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摘要：隧道工程是一种特殊的工程结构体系。从岩体力学的角度看，它是处于与围岩相互作用的体系之中的结构物；从地质力学的角度看，它是处于千变万化的地质体之中的工程单元体。本文主要对隧道工程洞内周边位移及拱顶下沉测量的技术进行探讨。
关键词：隧道工程 位移及拱顶下沉测量
某隧道为上下行双管六车道隧道，行车道中线间距52.25m，左线隧道长2330m，右线隧道长2275m；最大埋深约180m。在左右线进口和右线出口段分别有南坪立交E、F匝道隧道分别为422.214m、500m，白石岭隧道由南向北，起于南坪立交北，穿过白石岭。白石岭隧道为上下行双管六车道隧道，行车道中线间距52.25m，左线隧道长320m，右线隧道长360m；最大埋深约70m。
隧道开挖后，围岩和支护的变形，不仅随围岩类别和开挖宽度而异，而且与施工方法、初期支护、辅助施工措施等密切相关。洞内周边位移和拱部下沉观测是为确定围岩稳定、掌握支护效果而进行的，它贯穿于整个过程的设计阶段，是对设计支护参数的确认（或修正）以及施工方法验证（或改进）的依据。
1、观测点的布置
周边位移和拱顶下沉量测断面的纵向间距按下表采用。
周边位移和拱顶下沉量测断面纵向间距
围岩类别 洞口附近或埋深小于2B 其它
Ⅱ类围岩 10m 20m
Ⅲ类围岩 10m 20m
Ⅳ类围岩 10m 50m
B为隧道开挖宽度。
周边位移和拱顶下沉量测的测线布置见下图。
Ⅱ类围岩四车道断面拱顶下沉、周边收敛量测测线布置图
Ⅱ类围岩三车道断面拱顶下沉、周边收敛量测测线布置图
Ⅲ、Ⅳ类围岩拱顶下沉、周边收敛量测测线布置图
Ⅱ类围岩四车道断面布置10条周边收敛量测水平测线和4个拱顶下沉测点，Ⅱ类围岩三车道断面布置6条周边收敛量测水平测线和3个拱顶下沉测点，Ⅲ、Ⅳ类围岩断面布置1条周边收敛量测水平测线和1个拱顶下沉测点。
拱顶下沉观测是用水准测求出设在拱部测标的绝对高程的变化。测标按拱顶下沉观测点埋设图（下图）设立。钢筋的底瑞做成圆锥形带一个很小的圆头，便于倒尺测高。
拱顶
· ·· ·
· ···水泥沙浆
· · ··
···· ·
钢筋 头上染白漆
小圆头
拱顶下沉观测点埋设图
周边收敛量测点用Φ14mm的长杆膨胀螺栓，在顶端加工一个M6×25左右的螺孔，把不锈钢挂钩拧上。埋设时，在测点位置用冲击钻打一个稍大于膨胀螺栓的孔，然后将膨胀螺栓拧紧，在岩石破碎较严重的地方，可用冲击钻打一个较深较大的孔，然后用快干水泥砂浆将测头埋入，待沙浆凝固即可。
观测点应统一编号，随着施工进度的发展，有些观测点会因为各种原因被破坏，从而失去观测价值，因此需要不断对观测点位进行维护，观测点位的选择和保护对观测工作的连续性和正确性至关重要。
如观测点在施工过程中遭到破坏，应尽快在原位置处或尽量靠近原测点处补设，以保证观测数据的连续性。
2、拱顶下沉观测
测标的安设应能保证爆破后24小时内和下一次爆破之前测读初次读数，并安设在距开挖工作面2m的范围内。在位移区50m以外设立稳固的水准点（或利用稳定的中线点），尽量做到一次安置水准仪就可测得观测点的高程，没有这种可能时，也可设立工作基点，其高程用水准基点经常检查。
测标和水准点（或工作基点）的高差按三等变形测量的要求进行观测，采用倒尺测量。
观测内容包括两部分：一是水准基点与工作基点联测，称为基准点观测；一是根据工作基点测定观测点的沉降位移，称为观测点观测。
为减少外界条件对观测成果的影响并使观测中的系统误差减到最小，观测时，应遵循下列要求：
