成的隧道右洞 安全进行监测，后掘进一侧隧道（简称：后续洞）的爆 等的断面布设爆破震动速度监测点（见图２），进行 等效监测，如图３所示（考虑到上台阶爆破时的药量 比下台阶爆破时药量大的多，因此，只监测上台阶爆 破时的震速就可以达到控制爆破的目的）。 钢架应力量测点 图２钢架应力量测点布置 ／／／ ＼、 、＼～ ／／／ 下台阶 ＼＼—／ 图３隧道爆破震动速度监测断面 ４ 量测数据的整理与分析 监控量测小组对隧道相应断面的测点进行净空 水平收敛量测及拱顶下沉的同步量测，根据现场量 测记录和采集数据，对数据进行整理和回归分析，并 进行非线性回归计算，可以得到相应围岩的收敛速 度及变形加速度等。为进一步判断量测部位的围岩 第２期 黄永清：现场监控量测在公路隧道施工中的应用 自稳定性质、初期支护的支护效果，对工作面前方未 开挖部分的地质情况做出预报，便于施工中采取事 先有效的预防措施，提高工程的进度和工效。 数据采集后，及时进行分析处理，在量测的当天 根据现场量测数据和实际情况绘制以下曲线：①净 空水平收敛时态曲线；②拱顶下沉时态曲线；③净空 水平收敛与距开挖工作面距离的关系图；④拱顶下 沉与距开挖工作面距离的关系图。 将数据和各种图表分析处理后，及时提供给隧 道施工单位、业主和监理，便于指导施工和安全生 产。 ４．１拱顶下沉量测 拱顶下沉采用高精度的水准仪和钢尺进行量 测，量测断面与周边位移量测断面对应。比较典型 的如图４所示，桩号ＺＫ０＋６０１的拱顶下沉时态曲 线。从这个具有代表性的“隧道拱顶下沉曲线”可以 判断出具有明显的收敛趋势，１个月后，在下台阶开 挖完成后，基本趋于稳定，围岩性质相对良好。 ｛ ８Ｏ ６０ 兰 ４０ 醑 ２０ 图４ 西洞ＺＫ０＋６０１断面拱顶下沉速率散点曲线 ４．２水平净空收敛量测（周边位移量测） 隧道净空水平收敛量测后，根据测量成果，绘出 周边位移ｓ与时间ｔ的对应分散点，同时进行一元 非线性回归计算，绘出周边位移ｓ与时问ｔ的圆滑 变化曲线。判断净空水平收敛的变化速率相对较 小，变形呈收敛趋势，围岩趋于稳定。其净空水平收 敛时态曲线如图５所示。 ０．７０ 喜 ０ ５０ 兰 ０ ３Ｏ 褥 Ｏ．１Ｏ 图５西洞口ＺＫ０＋６００断面周边收敛速率值散点曲线 ４．３回归分析 在现场量测中，由于量测人员、条件等因素的限 制，必然产生偶然误差，量测散点在图中呈上下波 动。由于监控量测数据一般不具有线性关系，而是 曲线关系，需进行一元非线性回归分析，其分析步骤 如下： １）根据散点图中的散点拟合曲线的分布特征、 变化特性、收敛性等，从理论和以往经验选择能代表 两变量之问内在关系的函数类型。 ２）将非线性的函数关系通过转换成为线性函数 关系，按照线性函数求未知参数的方法，求出未知参 数后将参数变换求出选定曲线（非线性）函数的未知 参数，得到非线性函数回归方程。 ３）进行标准离差Ｓ分析，如精度不够，可选择 其他合适的曲线函数按照以上步骤重新进行分析。 隧道监控量测中常用的回归分析函数一般有以 下几种：双曲线函数、幂函数、指数函数、对数函数 等。 ５ 结束语 １）连拱隧道监控量测过程中，由于水平收敛数 据受到中隔墙的影响，收敛值较小，且拱顶下沉大于 水平收敛值。收敛值、位移值受到裂隙水的影响较 大，在裂隙水较大位置位移值较大，而且稳定时间较 缓，在反馈结果时要注意。在浅埋、偏压段，由于开 挖后５ ｄ变形较大，要采取“短掘进、弱爆破、快支 护”原则施工，保证尽量小扰动围岩，减小变形。 ２）收集量测数据时，要尽可能采用精密仪器，并 且详细记录每天围岩、支护、天气等情况，确保获得 数据的准确、及时。 ３）量测数据分析要及时，保证数据整理、分析及 时性，才能保证尽量排除偶然性。在进行数据分析 结果反馈时，要保证反馈结果准确性，指导设计、施 工和修改支护参数，使监控量测数据能真正起到知 道施工的目的。 ４）量测人员固定，施工队重视，要能保证监控量 测指导施工。 参考文献 ［１］王建宇．隧道工程监测和信息化设计原理ＥＭ］．北京：中 国铁道出版社，１９９０． Ｅ２３巫世晶，公志波，潜 波．岩体隧道ＴＢＭ施工辅助决策 系统的实现［Ｊ３．铁道标准设计，２００４（１２）：９３—９４． ［３］王虎有．隧道监控量测技术极其应用ｆｆＪ］．江苏交通科技， ２００４（４）：２８ ２９． ［４］李泳伸，刘锦模．公路隧道施工中的现场监控量测＿Ｊ］．世 界隧道，１９９９（５）：６２—６４． ［５］秦培文．东秦岭特长隧道工程施工技术要点综述ＥＪ３．铁 道标准设计，２００２（１１）：１－５． ［６］关宝树．隧道力学概论［ＭＳ．成都：西南交通大学出版社， １９９３． Ｅ７３武汉测绘科技大学测量平差教研室．测量平差基础［Ｍ］． 北京：测绘出版社，１９９６． ［责任编辑：王欣］
