隧道监控量测

1 隧道 施工 监控量测 第一节 概述 隧道施工过程中使用各种类型的仪表和工具，对围岩和支护、衬砌的 力学行为 以及它们之间的力学关系进行量测和观察，并对其稳定性进行评价，统称为监控量测。 道监控量测的必要性 隧道工程作为工程建筑物，受力特点与地面工程有很大的差别。 隧道在开挖支护成形运营的过程中，自始自终都存在受力状态变化这一特性。 工监控量测的目的 （ 1） 通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化， 把握施工过程中结构所处的安全状态， 判断围岩的稳定性、支护、衬砌的可靠性； （ 确保施工安全及结构的长期稳定性） （ 2） 用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足，并把监测结果反馈设计，指导施工，为修改施工方法，调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据； （验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为支护参数和施工方法提供依据） （ 3） 通过监控量测对施工中可能出现的事故和险情进行预报，以便及时采取措施，防患于未然； （ 4） 通过监控量测，判断初期支护稳定性，确定二次衬砌合理的施作时间； （确定二衬砌施做时间） （ 5） 对工程施工可能产生的环境影响进行全面的监控。 （监控工程对周围环境影 响） （ 6） 通过监控量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点，为今后类似工程或该施工方法本身的发展提供借鉴，依据和指导作用。 (积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据 ) 控量测的基本要求 （ 1）施工单位应成立相应的机构组织，配备专业人员和设备，掌握成熟、可靠的数据处理与分析技术。 （ 2）施工单位应按设计要求 或根据隧道规模、地形、地质条件、支护类型和参数、施工方法等， 编制监控量测实施细则或指业指导书， 经监理或业主批准后 严格 实施。 （ 3）施工中应将现场监控量测作为工序引入 作业循环，并结合地质预报作出评价，优化设计参数，实施动态管理。监控量测元件的埋设与监控量测应列入工程施工进度控制计划中，监控量测工作应尽是减少对施工工序的影响。 2 （ 4）监控量测工作必须紧接开挖、支护作业， 埋点数量、位置、时间应符合设计或规范规定 ,并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。 测点应牢固可靠，挂牌识别；测点应注意保护，严防损坏。 （ 3）施工过程中应加强资料收集与整理工作，工程竣工后，监控量测资料要纳入竣工文件。 （ 5） 数据采集频率应符合设计或规范规定 ，并 及时进行数据分析和信息反馈，以指导现 场施工。 数据的收集和分析，应尽量减少系统误差，控制偶然误差，避免人为错误，应经常采用相关方法对误差进行检验分析。 （ 6）施工现场必须建立严格的监控量测数据复核、审查制度，保证数据的准确性。监控量测数据应利用计算机系统进行管理，由专人负责。如有监控量测数据缺失或异常，应及时采取补救措施，并详细记录。 控量测 的主要 内容 隧道监控量测的项目应根据工程特点、规模大小和设计要求综合选定。量测项目 一般 分为必测项目和选测项目两大类。 （ 1） 必测项目包括 主要包括 ： 洞内、外观察 ； 净空变化； 拱顶下沉； 地表下沉（浅埋隧道必测， 2 表 10监控量测必测项目 序号 监测项目 测试方法和仪表 测试精 度 备注 1 洞内、外观察 现场观察、地质罗盘、数码相机 2 衬砌前 、后 净空变化 量测 隧道净空变化测定仪（收敛计、全站仪） 般进行水平收敛量测 3 拱顶下沉 水准测量的方法， 精密水准仪 、钢挂尺或全站仪 14 地表 沉降 水准测量的方法， 精密水准仪 、 铟钢尺或全站仪 1道 浅埋 段 注： 隧道埋深； B 隧道最大开挖宽度。 （ 2）选测项目包括： 1） 隧底隆起； 2） 围岩压力； 3） 钢架内力； 4） 喷射混凝土内力； 5）二 次衬砌内力； 6） 初期支护与二次衬砌间接触压力； 7） 锚杆轴力； 8） 围岩内部位移； 9） 隧底隆起； 10） 爆破振动； 11） 孔隙水压力； 12） 水量； 14） 纵向位移。 表 10控量测选测项目 序号 监控量测项目 测试方法和仪表 测试精度 备注 1 隧底隆起 水准测量的方法，水准仪、铟钢尺或全站仪 1 3 2 围岩内部位移 多点位移计 3 围岩压力 压力盒 4 二次衬砌接触压 力 压力盒 5 钢架受力 钢筋计、应变计 6 喷混凝土内力 混凝土应变计 10 7 锚 杆 轴力 钢筋计 8 二次衬砌内力 混凝土应变计、钢筋计 9 爆破振动 振动传感器、记录仪 临近建筑物 10 围岩弹性波速度 弹性波测试仪 11 11 孔隙水压力 水压计 12 水量 三角堰、流量计 13 纵向位移 多点位移计、全站仪 注： 隧道埋深； b 隧道最大开挖宽度。 （ 3）监控量测分类 为了管理需要，通常将监控量测分为 类量测。 A 类量测： 是对隧道周边围岩稳定性进行判定、对设计（施工）参数的的可靠性进行验证为目的的日常管理量测。 表 10馈于未开挖区间的设计施工 ； 同时监测对接近建（构）筑物的影响。 目如表 10 表 10量 测 项 目 量 测 目 的 围岩 接触应力量测 把握初衬砌背面土压力， 锚杆轴力量测 根据锚杆的变形（伸缩长度）分析锚杆轴力效果， 判断锚杆长度、直径。 初衬应变及钢筋应力量测 把握钢筋的应力状态。 第二节 洞内外观察 外观察 洞外观察包括对洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定、地表水渗透的观察。洞外监测的重点为洞口段和洞身浅埋段、山间洼地、岩堆、破碎带、岩溶漏斗区域及偏压洞口的地表开裂、下沉和隧道洞口边、仰坡的稳定状态、地表渗、流水等情况，每次观察后应做好详细记录 或留下影像资料 。 内观察 4 洞内观察可 分为开挖工作面观察和已施工区段观察两部分。开挖工作面观察应在每次开挖后初喷混凝土之前进行一次，重点观察记录工作面的工程地质与水文地文情况，当地质情况基本无变化时，可每天进行一次。对地质条件复杂地段，应积累影像资料，作为地质变化的依据之一。观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施。 开挖工作面 观察后应 立即 绘制开挖工作面地质素描 图 ，填写工作面状态记录表及围岩级别判别卡。在观察中如发现地质条件恶化，应立即通知施工负责人采取应急措施。 对已施工区段的观察也应每天至少进行一次，观察的内容包括喷射砼、锚杆的工作 状况，以及施工质量是否符合规定的要求。 质素描 何谓 素描 ， 也就是运用单色线条在平面上勾画出景物的立体形象。 地质素描，就是 从地质观点出发，运用透视原理和绘画技巧来表达地质现象或地质作用的画幅。在野外勾画的素描，往往要求在较短的时间内完成，通常就在野外地质记录本上画，不可能精工细画，也可称为地质素描草图。以铅笔作画较多，如技术熟练，用笔有把握，也可用钢笔作画。 施工过程中，地质素描的主要内容包括：以地层结构为描述对象，重点反映岩石性质、岩层中的结构和构造特点。即在地质素描图中，应 重点 反映 岩性、构造 、 层理、节理、 褶皱 、块状 、断层等参数，对于水文地质，在地质素描图中也应用相就说明。 通过地质素描资料的收集、对比，可以在一定程度上预测前方未开挖地段的地质状况，以便于及时调整施工方案。 目前，各单位均已将地质素描作为超前地质预报的一种辅助手段。 质罗盘 地质 罗盘 是进行 地质素描 必不可少的一种工具。借助它可以定出方向 （方位角） ，观察点的所在位置，测出任何一个观察面的空间位置 (如岩层层面、褶皱轴面、断层面、节理面等 构造 面的空间位置 )。 （ 1） 地质罗盘的结构 地质罗盘式样很多，我们常用的是圆盆式地质罗盘 仪。 如图 10由磁针、刻度盘、测斜仪、瞄准觇板、水准器等几部分安装在一铜、铝或木制的圆盆内组成。 5 图 10质罗盘结构图 a、 磁针 ： 按装在底盘中央的顶针上，可自由转动，不用时应旋紧制动螺丝，将磁针抬起压在盖玻璃上避免磁针帽与项针尖的碰撞，以保护顶针尖，延长罗盘使用时间。在进行测量时放松固动螺丝，使磁针自由摆动，最后静止时磁针的指向就 是磁针子午线方向。