隧道监控量测应用的研究综述

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1、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

2、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19

3、63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1942～1945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。1948～1953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。1953～1955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

4、而获得成功。1957～1965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70～80%)，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

5、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：①涌水量大的地层；②因涌水产生流沙现象的地层；③围岩破碎使锚杆钻孔和插入都极为困难场合；④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

6、、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

7、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