（1）采用相同的观测路线和观测方法，在基本相同的环境和条件下进行；
（2）使用固定的人员、仪器和标尺；
（3）固定设站位置。
根据沉降观测各次观测路线相同的特点，在拟定第一次水准测量路线时，必须顾及以后重复水准测量最好是沿同一路线进行，而且宜在基准点观测和观测点观测的水准路线上埋设固定的置镜点和立尺点，并作上简易标志，这样既省去每次选点的时间，同时各次的前后视距离相同，又有利于提高观测精度。
水准基准点的观测精度按《工程测量规范》第九章执行，基准点的测量采用二等变形观测精度进行测量，水准基准点观测的精度要求依据下表的规定执行。
水准基准点观测的精度要求
变形测量等级 相邻基准点
高差中误差
（mm） 测站高差
中误差
（mm） 环线
闭合差
（mm）
二等 ±0.5 ±0.13 ≤0.30
n为测站数。
水准基点控制网布设为闭合环，水准闭合环中相邻基准点的站数不大于12站。
基准点水准测量采用Trimble DINI 12电子水准仪（0.3mm/km）和配套的条码铟钢水准尺进行作业，水准测量的各项技术要求依据下表的规定执行。
基准点水准测量技术要求
变形测量
等级 视线长度
（m） 前后视距差
（m） 视距累计差
（m） 视线高度
（m） 基准点间
观测站数
二等 ≤30 ≤0.5 ≤1.5 ≥0.5 偶数
n为测站数。
相邻基准点的高差较差不得大于1 mm，否则应分析原因，以保证沉降变形点起算数据的可靠性。
沉降变形点的观测精度按《工程测量规范》第九章执行，沉降变形点的测量采用三等变形观测精度进行测量，沉降变形点观测的精度要求依据下表的规定执行。
沉降变形点观测的精度要求
变形测量等级 高程
中误差
（mm） 相邻点
高差中误差
（mm） 测站高差
中误差
（mm） 环线
闭合差
（mm）
三等 ±1.0 ±0.50 ±0.30 ≤0.60
高程中误差系指沉降变形点相对于最近工作基点的高程中误差。
n为测站数。
沉降变形点测量布设为水准闭合环，每次从同一工作基点出发，经过各观测点后再闭合至該工作基点（即每次沉降观测用同一个工作基点起算），每个闭合环测站数不多于42站。采用Trimble DINI 12电子水准仪（0.3mm/km）和配套的条码铟钢水准尺进行作业，沉降变形点测量的各项技术依据下表的规定执行。
水准测量主要技术要求
变形测量
等级 视线长度
（m） 前后视距差
（m） 视距累计差
（m） 视线高度
（m）
三等 ≤50 ≤1.0 ≤3.0 ≥0.3
为提高初始值的可靠性，沉降观测首次观测时，观测次数为往返各一次。观测顺序为后、前、前、后。从第二次观测开始，按单程进行观测。
每次观测前，均须对水准观测的仪器进行i角检查，水准观测仪器i角不得大于15″。
开始作业前或改变作业环境时（如温差变化较大），需要将仪器在作业场地架设20分钟后，使仪器与外界气温趋入一致，方可进行观测。观测时，采用测伞遮挡阳光。
在连续各测站上安置水准仪的三脚架时，使其中两脚与水准路线的方向平行，而第三脚轮换置于路线方向的左侧和右侧。
仪器架站和立尺点的位置应该避开有危险的地方，避开震动源。
每次沉降观测应该详细记录施工进度情况。
量测频率为：
1～15天：1～2次/天；16～30天：1次/2天；31～90天：1～2次/周；
91天以后：1～3次/月。直到三次周期观测证实沉陷完全停止为止。
3、洞内周边收敛观测
选用隧道收敛计进行洞内周边收敛观测，测量时，每个测点连续测量3次，取平均值作为本次测量值。
确定初值时，同时记下当时的温度值，以后每次进行收敛观测时也同时测量环境温度，通过温度修正的数据才能与初始值进行收敛变化的比较。