由于我国位于北半球磁针两端所受磁力不等，使磁针失去平衡。为了使磁针保持平衡常在磁针南端绕上几圈铜丝，用此也便于区分磁针的南北两端。 b、 水平刻度盘 ：从零度开始按逆时针方向每 10 度一记，连续刻至 360度， 80度分别为 ， 90 度和 270度分别为 ，利用它可以直接测得地面两点间直线的磁方位角。 c、 竖直刻度 盘 ： 专用来读倾角和坡角读数，以 位置为 0度，以 为 90度，每隔 10度标记相应数字。 d、 悬锥 ： 是测斜器的重要组成部分，悬挂在磁针的轴下方，通过底盘处的觇板手可使悬锥转动 ，悬锥中央的尖端所指刻度即为倾角或坡角的度数。 e、 水准器 ： 通常有两个，分别装在圆形玻璃管中，圆形水准器固定在底盘上，长形水准器固定在测斜仪上。 6 f、 瞄准器 ： 包括接物和接目觇板，反光镜中间有细线，下部有透明小孔，使眼睛，细线，目的物三者成一线，作瞄准之用。 （ 2） 地质罗盘的使用方法 1） 在使用前必须 进行磁偏角的校正 。 因为地磁的南、北两极与地理上的南北两极位置不完全相符，即磁子午线与地理子午线不相重合， 地球 上任一点的磁北方向与该点的正北方向不一致，这两方向间的夹角叫磁偏角。 地球上某点磁针北端偏于正北方向的 东边叫做东偏，偏于西边称西偏。东偏为 (+)西偏为(-)。 地球上各地的磁偏角都按期计算，公布以备查用。若某点的磁偏角已知，则一测线的磁方位角 的关系为 磁加减磁偏角。 应用 这一原理可进行磁偏角的校正，校正时可旋动罗盘的刻度螺旋，使水平刻度盘向左或向右转动， (磁偏角东偏则向右，西偏则向左 )，使罗盘底盘南北刻度线与水平刻度盘 0校正后测量时的读数就为真方位角。 2） 方位 角 的测量 是测定目的物与测者间的相对位置关系，也就是测定目的物的方位角 (方位角是指从子午线顺时针方向到该测线的夹角 )。 测量时放松制动螺丝，使对物觇板指向测物，即使罗盘北端对着目的物，南端靠着自己，进行瞄准，使目的物 、 对物觇板小孔 、 盖玻璃上的细丝 、 对目觇板小孔等连在一直线上，同时使底盘水准器水泡居中，待磁针静止时指北针所指度数即为所测目的物之方位角。 (若指针一时静止不了，可读磁针摆动时最小度数的二分之一处，测量其它要素读数时亦同样 )。 若用测量的对物觇板对着测者 (此时罗盘南端对着目的物 )进行瞄准时，指北针读数表示测者位于测物的什么方向，此时指南针所示读数才是目的物位于测者什么方向，与前者比较这是因为两次用罗盘瞄准测物时罗盘之南、北两端正好颠倒，故影响测物与测者的相对位置。 为了避免时而读指北针，时而读指南针，产生混淆，放应以对物觇板指着所求方向恒读指北针，此时所得读数即所求测物之方位角。 3） 岩层产状要素的测量 岩层的空间位置决定于其产状要素，岩层产状要素包括岩层的走向、倾向和倾角。测量岩层产状是地质 素描 的最基本的工作方法之一，必须熟练掌握。 岩层走向的测定 岩层走向是岩层层面与水平面交线的方向也就是岩层任一高度上水平线的延伸方向。 7 测量时将罗盘长边与层面紧贴， 然后转动罗盘，使底盘水准器的水泡居中，读出指针所指刻度即为岩层之走向。 因为走向是代表一条直线的方向，它可以两边延伸，指南针或指北针所读数正是该直线之两端延伸方向，如 图 10质罗盘的应用 岩层倾向 的测定 岩层倾向 是指岩层向下最大倾斜方向线在水平面上的投影， 恒与岩层走向垂直。 测量时，将 罗盘北端或接物觇板指向倾斜方向，罗盘南端紧靠着层面并转动罗盘，使底盘水准器水泡居中，读指北针所指刻度即为岩层的倾向。 假若在岩层顶面上进行测量有因难，也可以在岩层底面上测量仍用对物觇板指向岩层倾斜方向，罗盘北端紧靠底面，读指北针即可，假若测量底面时读指北针受障碍时，则用罗盘南端紧靠岩层底面，读指南针亦可。 岩层倾角的测定 岩层倾角是岩层层面与假想水平面间的最大夹角，即真倾角，它是沿着岩层的真倾斜方向 8 测量得到的，沿其它方向所测得的倾角是视倾角。视倾 角恒小于真倾角，也就是说岩层层面上的真倾斜线与水平面的夹角为真倾角，层面上视倾斜线与水平面之夹角为视倾角。野外分辨层面之真倾斜方向甚为重要它恒与走向垂直，此外可用小石于使之在层面上滚动或滴水使之在层面上流动，此滚动或流动之方向即为层面之真倾斜方向。 