1）监控量测的目的、意义

近几年来随着我国高等级公路的迅速发展，公路隧道蓬勃兴起，全国各地先后建成了较大规模的公路隧道，取得了可喜的成绩。通过这些隧道工程实践，推动了公路隧道工程技术的发展，促进了科学技术的进步，如新奥法技术、CAD技术、支护与衬砌技术、超前预支护、防排水技术、新材料的应用等，这些新技术在隧道施工过程中已被广泛采用，收到了很好的效果。但是，由于岩土工程自身的多异性、不均匀性和偶然性等特点，使得每项工程都有一定的独特性，只有在施工过程中结合监控量测，跟踪了解围岩的动态，及时地变更设计和指导施工，才能使每项岩土工程设计更加经济合理。监控量测作为岩土工程动态设计的核心，对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、变形特性等能够提供准确而及时的依据，对隧道二次衬砌的施作时间具有决定性意义。因此，它是保障隧道建设成功的关键因素。

监控量测可以及时提供隧道洞内拱顶下沉、周边收敛和地表下沉测量，以及时判断隧道围岩及支护结构变形和隧道洞口浅埋段地表沉降和稳定情况。通过上述测量，可以判断施工工艺的可行性，提出更加恰当的施工方法，实现隧道信息化动态施工控制，达到既能安全快速施工，又能节省工程造价的目的。同时，若进行选择项目（支护结构应力状态量测和围岩体内部位移等信息），可以对隧道支护参数的合理性进行分析判断，为支护参数的调整提供科学的依据。

①及时掌握围岩的施工力学性能，并对围岩的稳定、安全性作出评价，对隧道的不稳定状态及时预警，防止隧道塌方。

②验证支护结构形式、支护参数的合理性，确定二次支护的时间。

③对支护结构、施工方法的安全性作出评价及建议，以指导现场施工。

④为变更设计、调整施工方法提供科学依据。

2）监控量测内容

（1）必测项目

必测项目包括：地质与支护情况观察，周边位移量测，拱顶下沉量测，地表下沉量测。

这类量测是为了确保在施工过程中的围岩稳定和施工安全而进行的经常性量测工作。量测方法简单，量测密度大，量测信息直观可靠，并贯穿在整个施工过程中，对监视围岩稳定，指导设计施工有巨大的作用。土建施工完成，量测工作亦告结束。

（2）选测项目

选择项目包括：围岩与初期支护间、初期支护与二次衬砌间接触压力量测，锚杆轴力量测，围岩内部位移量测，钢支撑内力量测，喷射混凝土及二次衬砌混凝土内应力量测。

选测项目是必测项目的拓展和补充，对特殊地段、危险地段或有代表性的地段进行量测，以便更深入地掌握围岩稳定状态与支护效果。对已完成的支护实施有效监控，做出评价；对未开挖地段提供参考信息，指导未来设计和施工。选测项目安装埋设比较复杂，量测项目较多、时间长、费用较大，但工程竣工后还可以进行长期观测。

（3）孔隙水压力、流量测试

实测水量与压力，为工程变更或调整支护参数提供依据。

（4）温度监测

实测围岩、气候的温度，为冻胀力计算、量测读数修正提供参数与依据。

（5）围岩冻胀力监测

通过围岩与初期支护间、初期支护与二次衬砌间埋设压力盒，并通过该断面的孔隙水压力、温度量测进行计算围岩冻胀力。

考虑到隧道属于高海拔寒区隧道施工困难，同样监控量测工作开展也将很困难，监控量测加大自动监测内容，其他附加的冻胀监测、围岩温度、渗透水压力监测拟采用自动监测。

3）量测断面布置原则

（1）必测项目

地质及支护状况观察：隧道开挖面观察，每次开挖后进行一次；初期支护完成区段观察，每天至少进行一次。一般按10 m间距进行地质观察。

根据相关规范要求必测项目按以下原则进行断面布置：洞口浅埋段（H≤2B）并且围岩为Ⅵ级时，按5～10 m间距布设断面，围岩为Ⅴ级时，按10 m间距布设断面；洞内Ⅵ级按5～10 m间距布设断面；Ⅴ级围岩段按10～15 m间距布设断面；洞口Ⅳ级围岩段按15～20 m间距布设断面。量测断面可根据具体情况加密或减少。