当采用二台以上收敛计相互使用时，先作比较修正后方可正式使用。
洞内外温度相差较大，到达测试现场后，应将收敛计保护箱打开，放置15分钟以上后才能进行观测，以消除温度影响。
每次量测均采用相同的机身位，以抵消机身旋转引起的量测误差。
收敛值为两测点在某一时间内的距离的变化量。设T1时的观测值为L1，T2时的观测值为L2，则收敛值△L＝L1+L2
收敛速度△V(t)＝△L/△T 其中： △T=T2-T1
量测频率为：
1～15天：1～2次/天；16～30天：1次/2天；31～90天：1～2次/周；
91天以后：1～3次/月。直到三次周期观测证实完全停止位移为止。
4、锚杆拉拔试验
按10m一个布置监测断面，每个断面至少检测三根锚杆。
采用锚索拉力计进行锚杆拉拔试验。
对锚索拉力计，在设备运送现场后，为确保运送过程及安装过程设备的正常性，一般情况下应作两次稳定测试。第一次是在设备开箱后进行，其频率读数与厂商给定的初始值相差不大是正常的；第二次是在安装好后测力计未受力的情况下进行，一般连续读数2～3，取平均值作为其零点值（初始值）。
安装时在拉力计下端应有承压板，上端也应有承载板。在拉力计安装好并锚杆施工完成后，進行锚杆预应力张拉，这时要记录锚杆拉力计上的初始荷载，同时要根据张拉千斤顶的读数对拉力计的结果进行校核。
在安装过程中要随时进行拉力计监测、观测是否有异常出现，如有则立即采取措施。锚索安装时必须从中间开始向周围锚索逐步对称加载，以免偏心受力。
5、结语
隧道的监控测量是保障隧道建设成功的重要手段。目前隧道的监控测量技术得到了很大发展，监测内容也逐渐丰富，但是因为隧道施工的未知性和不确定性，也存在许多有待改进的地方值得我们不断探索与改进。
参考资料
（1）《公路隧道施工技术规范》（JTJ 042-1994）；
（2）《工程测量规范》（GB50026-93）；
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：隧道工程 位移及拱顶下沉测量
某隧道为上下行双管六车道隧道，行车道中线间距52.25m，左线隧道长2330m，右线隧道长2275m；最大埋深约180m。在左右线进口和右线出口段分别有南坪立交E、F匝道隧道分别为422.214m、500m，白石岭隧道由南向北，起于南坪立交北，穿过白石岭。白石岭隧道为上下行双管六车道隧道，行车道中线间距52.25m，左线隧道长320m，右线隧道长360m；最大埋深约70m。
隧道开挖后，围岩和支护的变形，不仅随围岩类别和开挖宽度而异，而且与施工方法、初期支护、辅助施工措施等密切相关。洞内周边位移和拱部下沉观测是为确定围岩稳定、掌握支护效果而进行的，它贯穿于整个过程的设计阶段，是对设计支护参数的确认（或修正）以及施工方法验证（或改进）的依据。
1、观测点的布置
周边位移和拱顶下沉量测断面的纵向间距按下表采用。
周边位移和拱顶下沉量测断面纵向间距
围岩类别 洞口附近或埋深小于2B 其它
Ⅱ类围岩 10m 20m
Ⅲ类围岩 10m 20m
Ⅳ类围岩 10m 50m
B为隧道开挖宽度。
周边位移和拱顶下沉量测的测线布置见下图。
Ⅱ类围岩四车道断面拱顶下沉、周边收敛量测测线布置图
Ⅱ类围岩三车道断面拱顶下沉、周边收敛量测测线布置图
Ⅲ、Ⅳ类围岩拱顶下沉、周边收敛量测测线布置图
Ⅱ类围岩四车道断面布置10条周边收敛量测水平测线和4个拱顶下沉测点，Ⅱ类围岩三车道断面布置6条周边收敛量测水平测线和3个拱顶下沉测点，Ⅲ、Ⅳ类围岩断面布置1条周边收敛量测水平测线和1个拱顶下沉测点。