测量时将罗盘直立，并以长边靠着岩层的真倾斜线，沿着层面左右移动罗盘，并用中指搬动罗盘底部之活动扳手，使测斜水准器水泡居中，读出悬锥中尖所指最大读数，即为岩层之真倾角。 岩层产状的记录方式通常采用下面的方式： 既方位角记录方式，如果测量出某一岩层走向为 310 ，倾 向为 220 ，倾角 35 ，则记录为 35 或 310 35 或 220 35 。 测量岩层面的产状时，如果岩层凹凸不平，可把记录本平放在岩层上当作层面以便进行测量。 （ 4） 构造要素的测定 测方位 测量某物体的方位是野外地质工作者应具备的最基本的技能。在定点时，首先要做的就是测量观察点位于某地形或地物的方位。测量时打开罗盘盖，放松制动螺丝，让磁针自由转动。当被测量的物体较高大时，把罗盘放在胸前，罗盘的长水准器对准被测物体，然后转动反光镜，使物体及长 瞄准器都映入反光镜，并且使物体、长瞄准器上的短瞄准器的尖及反光镜的中线位于一条直线上，同时保持罗盘水平 (圆水准器的气泡居中 )，当磁针停止摆动时，即可直接读出磁针所指圆刻度盘上的读数，也可按下制动螺丝再读数。 测量岩层产状要素 岩层产状要素包括岩层的走向、倾向和倾角。岩层走向是岩层层面与水平面交线的延伸方向。岩层倾向是岩层面上的倾斜线在水平面上的投影所指方向。倾角是倾斜线与水平面的夹角。 测量岩层走向时，将罗盘的长边 (与罗盘上标有 N 的一条棱与层面紧贴，然后缓 慢转动罗盘 (注意：在转动过程中，罗盘紧靠层面的那条棱的任何一点都不能离开层面 )，使圆水准器的气泡居中，磁针停止摆动，这时读出磁针所指的读数即为岩层之走向。读磁北针或磁南针都可以，因为岩层走向是朝两个方向延伸的，相差 180 。 测量岩层的倾向时，罗盘如图 罗盘南端 (标有 S)的一条棱紧靠岩层面，这时长瞄准器指向与岩层的倾向一致，并转动罗盘，转动方法及原则同上。当罗盘水平、磁针不摆动时，就可读数。如图 1放置罗盘，应读磁北针所指的读数。当测量完倾向后，不要让罗盘离 9 开岩层面，马上把罗盘转 90 ， (罗 盘直立 )，如图 10罗盘的长边紧靠岩层面，并与倾斜线重合，然后转动罗盘底面的手把，使测斜器上的水准器 (长水准器 )气泡居中，这时测斜器上的游标所指半圆刻度盘的读数即为倾角。 在测量地层产状时，一般只需测量地层的倾向和倾角，而走向可通过倾向的数字加或减90 得到测量倾向和倾角，必须先测倾向，后测倾角。 若被测量的岩层表面凹凸不平，可把记录本平放在岩层面上当作层面，以便提高测量的准确性和代表性。如果岩层出露很不完整时，这时要找岩层的断面，找到属于同一层面的三个点 (一般在两个相交的断面易找到 )，再用记录本 把这三个点连成一平面 (相当于岩层面 )，这时测量记录本的平面即可。 第三节 必 测 项目的测点布置 地表沉降 （ 1）测点布置 地表沉 降 量测在隧道浅埋（ 2B）地段 为必测项目 ， 其他地段根据设计要求进行。 其测点的 横向布置范围在隧道中线两侧不小于 ，地表有控制性建（构）筑物时，应适当加宽；布置间距 2 5m，当地表有控制性建（构）筑物时，应适当加密。 布置应与拱顶下沉及周边收敛测量的测点在同一断面内。测点布置见图 10 测点埋设时，在地表钻（或挖） 20 50直放入 22，钢筋和孔壁之间可填充水泥砂浆，钢筋头打磨圆滑，露出地面 1用红油漆标记，作为测点。 图 10表沉降横向观测范围示意图 注：图中 10 地表沉降点应在开挖前布设在与洞内量测点相同的里程断面上，纵向距离按表 10 表 10表 沉降测点纵向间距 隧道埋深 H（ m） 量测断面间距（ m） 备注 2B0 50 B 2B 10 20 B 10 注： （ 2） 量测仪器的 选用 地 表沉降 通常 采用 精密 水准仪 和配套的精密水准尺 进行量测 。 （ 3） 监控量测的方法和实施 首先沿隧道轴线方向每隔 100 150M 埋设一个水准工作基点构成水准网，工作基点埋设在稳定的基岩面上并与隧道开挖线保持一定距离，以免受隧道施工影响工作基点的稳定，采用现浇混凝土方式埋设，工作基点按照二等水准测量规范联测 ,每 3个月复测一次，检测出现异常时必须先复查工作基点，特殊情况加密复测频率。 对每个断面上的监测点也按照二等水准测量规范进行观测，依次对每条断面上的监测点进行闭合或符合水准路线测量。