位于Ⅳ～Ⅵ级围岩的洞口浅埋段进行地表下沉量测。一般情况下，单洞隧道一个量测横断面不少于5个点。地表下沉量测横断面纵向间距见表6—14。

表6—14　地表沉降测点埋设

注：1.无地表建筑物时取表内上限值。
2.B表示隧道开挖宽度。

（2）选测项目

选测项目是对一些有特殊意义和具有代表性的区段进行补充测试，一般在Ⅳ级、Ⅴ级和Ⅵ级围岩段及不良地质段设置，其主要目的是：及时掌握围岩的施工力学性能，并对围岩的稳定、安全性做出评价；了解和掌握隧道支护结构的受力状态，验证支护结构形式、支护参数的合理性，确定二次支护的时间；对支护结构、施工方法的安全性做出评价及建议，以指导现场施工；为变更设计、调整施工方法提供科学依据；有效避免塌方等工程事故。各隧道量测时间为隧道开挖时进行量测，到二次衬砌施作完成，且量测数据无异常后结束量测。

根据本项目的特点，应在洞口段、不良地质段及围岩突变段进行选测项目监测。

（3）孔隙水压力、流量测试

由于本项目围岩较差，裂隙发育，遇水软化、泥化现象明显，隧址区降雨量较大，又为高寒地区，此外还有断层等不良地质，因此在隧道施工期易出现涌水、突水等事故。根据隧道施工图设计，并结合超前地质预报结果，在隧道进出口段、冻融地段、涌水量较大地段、断层等不良地质段布置测试断面。

（4）围岩冻胀力监测

由于本项目处于高寒地区，拟建隧址区又为多年冻土区，并且一年气温差别大（－48～25℃），隧址区降雨量较大，围岩较差、裂隙发育，个别隧道周围水文条件较复杂，因此应在洞口段、冻融地段、涌水量较大地段、断层等不良地质段等布置冻胀力监测断面。

（5）围岩温度、气温监测

由于本项目处于高寒地区，拟建隧址区又为多年冻土区，并且一年气温差别大（－48～25℃），为监测围岩冻胀力，修正量测读数提供参数及依据，应在隧道进出口段布置温度监测断面。

4）测点布置及量测方法

（1）地质及支护状况观察

隧道掌子面每次爆破后通过肉眼观察、地质罗盘和锤击检查，数码相机记录，描述和记录围岩地质情况：岩性、岩层产状、裂隙、地下水情况、围岩完整性与稳定性。判断围岩级别是否与设计相符，填写围岩级别判定卡，必要时测量地下水流量，观察支护效果。

掌子面观察：每次开挖后进行一次。对已施工区段观察：每天至少进行一次。洞外观察：包括洞口地表情况、地表沉陷等。

（2）地表下沉量测

隧道洞口浅埋地段，垂直隧道轴线方向设量测断面，分离式双洞隧道每个断面布设不少于5个测点。在选定的量测断面区域，首先应设一个通视条件较好、测量方便、牢固的基准点。测点应埋水泥桩，测量放线定位，用精密水准仪量测。隧道开挖掌子面距测点前30 m处开始量测，隧道开挖超过测点30 m并待沉降稳定以后停止量测。地表下沉量测断面布置示意图如图6—19所示。

图6—19　隧道地表下沉量测断面布置示意图

（3）拱顶下沉量测

拱顶下沉量测是在隧道开挖毛洞的拱顶及轴线左右各2～3 m共设3个带挂钩的锚桩，测桩深度30 cm，钻孔直径φ42，用快凝水泥或早强锚固剂固定。用精密水准仪、钢卷尺量测拱顶下沉。拱顶下沉断面布置需根据施工方法的不同而布置，分别如图6—19～图6—21所示。