拱顶下沉观测是用水准测求出设在拱部测标的绝对高程的变化。测标按拱顶下沉观测点埋设图（下图）设立。钢筋的底瑞做成圆锥形带一个很小的圆头，便于倒尺测高。
拱顶
· ·· ·
· ···水泥沙浆
· · ··
···· ·
钢筋 头上染白漆
小圆头
拱顶下沉观测点埋设图
周边收敛量测点用Φ14mm的长杆膨胀螺栓，在顶端加工一个M6×25左右的螺孔，把不锈钢挂钩拧上。埋设时，在测点位置用冲击钻打一个稍大于膨胀螺栓的孔，然后将膨胀螺栓拧紧，在岩石破碎较严重的地方，可用冲击钻打一个较深较大的孔，然后用快干水泥砂浆将测头埋入，待沙浆凝固即可。
观测点应统一编号，随着施工进度的发展，有些观测点会因为各种原因被破坏，从而失去观测价值，因此需要不断对观测点位进行维护，观测点位的选择和保护对观测工作的连续性和正确性至关重要。
如观测点在施工过程中遭到破坏，应尽快在原位置处或尽量靠近原测点处补设，以保证观测数据的连续性。
2、拱顶下沉观测
测标的安设应能保证爆破后24小时内和下一次爆破之前测读初次读数，并安设在距开挖工作面2m的范围内。在位移区50m以外设立稳固的水准点（或利用稳定的中线点），尽量做到一次安置水准仪就可测得观测点的高程，没有这种可能时，也可设立工作基点，其高程用水准基点经常检查。
测标和水准点（或工作基点）的高差按三等变形测量的要求进行观测，采用倒尺测量。
观测内容包括两部分：一是水准基点与工作基点联测，称为基准点观测；一是根据工作基点测定观测点的沉降位移，称为观测点观测。
为减少外界条件对观测成果的影响并使观测中的系统误差减到最小，观测时，应遵循下列要求：
（1）采用相同的观测路线和观测方法，在基本相同的环境和条件下进行；
（2）使用固定的人员、仪器和标尺；
（3）固定设站位置。
根据沉降观测各次观测路线相同的特点，在拟定第一次水准测量路线时，必须顾及以后重复水准测量最好是沿同一路线进行，而且宜在基准点观测和观测点观测的水准路线上埋设固定的置镜点和立尺点，并作上简易标志，这样既省去每次选点的时间，同时各次的前后视距离相同，又有利于提高观测精度。
水准基准点的观测精度按《工程测量规范》第九章执行，基准点的测量采用二等变形观测精度进行测量，水准基准点观测的精度要求依据下表的规定执行。
水准基准点观测的精度要求
变形测量等级 相邻基准点
高差中误差
（mm） 测站高差
中误差
（mm） 环线
闭合差
（mm）
二等 ±0.5 ±0.13 ≤0.30
n为测站数。
水准基点控制网布设为闭合环，水准闭合环中相邻基准点的站数不大于12站。
基准点水准测量采用Trimble DINI 12电子水准仪（0.3mm/km）和配套的条码铟钢水准尺进行作业，水准测量的各项技术要求依据下表的规定执行。
基准点水准测量技术要求
变形测量
等级 视线长度
（m） 前后视距差
（m） 视距累计差
（m） 视线高度
（m） 基准点间
观测站数
二等 ≤30 ≤0.5 ≤1.5 ≥0.5 偶数
n为测站数。
相邻基准点的高差较差不得大于1 mm，否则应分析原因，以保证沉降变形点起算数据的可靠性。
沉降变形点的观测精度按《工程测量规范》第九章执行，沉降变形点的测量采用三等变形观测精度进行测量，沉降变形点观测的精度要求依据下表的规定执行。
沉降变形点观测的精度要求
变形测量等级 高程
中误差
（mm） 相邻点
高差中误差
（mm） 测站高差
中误差
（mm） 环线
闭合差
（mm）
三等 ±1.0 ±0.50 ±0.30 ≤0.60
高程中误差系指沉降变形点相对于最近工作基点的高程中误差。
n为测站数。