地表下沉量测应在 开挖工作面前方 H0+h（隧道埋置深度 +隧道高度）处开始，直至衬砌结构封闭，下沉基本停止时为止。 量测频率 应与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同 ,初始读数应在开挖后 12 小时内完成。 拱顶下沉 及净空变化量测 拱顶下沉 的 量测目的 是 ：监视隧道拱顶的绝对下沉量，掌握断面的变行动态，判断支护结构的稳定性。 净空变化 量测 的 目的 是 ：根据收敛位移量、收敛速度、断面的变形形态，判断围岩的稳定性、支护的设计 （ 施工 ） 是否妥当 ，确定 衬砌的浇注 时间。 （ 1）测点布置 拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一里程断面上。断面间距按 表 10置。 表 10必测项目量测断面间距 围岩级别 断面间距（ m） 10 10 30 30 50 注： 洞口及浅埋地段断面间距取小值； 各选测项目量测断面的数量，宜在每级围岩内选有代表性的 1 2个； 软岩隧道的观测断面适当加密。 测点应根据施工情况进行合理布置，并能反映围岩、支护稳定状态，以指导施工。 水平相对净空变化量测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。 拱顶下沉测点 原则上布置在拱顶轴线附近，当跨度较大或拱部采用采用分 11 部开挖时，应在拱部增设测点。 采用全断面开挖方式时 ：净空变化 量测 可设一条水平测线 ，拱顶下沉测点设在拱顶轴线附近 ,见图 10-4(a） 。 当采用台阶开挖方式时 : 净空变化量测 在拱腰和边墙部位各设一条水平测线 ，拱顶下沉测点设在拱顶轴线附近 , 见图 10-4(b） 。 当采用 或 空变化量测 每分部一条水平测线 ，拱项轴线左右两侧各设一拱顶下沉测点，见图 10-4(c） 。 当采用侧壁导坑法施工时，净空变化量测在左右侧壁导各设一条水平测线，在左右 侧壁导坑拱顶各设一拱顶下沉测点；在开挖中部核土部分时，在隧道两侧边墙设一水平测线，在拱项设一拱顶下沉测点；见图 10-4(d） 。 拱顶下沉及 净空变化量测点可购买专用的埋设元件；也可自制： 采用 22 钢筋，长 30部用 8 钢筋焊接一个 大小约为边长 5用于挂尺。隧道开挖后 按要求 布 点，用电锺或风钻钻眼，深约 40后将 22 钢筋 插入孔内，并用砂浆 填充。 布点时 拱顶钢筋应垂直于水平面，三角形面与隧道走向一致，侧壁钢筋应垂直于隧道中线，三角形面与水平面平行，钢筋头 外露 2右。 埋设后应 采取保护措施（如用塑料袋包裹，以防喷浆时沾上水泥图 14 拱顶下沉量测及净空变化量测测线布置示意图 12 浆而引起量测误差）并做上 醒目 标 识 。 （ 2） 仪器配备 通常情况下，拱项下沉采用精密水准仪和钢挂尺测量，净空变化采用收敛计测量。 收敛计的产品有许多，目前，施工过程中用得较多的是数显收敛计，如图 10长度根据需要有 15m、 20m、 30m、 40m、 50m 等多种，测量精度可达 钢尺上每隔 20一定位孔，螺旋千分尺最小读数 距钢尺读数螺旋千分尺读数。 10显收敛 计 外观 图 10显收敛计工作原理 使用时，将收敛计两端挂钩挂于测点环上， 调整钢尺长度，使钢尺大致 拉紧，然后将尺孔销插入钢尺上相应的孔位中，并用尺卡将钢尺紧贴联尺架，防止钢尺与尺孔销脱离；钢尺联接好后， 旋进千分尺 ，使钢尺张 力 增加，当张力窗口中读数达到规定值时，即 进行读数。 读数完比，退回 千分尺 ，使钢尺张力减小，然后再 旋进千分尺 ，使钢尺张力增加，这样反复测量，读取三次读数，填入记录表内。 收敛计使用注意事项： 使用前必须仔细阅读说明书，了解有关张力、温度改正等有关参数，使用时按说明书进行操作。 要经常对钢尺进行保养，使其清洁，任何时候都应避免沿地 13 面拖拉钢尺。钢尺回收时，应用清洁的软布擦拭钢尺 和其他部位 ，去除表面的污物和水分。 每年应将收敛计送回厂家或专门的机构进行维修或检定一次。 第四节 必测项目的量测频率 及数据分析 测频率 各项量测项目的量测频率应根据位移速度和量测断面距开挖面距离， 分别按表 10两者取大值作为实施的量测频率。 