隧道监控量测应用的研究综述.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除隧道监控量测应用的研究综述摘 要：近年来，交通建设事业在我国快速的发展，开挖了大量的公路及铁路隧道。隧道监控量测的应用在极大程度上为施工的正常进行提供了安全保障，对隧道开挖施工具有非常重要的指导意义。本文在阅读大量文献的基础上并结合施工现场监控量测的经验，综述了隧道监控量测在施工中的应用，主要包括监控量测应用发展历史及现状、监测内容及方法、存在的问题等。关键词：隧道；监控量测；综述1 引言目前，人类开挖了大量的隧道及地下空间。然而，开挖的隧道多数处于复杂的地质环境中而且在隧道开挖前几乎没有可供使用的基本信息。二十世纪六十年代初，由L.V. 拉布采维茨正式命名的新奥法（NATM）在隧道开挖中应用并快速的发展。作为新奥法必不可少的重要组成部分，监控量测也获得了快速的发展。自上个世纪八十年代，我国也开始逐步采用新奥法施工，并且经历近三十年的发展，已经形成了一整套的信息化施工方法。信息化施工的关键是进行现场监测，它可以解决隧道及地下建筑从局部到整体的力学、设计和施工的问题。只有及时获取可以反映隧道围岩的整体稳定性的有用信息，我们才能了解隧道开挖的动态，因此许多隧道开始应用新奥法施工。新奥法更注重现场测量来预测围岩稳定性的问题。毫无疑问，在隧道和地下工程中，没有监控，我们就无法处理复杂的问题。2 监控量测发展历史及应用现状2.1 发展历史新奥法（NATM）这一概念于1963年被L.V. 拉布采维茨正式命名。监控量测作为新奥法的关键，也随之广泛的应用于施工中。监控量测的发展离不开新奥法的发展。1934年，新奥法主要创始人 L.V. 拉布采维茨在就试图将喷浆方法用于地下工程。他在19421945年建造的洛伊布尔隧道中采用了双层薄衬砌，即先喷一层混凝土，待变形收敛后再喷一层。1944年，他发表了有关喷混凝土的论文，并指出了围岩动态随时间变化的重要性。1948年，又指出了量测工作的重要性。19481953年喷混凝土在奥地利首次用于卡普伦水力发电站的默尔隧洞。19531955年修建普鲁茨-伊姆斯特电站的有压输水隧洞时，按照拉布采维茨的建议，充分采用锚杆而获得成功。19571965年是着手发展新奥法的时期。拉布采维茨于1963年将这一方法正式命名为新奥地利隧道施工法。喷混凝土、锚杆、量测被认为是新奥法的三大要素。它产生和发展的历史与这三者密切相关，但是很多人把喷锚支护误解为新奥法的同义语，而忽略了监控量测这一重要环节。2.2 应用现状经20多年的实践和推广，新奥法已在欧洲一些国家如奥地利、联邦德国、瑞典、瑞士、法国等的山岭隧道中普遍使用(占7080%)，并已用于地下铁道，且取得沉降量特别小的显著成果。日本从1976年以来，已有近100座隧道采用了新奥法。中国从60年代初开始推广喷锚支护新技术，到1981年底，采用喷锚支护的地下工程和井巷的总长度已接近7500公里。2012年以来，又在普济、下坑、大瑶山等铁路隧道采用新奥法进行施工。新奥法的适用性很广，中国已在亚粘土和黄土隧道施工中取得成功。但在下列情况下，一般都应采取适当的辅助措施才能施工：涌水量大的地层；因涌水产生流沙现象的地层；围岩破碎使锚杆钻孔和插入都极为困难场合；开挖面不能自稳的围岩。3 监测内容及监测方法3.1 监测内容国内外隧道施工监控量测的内容主要分为必测项目和选测项目。必测项目有：洞内外观察、周边位移、拱顶下沉、地表下沉；选测项目有：钢架内力及外力、围岩体内位移、围岩压力、两层支护间压力、锚杆轴力、支护和衬砌应力、围岩弹性波速度、爆破震动、渗水压力和水流量。目前进行得最多的、最有效的有隧道工作面地质观察、拱顶下沉、周边收敛等，地质复杂的地段增加辅助措施，如地质雷达、红外探水、TSP等物探方法。其他选测项目主要进行一些科研工作时才会实施。比如南村隧道11为方便施工，加快施工进度，其监测内容只包括了地质和初期支护观察与素描、周边位移及拱顶下沉量测、浅埋段地表下沉这三方面。3.2 监测方法监测方法主要包括两部分：一是借助仪器进行现场数据采集；二是数据处理。目前国内外采用的监测仪器大体有以下下几种：位移测量，主要采用经纬仪、水准仪、全站仪、塔尺、钢尺、收敛仪、百分表等测量设备，塔尺和水准仪仍然是国内外进行隧道拱顶下沉的主要仪器。而挂牌岭隧道5的监控量测采用徕卡TCA2003 全站仪对拱顶沉降进行非接触测量，相比于其他测量仪器，全站仪具有精度高、受干扰小、测量简便等优点。应力、压力、应变的量测则采用各式各样的压力计和应变计等，根据其传感器的种类可以分为电测试和机械测试，其中电测试可以分为电阻方式、电感方式、电容式以及新型的压电式和压磁式；机械式主要是钢弦式。在数据的处理上，位移测量一般是进行现场的数据采集后，绘制成位移时间、速率时间曲线，然后进行相关的回归分析，以求对隧道支护体系的稳定性及支护时机等有所指导。其他测量则主要是通过相关的换算公式，将现场测试数据转化为应力、应变等。3.2.1 监测位置的选择几个有代表性的测量点必须固定在每个监测断面。测量线通常由水平线和三角形线组成，如图1所示19。与水平线比较，三角形测量线具有准确检查监测数据的优点。图1.隧道围岩的收敛监测布置图3.2.2 数据处理数据的处理在通常情况下都是借助一些计算机软件或程序进行的。