沉降变形点测量布设为水准闭合环，每次从同一工作基点出发，经过各观测点后再闭合至該工作基点（即每次沉降观测用同一个工作基点起算），每个闭合环测站数不多于42站。采用Trimble DINI 12电子水准仪（0.3mm/km）和配套的条码铟钢水准尺进行作业，沉降变形点测量的各项技术依据下表的规定执行。
水准测量主要技术要求
变形测量
等级 视线长度
（m） 前后视距差
（m） 视距累计差
（m） 视线高度
（m）
三等 ≤50 ≤1.0 ≤3.0 ≥0.3
为提高初始值的可靠性，沉降观测首次观测时，观测次数为往返各一次。观测顺序为后、前、前、后。从第二次观测开始，按单程进行观测。
每次观测前，均须对水准观测的仪器进行i角检查，水准观测仪器i角不得大于15″。
开始作业前或改变作业环境时（如温差变化较大），需要将仪器在作业场地架设20分钟后，使仪器与外界气温趋入一致，方可进行观测。观测时，采用测伞遮挡阳光。
在连续各测站上安置水准仪的三脚架时，使其中两脚与水准路线的方向平行，而第三脚轮换置于路线方向的左侧和右侧。
仪器架站和立尺点的位置应该避开有危险的地方，避开震动源。
每次沉降观测应该详细记录施工进度情况。
量测频率为：
1～15天：1～2次/天；16～30天：1次/2天；31～90天：1～2次/周；
91天以后：1～3次/月。直到三次周期观测证实沉陷完全停止为止。
3、洞内周边收敛观测
选用隧道收敛计进行洞内周边收敛观测，测量时，每个测点连续测量3次，取平均值作为本次测量值。
确定初值时，同时记下当时的温度值，以后每次进行收敛观测时也同时测量环境温度，通过温度修正的数据才能与初始值进行收敛变化的比较。
当采用二台以上收敛计相互使用时，先作比较修正后方可正式使用。
洞内外温度相差较大，到达测试现场后，应将收敛计保护箱打开，放置15分钟以上后才能进行观测，以消除温度影响。
每次量测均采用相同的机身位，以抵消机身旋转引起的量测误差。
收敛值为两测点在某一时间内的距离的变化量。设T1时的观测值为L1，T2时的观测值为L2，则收敛值△L＝L1+L2
收敛速度△V(t)＝△L/△T 其中： △T=T2-T1
量测频率为：
1～15天：1～2次/天；16～30天：1次/2天；31～90天：1～2次/周；
91天以后：1～3次/月。直到三次周期观测证实完全停止位移为止。
4、锚杆拉拔试验
按10m一个布置监测断面，每个断面至少检测三根锚杆。
采用锚索拉力计进行锚杆拉拔试验。
对锚索拉力计，在设备运送现场后，为确保运送过程及安装过程设备的正常性，一般情况下应作两次稳定测试。第一次是在设备开箱后进行，其频率读数与厂商给定的初始值相差不大是正常的；第二次是在安装好后测力计未受力的情况下进行，一般连续读数2～3，取平均值作为其零点值（初始值）。
安装时在拉力计下端应有承压板，上端也应有承载板。在拉力计安装好并锚杆施工完成后，進行锚杆预应力张拉，这时要记录锚杆拉力计上的初始荷载，同时要根据张拉千斤顶的读数对拉力计的结果进行校核。
在安装过程中要随时进行拉力计监测、观测是否有异常出现，如有则立即采取措施。锚索安装时必须从中间开始向周围锚索逐步对称加载，以免偏心受力。
5、结语
隧道的监控测量是保障隧道建设成功的重要手段。目前隧道的监控测量技术得到了很大发展，监测内容也逐渐丰富，但是因为隧道施工的未知性和不确定性，也存在许多有待改进的地方值得我们不断探索与改进。
参考资料
（1）《公路隧道施工技术规范》（JTJ 042-1994）；
（2）《工程测量规范》（GB50026-93）；
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。