表 10测频率（按距开挖面距离） 量测断面距开挖面距离（ m） 量测频率 （ 0 1） b 2次 /d （ 1 2） b 1次 /d （ 2 5） b 1次 /2 3d 5b 1次 /7d 注： b 隧道开挖宽度。 表 10量测频率（按位移速度） 位移速度（ mm/d） 量测频率 5 2次 /d 1 5 1次 /d 1 1次 /2 3d 次 /3d 次 /7d 据 整理、 分析 （ 1） 数据分析、处理的 意义 由于测量偶然误差 和测量误差的原因， 现场量测所取得的原始数据，不可避免的会具有一定的离散性， 从而 绘制的 曲线 散点总是上下波动和不规则 。因此，应对所测数据进行一定的数学 分析和 处理。 （ 2）数据分析、处理的 主要内容 1） 根据量测值绘制时态曲线； 2） 选择回归曲线，预测最终值，并与控制基准进行比较； 14 3） 对支护及围岩状态、工法、工序进行评价； 4） 及时反馈评价结论，并提出相应工程对策建议。 （ 3）数据分析、处理的 目的 1） 确定量测数据的可靠性； 2） 根据量测数据的 变化规律 （时态曲线） ，判定围岩和 初期支护 的 稳定 性； 验证施工方案的可靠性，为优化设计提供依据； 3） 根据量测点据掌子面的距离、围岩变化速率，确定量测频率和二衬砌 施作时间 ； 4） 根据（预测）围岩的变形极限，确定量测结束时间。 （ 4） 数据分析、处理的方法 量测数据分析、处理主要采用 回归分析法 ，回归分析主要 采用指数模型、对数模型、双曲线模型、分段经验公式等。 由于地下工程 (隧道 )开挖过程中地表纵向沉降、拱顶下沉及净空变化等位移受开挖工作面的时空效应的影响，多采用指数函数进行回归分 析。具体方法见 铁路隧道监控量测技术规程 （ 0121条文说明部分。 目前，对量测取得的数据，均采用专用软件分析。 （ 5）数据分析、处理的实施步骤 1）数据整理： 监控量测数据取得后，应及时进行分析校对和整理，并注明量测开始时间、开挖方法、各部施工工序特别是开挖牚子面距量测点的距离等信息。 每次观测后，应立即对数据进行校核，发现异常，应及时补测。 每次观测后应及时对观测数据进行整理，包括观测数据计算、填表制图、误差处理等。 2） 数据的曲线拟合。在取得一定监测数据后，应绘 制位移或应力时态变化曲线图，如图 6所示。然后寻找一种能够较好反映数据变化规律和趋势的函数关系式，对下一阶段的监测数据进行预测，防患于未然。 时 间 （ T ）位移（应力）基准值图 10态回归曲线示意图 15 插值法。 通过已测数据的分析 ， 预测未来某天的量测数据 。 计算沉降及收敛变形的速度、加速度曲线，进行稳定性判断 ，确定管理等级 。 第五节 量测数据的应用 监控量 控制基准 （ 1） 极限相对位移控制基准 极限相对位移值 （ 是指拱顶下沉的最大值相对隧道高度的百分比、或水平净空变化最大值相对隧道开挖宽度的百分比。极限相对位移值是 一个经验统计值， 结合变化速率， 主要用于 判断 量测 数据的可靠性、确定初期支护的稳定性、判断监控量测的结束时间等。 表 10跨度 B 7围 岩 级 别 埋 深 h（ m） h 50 50h 300 300 h 500 拱脚水平相对净空变化值（ %） 顶相对下沉（ %） ： 本表适用于复合式衬砌的初期支护，硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较大值。表列数值可在施工中通过实测资料积累作适当修正。 拱脚水平相对净空变化指两 侧 拱脚 测点间净空水平变化值与其距离之比；拱顶相对下沉指拱顶 下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比 。 墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化值乘以 表 10跨度 7mB 12围 岩 级 别 埋 深 h （ m） h 50 50h 300 300 h 500 拱脚水平相对净空变化值（ %） 顶相对下沉（ %） 16 ： 本表适用于复合式衬砌的初期支护，硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较大值。表列数值可在施工中通过实测资料积累作适当修正。 