浅谈隧道监控测量方法与数据处理

田发全

(贵州桥梁建设集团有限责任公司)



浅谈隧道监控测量方法与数据处理

田发全

(贵州桥梁建设集团有限责任公司)

摘要：以贵州省隧道工程施工为例，对隧道施工监控测量的方法进行研究。

关键词：隧道工程；监控；测量方法；数据处理

1隧道施工监控测量方法

1.1　监测点的布置方法

(1)地表监测点

地表监测点是深埋隧道浅埋段的测量项目，隧道沉降的测点在横向的间距一般是2~5 m。隧道中线上测点可以加密，使中线侧地青的监测范围不小于隧道埋深和最大挖宽。如果地表存在控制性的建筑物，监测的范围就要加宽。而地表沉降的监测点和隧道位移的监测点也要布于同里程的断面，每个洞监测的断面并不需要全布置地表测线，顺着隧道的中线，确定地表沉降点纵向的间距，如表1所示。

表1　地表沉降的横向测点布置图

(2)洞内位移的监控量测点

洞内位移的监控量测点包括拱顶下沉、拱脚下沉、净空收敛几处量测点，应该布置于隧道同里程的断面之上，要在开挖12 h内进行埋设，对初始值进行采集。而且量测断肠面在布置上要把间距按照施工方法与围岩等级来确定，如表2所示。

表2　洞内监控量的测断面布置

把拱顶的下沉量测点布置于拱顶的轴线近处，而净空收敛和拱脚下沉的量测点都要布置在隧道轴线的两侧，表现为对称状态。而隧道浅埋段或跨度大时，就要对观测点加密处理，设置好斜基线， 对观测点的布置要按照施工的方法与围岩的情况确定，如表3所示。

表3　测线的布置

隧道工程中可以使用全仪完成非接触的测量工作，所以，测点断头的粘贴可以为反光标靶，方便数据采集。不同地质结构，隧道施工的环境很复杂，光线差，标靶不能选择普通的标识，要选择易光线反射隧道专用的反光贴。

1.2　监测的方法与精度

(1)巡视检查的方法与检查的内容

隧道工程施工中需要做好洞内的巡视检查，而检查的内容有：支护和衬砌的结构、地质情况、环境和施工条件、监测设施等。做好洞口与洞身浅埋段的观察，对地青的开裂和变形及边坡等状都要及时记录。同时，要做好地面建筑物的观察。

巡视检查的方法以目标为主，配合锤、钎和量尺等工具，做好支护结构和周边环境的检查与记录。及时整理好检查记录，和仪器配合进行数据分析，如有异常，一定要及时通知相关单位。

(2)必测项目的监测方法与精度

隧道施工监控量测重要一项就是必测项目监测，对拱顶沉降和净空收敛等测点布设根据我国隧道监控的技术规定，结合工程实际的情况才能确定。进行必测项目测量。与其他测量的方式相比，使用非接触量测具造成的施工干扰最小，而且测量速度最快，可以方便大跨度的隧道，更灵活的使用，没有传统接触量测的缺点，可以按照隧道的变化和位移进行隧道三维位移量的量测。尤其是大跨度的隧道，一定要考虑好非接触的量测。按照施工的方法与围岩的等级等方面，确定全站仪的设站法，完成监控量测方面的工作。而监测点的反光标靶，要大于三次观测法才能提高观测的精度。必测项目精度要符合一定的要求，如表4所示。

表4　必测项目的精度要求

2隧道施工监控量测的数据处理

隧道施工监控量测的数据处理属于隧道监控量测重要的工作内容。做好数据的处理和分析，才能更好的进行隧道施工。数据处理前要做好外业数据的采集和校核，要排除仪器和读数的错误，去掉粗差，然后再进行采集数据的处理。

数据处理包括了沉降和收敛量在计算与图表上的制作，变化量时间与空间的分布图绘制，监控量测的数据还要进行综合的分析，以比较的方法、作图的方法及数值计算的方法，进行监控量测的分析，分析变化大小和规律及发展的趋势。