不同的隧道所采取的数据处理软件也会不同，但是其基本流程都具有相似性，一般都会有如图2所示的过程6。采取技术措施预测变形量反分析施工施工监测调整施工参数与基准值比较是否安全图2.数据处理反馈流程图4 存在的问题4.1 监控量测与隧道设计施工的关系根据我国隧道施工规范中规定：采用复合式衬砌的隧道，施工、设计单位必须紧密配合隧道监控量测，共同研究，分析各项量测数据，确认或修改支护参数。然而在实际隧道施工中，大多数的隧道监控量测数据很少被应用于修改支护的设计参数，一些隧道在施工中少做甚至不做监控量测。监控量测与设计、施工完全分隔开，因此难以做到三者之间的有机结合，使得监控量测成为无用功。4.2 量测方法及仪器精度在实际的施工过程中，监测方法的实施完全是在适应施工的进行，并且为了便利施工的开展进行了大量的修改，以至于丧失了监测方案中的某些要求。特别是在一些地质条件极差的区段，隧道监控量测方法需改进，而面对塌方和涌水等十分危险的地段，监测无法做到实时进行，只能等到治理完成后进行，因此造成治理过程中的数据无法采集。仪器的精度及其自动化程度有待提高，部分仪器的环境适应能力较差，急需改善。现有的一些自动化程度较高的量测仪器及系统因成本或现场条件等因素普及率很低。这种种的原因往往会造成收集的数据因不准确而无法真实反映围岩的状况。4.3 数据处理技术有待提高目前大多数隧道监测数据是借助电子表格Excel处理的，并且一般会直接用该软件自带的曲线回归函数进行回归分析。这就导致数据处理的结果不能很好的反映隧道围岩的状况，缺乏可信度。当然，面对这种情况，一些科研院校或单位也有开发出对于某一隧道监测数据进行较准确分析的软件，但是或因使用范围狭小、或因数据采集周期长等原因无法推广使用，对现实的施工指导意义不大。与此同时，一些施工单位在施工中只是单纯的进行数据采集而不对数据进行分析处理，仅仅凭借经验判断位移值的大小是否满足安全及经济的需求，故而更没有可靠度而言。5 总结本文简单阐述了隧道监控量测在应用中的发展历史、现状、监测内容及方法、存在的问题等。因不同的隧道工程在监控量测这一方面凸显的问题也会不同，所以此文提到的内容均体现了一些共性的方面。自新奥法施工推广以来，监控量测作为其必不可少的重要组成部分，也获得了快速的发展。然而在实际施工过程中，因种种原因，监控量测在很多方面做得还不足，使其比较严重的滞后于隧道的设计和施工，致使一些可以避免的安全隐患时常发生，造成了人员伤亡和经济损失。因此，监控量测必须给予更多的重视，加强在监控量测这一方面的研究，使其更好的服务于隧道的施工。参考文献1 曾义，斑竹林隧道新奥法施工监控量测与分析研究，重庆；重庆交通大学，20082 傅新军，杨春，大断面隧道施工监控量测，南京；铁道建筑技术，20073 王建宇，对隧道工程中监控量测问题的讨论，成都；现代隧道技术，20084 武科，马明月，李术才，付家冲隧道监控量测与稳定性评价，济南；地下空间与工程学报，2012（6）5 邵传恒，挂牌岭隧道监控量测，沈阳；辽宁省交通高等专科学校学报，2010（6）6 王梦恕 等，中国隧道及地下工程修建技术，人民交通出版社，20107 熊君，孟阳君，监控量测在洞冲里隧道施工中的应用，益阳；湖南交通科技，2011（9）8 胡曙光，杜宇飞，监控量测在马尾寨隧道施工中的应用，南昌；公路交通技术，20099 张英富，马鞍山隧道监控量测技术研究，武汉；土工基础，2010（4）10 刘青，福禄岭隧道监控量测与分析研究，武汉；武汉理工大学，201111 樊宇，王义海，南村隧道监控量测方法，北京；工程测量与检测，201112 邵国强，破碎围岩隧道监控量测方案设计，山西建筑，2007（5）13 陈平，韦永鹏，陈霞，浅谈铁路隧道监控量测，兰州；甘肃科技，2011（1）14 张爱凤，浅析隧道监控量测的项目及应用，秦皇岛；公路交通科技，201115 胡百万，魏清华，刘丽，施家梁隧道监控量测及其应用，重庆；西部探矿工程，200716 叶樵，隧道工程监控量测工作实施与控制，北京；铁道工程学报，2009（7）17 李根照，张学雷，隧道监控量测方法及数据处理分析，郑州；科技信息，201118 林在庚，新奥法隧道监控量测施工实践，泉州；科技信息，200719 ZHANG Zhigang, QIAO Chunsheng,NEI Lei, Study on Tunnel Monitoring Method and Its Application to Informational Construction,Beijing; Beijing Jiaotong University,200620 Hoek E, Brown E T. Underground Excavation in Rock. London: Inst.Min.Metall.Stephen Austin and Sons, 198021 Cai Meifeng,He Manchao,Liu Dunyan. Rock Mechanics and Engineering Beijing, Science Press, 200222 W. Su, Y. Sankarasubramaniam, et al. Wireless sensor networks: a survey J. Computer Networks-The International Journal of Comp