拱脚水平相对净空变化指两 侧 拱脚 测点间净空水平变化值 与其距离之比；拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比 。 墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化值乘以 表 10 10目前国内统计（ 铁路隧道设计规范 ）的跨度小于 12m 的不同埋深的安全 极限相对位移，对于跨度大于 12m 对的铁路隧道，目前还没有统一的位移判定基准 ， 可在施工中通过实测资料积累 经验 。根据锚杆喷混凝土支护技术规范 ( 0086隧道周边允许位移相对值的判定基准如表 10表 10隧道 周边允许位 移相对值（ %） 围 岩 级 别 埋 深 h （ m） h 50 50h 300 300 h 500 拱脚水平相对净空变化值（ %） ： 周边位移相对值系指两测点间实测位移累计值与两测点距离之比，两测点的位移值也称为变化值。 脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。 本表适用于高跨比为 级围岩跨度不大于 20m； 级围岩跨度不大于 15m； 级围岩跨度不大于 10m. 对于 I、 围岩 和表中以外 根据实测数据的综合分析或工程类比方法确定允许值。 实施过程中，在表 1010 中查取极限相对位移的百分比值 K，然后乘上隧道开挖宽度 B，即得 该处的隧道极限位移值 B，比如，有一隧道开挖宽度为 10m,在 级围岩地段的安全极限位移为 10m=(m=(20 50)测最大位移值或回归预测最大位移值不应大于此值，否则，应仔细分析量测数据的可靠性，或对施工现场采取必要的 预防 措施。 （ 2） 测点距开挖面距离的控制基准 经研究， 初期支护极限相对位移距开挖面的距离有表 10 表 10移控制基准 类别 距开挖面 1B（ 距开挖面 2B（ 距开挖面 较远 允许值 65%0%00% :U。为极限相对位移值。 化速率 17 变化速率是指在一定时间内量测数据发生的变化值，用 mm/化速率 越快，说明围岩变形越快，当 变化速率 趋近于 0时，说明变形也基本稳定。 形等级管理 监控量测的主要目的就是保证施工安全，因此，对监控量测 实施三级管理。 三级管理可通过极限位移值、位移速 度 、 位移速度变化率等综合考虑，无论哪种方法，一旦达到 I 级管理状态，必须立即停止掌子面掘进施工。 （ 1）通过极限位移值管理 主 要根据测点的累计位移值 U、测点距开挖面的距离来判定，如表 10示 。 表 10移管理等级 等级管理 距开挖面 1B 距开挖面 2B 采取措施 U 可减少监测频率，继续施工 1B/3 U 2 U 2 加强监测频率，加强支护措施 I U 2 U 2 加强监测频率 ， 暂停 掘进 施工 注： （ 2）通过 位移 速度 管理 ： 净空变化速 度 小于 d，拱顶下沉速 度 小于 d， 围岩基本达到稳定。可正常施工。 净空变化速 度 在 d 加强监 控量测频率。加强支 护措施。 I 级：净空变速 度 持续大于 d 时，围岩处于急剧变形状态，应加强监 控量测频率 。应加强支护 措施。 （ 3） 通过位移 速度 变化 率来管理 当围岩位移速 速度 不断下降时（ 0），围岩趋于稳定状态； 当围岩位移速 度 保持不变时（ 0），围岩不稳定，应加强支护； 当围岩位移速 度 不断上升时（ 0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。 衬施作时间及量测结束时间的确定 （ 1）二衬施 作 时间 各测试项目显示位移速度明显减缓并已基本稳定 、 各项位移已达到预计位移量的 80 90（预计位移量可通过回归分析得到） 、 位移速度小于 施作二衬。 在 膨胀性围岩 和 地应力大的围岩中 初期支护变化时间长，必要时 ,可提前施作衬砌砼 ，但监控量测在二衬施作后应继续进行。 18 （ 2）监控量测结束时间 只有下列条件同时满足时，方可结束某一断面的监控量测： 1）测点距开挖面距离小大于 5B； 2） 当 净空 变化速 度 小于 d、 拱 顶下沉速 度 小于 5 天； 3）位移累计值达到预计最大位移量（可通过回归分析预测）的 90%以上； 监控量测注意事项 （ 1）监控量测的主要目的是保证隧道施工安全，因此，应按设计或规范要求及时进行信息反馈，以便及时采取工程应对措施。 （ 2） 监控量测资料已作为竣工文件之一，因此，施工过程中应根据业主要求，加强资料收集、整理工作。 （ 3） 监控量测数据必须按 照规定的频率连续 、 不间断采集 。为提高观测数据的准确性，减少误差， 监测务必做到四固定 ：固定观测与录入人员、固定监测仪器、固定 测量方式与线路、固定测量水准基点和工作基点，使监测工作在基本相同的情况下完成。 (4) 监控量测时与录入人员应有高度的责任感，实事求是开展工作， 严禁弄虚作假， 确保数据的真实性 。 （ 5）对监控量测的数据要按“四及时”的原则进行分析和处理，即 “观测数据 及时录入 、监测 及时预分析 、对异常数据应 及时查找原因 、对异常监测点 及时复测 ”。 第六节 非接触量测 述 采用传统的方法进行隧道监控量测，具有成本低的主要优点，但在目前许多 大断面隧道 、且工期要求非常紧的情况下，用传统的方法其缺点也十分突出，主要表现 在： （ 1） 由于隧道断面，高度大，拱脚部位的测点在下台阶开挖后往往无法量测，拱顶下沉量测也非常困难。 （ 2）量测时间长，对隧道的正常施工有一定干扰。 （ 3）由于 人工拉尺读数 ， 测量结果容易受人为因素影响 。 （ 4）不能进行三维观测，无法真正了解隧道的变形状态。 为满足现代隧道快速、大跨、安全施工需求 ，现已越来越多地采用非接触监控量测。 又叫全站仪三维非接触量测 。 可用于隧道拱顶下沉量测、隧道净空变化量测、隧道断面 检查 、 掘进 19 掌子面断面放样等。 接触量测的工作原理 所谓非接触监控量测 就是 将全站仪安 置在任意测站点，整平后， 观测已知点的方向 、 距离和高程 ，通过 反算，得出 该测站 点 仪器中心的坐标 和标高 ；然后观测被测点，根据测点的方向、距离计算出各测点的三维坐标，从而得出 测点的三维位移矢量或测点相对收敛值，准确、快速地为施工提供参考数据。 非接触量测的实施 (1)埋设测点 测点的布置按 拱顶下沉、净空变化量测的埋点时间要基本一致。埋点前， 应先制作 反射靶标， 用 30 70表面上 贴上 60 60量专用 反光片 ，中间钻直径为 3孔；埋点有两种方法，一种是直接用膨胀螺栓将反射靶标锚固在初期支护的表面，另一种方法是在初期支护中预埋 2 4左右大小的钢筋（或用电锤钻孔埋设），然后将 反射靶标点焊在钢筋上。 （ 2） 固定 基点 为 方便、快速进行 非接触量测，应在洞外或已成型、稳定的二衬砌地段设一基点，作为量测时全站仪的 后视基点 。基点应有确定的三维坐标（水平面坐标和标高），基点应经常复核，防止位移而发生观测数据不准。基点至全站仪之间应通视良好。 （ 3）自由设站 以尽量不影响隧道施工为前提，将全站仪自由架设在隧道内任意位置，整平后即可。为了消除膜片 倾斜对测距的影响， 同一测点在 每次量测时测站位置应大致相同。 （ 4）测 量数据 观测前，对全站仪进行调校，使仪器处于最佳状态。观测时，打开仪器的角度改正及补偿器功能，并对仪器进行气压和温度的气象改正。观测采用记录测量模式，所有观测数据均存储在模块内。观测时以反射靶标中心小孔为照准点，采用双盘测回结合三次重复照准的冗余观测方法，即每一测站上分别用两个盘位连续、重复照准三次目标点，然后取平均值作为一次设站观测的结果。为提高测量精度，每次监测时，应在同一位置三次重复设站。 （ 5）数据处理和分析 将每次测量记录按要求输 入装有相应后处理程序的计算机，计算机将自动分析量测数据，并相应输出量测成果，并打印报表。 20 非接触量测的频率按第四节的要求进行，量测数据的应用按第五节的要求进行。 免棱镜 非接触量测 免棱镜 非接触量测就是非接触量测时不需要棱镜即 反射靶标，其方法和原理与前述 非接触量测的方法和原理相同， 不同点 有： 1）所使用的全站仪 功能 不同。 免棱镜非接触量测必须是具用“ R”系列全站仪，如常用的站仪或 站仪，具有免棱镜测量功能。 2、免棱镜非接触量测可以不用反射 靶标 ， 可选取围 岩检测断面上的锚杆接头或钢筋作为直接反射部位，或按有关要求将在隧道内进行的布点位置处用砂浆抹平，做好照准标记，每次量测 照准同一位置即可 。 3、数据处理可采用 可编程计