（4）围岩周边收敛量测

图6—20　双侧壁法施工时必测项目断面布置图

图6—21　单侧壁法施工时必测项目断面布置图

在预设点的断面，隧道开挖爆破以后，沿隧道周边的拱顶、拱腰和边墙部位分别埋设测桩。测桩埋设深度30 cm，钻孔直径φ42，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头设保护罩。采用钢尺式周边收敛仪量测周边收敛变形。周边收敛断面布置需根据施工方法的不同而布置，分别如图6—20～图6—22所示。当双侧壁、单侧壁施工完成其侧壁施工后，根据现场实际情况仍需继续监测，断面需按图6—22再进行布置并继续监测。

图6—22　台阶法或全断面法施工时必测项目断面布置图

各测点应在避免爆破作业破坏测点的前提下，尽可能靠近工作面埋设，一般为0.5～2 m，并在下一次爆破循环前获得初始读数。初读数应在开挖后12 h内读取，最迟不得超过24 h，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。

（5）系统锚杆轴力量测

沿隧道周边埋设锚杆轴力计，每断面在拱顶、左右拱腰、左右边墙埋设锚杆轴力计5根，每根锚杆轴力计设3个测点。埋设在围岩不同深度，对锚杆不同深度的受力情况进行量测。埋设锚杆轴力计的孔深为3.0～4.0 m，孔径均为φ50。量测断面的测点布置位置及传感器数量如图6—23所示。(www.daowen.com)

图6—23　锚杆轴力量测断面测点布置图

（6）围岩内部位移量测

沿隧道围岩周边分别在拱顶、拱腰和边墙埋设3点多点位移计，每个断面测5个部位，埋设传感器的孔深3.0～4.0 m，孔径均为φ50。量测断面尽可能靠近掌子面，及时安装，测取读数。量测断面的测点布置位置及传感器数量如图6—24所示。

图6—24　围岩内部位移量测断面测点布置图

（7）钢支撑内力量测

钢支撑内力量测仅限于围岩有钢支撑的地段，采用钢筋计量测，把钢筋计焊接在钢支撑上，量测钢支撑内力。钢支撑安装完以后即可测取读数。量测断面的测点布置位置与喷射混凝土轴向应力测点布置位置相同。量测断面测点布置位置及每测点传感器数量如图6—25所示。

图6—25　钢支撑内力量测断面测点布置图

（8）初期支护喷射混凝土及二次衬砌混凝土内应力量测

初期支护及衬砌应力是指喷射混凝土内应力和二次衬砌内应力。

沿隧道的拱顶、拱腰和边墙在喷射混凝土和二次衬砌混凝土内埋设应力计。围岩初喷以后，在初喷面上将应力计固定，再复喷，将应力计全部覆盖并使应力计居于喷层的中央，喷射混凝土达到初凝时开始测取读数，量测喷射内应力。在二次衬砌浇筑前，将应力计埋在二次衬砌中央，量测二次衬砌应力。量测断面的测点布置位置及传感器数量如图6—26所示。

图6—26　初支与二衬应力量测断面测点布置图

（9）围岩与初支间及初支与二衬间接触压力量测

初期支护作为临时承载结构，在工作一定时间后将产生破坏，隧道围岩的荷载最终将作用于永久支护的二次衬砌结构上。无论是隧道的初期支护结构还是二次衬砌结构，隧道支护结构的受力状态最终取决于作用在支护结构上的荷载。通过量测围岩与初期支护间的接触压力和初期支护与二次衬砌间的接触压力，对于了解隧道结构的受力状态和结构安全性具有重要的作用。沿隧道的拱顶、拱腰和边墙在各层界面处埋设压力盒。量测断面的测点布置位置及传感器数量如图6—27所示。