监控量信息反馈指按照监控量测的数据分析，进行隧道围岩的稳定及施工的安全等进行评价，以一定的对策确定

隧道二次衬砌。通过分析可以发现，隧道二次衬砌时间会影响初期的支护结构，影响受力状态与稳定性。如果施工过早会承受过大围岩的压力，不能发挥出围岩自承的作用与支护的效果。如果过晚进行二次衬砌，不利初期支护稳定性。所以，隧道施工的监控量测，一定要掌握隧道围岩与支护结果变化和规律，确定二次衬砌时间，保证隧道结构的安全。

隧道进行量测工作会受到多种因素影响，出现的误差也会影响监测数据，按照实测数据进行位移时间的绘制，对变化散点形成上下的波动，并不规则，很难分析，一定要通过数学的方法完成监控量测的数据分析找到位移变化规律，判定围岩与支护结构稳定性，从而，指导施工提供优化的方案。

按照施工中日常的监控量测进行数据收集，进行位移时态的曲线绘制，如果曲线上升，数据波动大，证明围岩和支护结构的不稳定，要做好监控量测。如果曲线平缓，没有太大的数据波动，而且位移的总量未超出控制的基准，证明围岩和支护结构的稳定。

隧道施工中一定要做好监控量测的数据分析，包括实时分析与阶段分析。一般实时分析指每日监控量测的数据处理分析，可以及时发现存在的安全隐患，防止安全事故发生。一般阶段分析指以周、月进行数据的监测和阶段分析，对数据变化规律进行总结，对施工情况进行总结评价，形成阶段分析的报告，可以正确指导后续的施工。

数据量过大，观测后一定要做好数据的计算和整理，对处理后数据进行散点曲线图的绘制，再制作与打印监控量测的报表。图表相应的位置要标出阶段施工的情况，可以利用数据的分析对时间与空间影响。

隧道监控量测的数据分析要按照监测的结果，进行位移散点与移散点的绘制，按照散点数据的分布，确定数学函数，从而完成回归分析。对最终变形值进行预测，对预测值和点位位移的基准值比较，综合施工的情况进行分析，判断隧道围岩与支护结构稳定。位移变形曲线若符合围岩的变形特点，证明围岩稳定，而初期的支护结构十分有效而可靠，若位移曲线发生反向曲线，证明围岩与支护不稳定，需要采取一定的措施。

进行回归分析可以选择大一些回归函数完成，正确的选择回归的函数可以实现真正预测，使测点达到可能的最终值，对围岩结构进行安全的评估，按照规定和要求，进行隧道监控的量测数据处理。

参考文献：

[1]付孝银.浅埋大断面隧道施工监控预报技术[D].北京：北京工业大学工学硕士学位论文，2011:11-12.

[2]吕中玉,王辉.深圳高速公路夹门山1号隧道施工监控量测[J].山西建筑,2011,33(26):319-320.

[3]谭俊玲.全站仪遥测技术在乌鞘岭铁路隧道围岩变形监测中的应用[J].现代隧道技术,2012:51-54.

[4]曾鼎华,等.三角形量测法在隧道变形监测中的应用研究[J].水文地质工程地质,2013:113-115.

[5]叶飞,丁文其.公路隧道现场监控量测及信息反馈[J].长安大学学报(自然科学版),2012(9):79-83.

[6]杨松林,刘维宁,等.全站仪自由设站隧道围岩变形非接触监测理论和方法的研究[J].土木工程学报,2012(4):100-104.

[7]冯仲仁,文曦.隧道围岩变形监控量测数据回归分析明[J].武汉理工大学学报,2013:23-24.

作者简介：田发全(1982-)，男，贵州印江人，助理工程师，主要从事质量管理工作。

收稿日期：2014-10-14

中图分类号：U442

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2015)08-0103-01