图6—27　初支与二衬应力量测断面测点布置图

（10）孔隙水压力、流量测试

采用振弦式渗水压力计（图6—28）和流量计对孔隙水压力和流量进行检测。

本项目隧道采用钻孔法安装，将振弦式渗水压力计打孔埋入所需测试的部位，测量隧道围岩的孔隙（渗透）水压力。

图6—28　振弦式渗水压力计

（11）围岩冻胀力监测

由于本项目处于高寒地区，拟建隧址区又为多年冻土，并且一年气温差别大（－48～25℃），并且隧道围岩较差，不良地质现象较多，因此在洞口段、不良地质段、围岩突变段埋设围岩与初期支护间的压力盒进行量测，其测点埋设位置和方法与接触压力量测一样（埋设了接触压力量测压力盒，冻胀力监测压力盒可不埋设），如图6—27所示。

（12）围岩温度、气温监测

由于本项目处于高寒地区，拟建隧址区又为多年冻土，并且一年气温差别大（－48～25℃），为监测围岩冻胀力，修正量测读数提供参数及依据，应在隧道进出口段布置温度监测断面。其监测断面仪器布置图如图6—29所示。

每次量测时进行气温监测。

图6—29　洞内测温断面元件布置

5）量测频率

每个测点测取读数的频率不少于规范要求，按表6—15～表6—17检查净空位移和拱顶下沉的量测频率进行。对于采用分部开挖的地段，如正台阶开挖，上半断面开挖和下半断面开挖不在同一时间，当量测断面工作状态发生改变时的前后一个星期之内或距离测点一倍洞跨以内是按1次/d的频率采集数据，这样比规范要求的次数几乎多了一倍。如埋设的测点量测期间遭到破坏，恢复以后按新埋测点要求采集读数，这样增加了采集数据的次数和数据采集量。量测过程中若遇围岩变形速率较快时，量测频率应在规范规定的基础上加密。

表6—15　量测频率表

（续表）

注：B表示隧道开挖深度。

表6—16　净空位移和拱顶下沉的量测频率（按位移速度）

表6—17　净空位移和拱顶下沉的量测频率（按距开挖面距离）

注：b为隧道开挖宽度。

6）监测仪器、设备和器具

根据本隧道监控量测的具体情况，为了更好地实现对本项目隧道施工监测、信息反馈、指导施工，真正体现新奥法在本项目隧道的应用，达到事前控制施工质量的目的，监控量测组拟投入以下设备及软件：

①计算机、打印机、传真机、照相机及其他相应的办公设备。

②精密水准仪、周边收敛仪及现场监控量测所需的仪器设备。

③2D—б、3D—б、ANASYS等有限元结构计算软件。

④其他配合检测所需的办公设备和相应的设施，交通工具。

根据工作要求，隧道监控量测拟投入的量测仪器规格型号见表6—18。

表6—18　监测仪器、设备一览表

7）数据的采集、处理及分析

洞内必测项目，各测点应在不受到爆破影响的范围内尽快安设，并应在每次开挖后12 h内取得初读数，最迟不得超过24 h，并且在下一循环开挖前必须完成。同时，也根据隧道开挖、工程进度和所量测数据的变化情况做适当调整，量测频率的确定主要是根据埋设断面时间间隔、断面与掌子面的距离及量测数据变化情况来确定。

现场每次所量测到的数据都立即输入公路隧道围岩与支护结构量测数据管理系统，数据系统能够自动生成时空曲线图，并对数据进行整理、比较、分析，从时空曲线图上观察曲线的变化和走势，了解围岩目前状态，预测围岩与支护结构的发展趋势，随时掌握隧道围岩和支护结构的动态变化，反馈信息，指导施工，预防坍塌事故的发生。

8）信息反馈与预报

根据量测情况，以周报和月报的形式提交监控量测阶段报告，周报以电子版先发送至相关各方，在每个月底和月报一起打印纸质文档提交给业主。如遇量测数据异常及险情，先电话向有关单位通报，再以紧急报告或异常报告的形式向业主、监理、设计、施工等有关单位汇报，同时在施工现场及时将量测信息反馈到施工过程中去，指导施工。在本合同段所有隧道量测完后，提交监控量测总报告。