隧道監(jiān)控量測應(yīng)用的研究綜述

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1、隧道監(jiān)控量測應(yīng)用的研究綜述摘要：近年來，交通建設(shè)事業(yè)在我國快速的發(fā)展，開挖了大量的公路及鐵路隧道。隧道監(jiān)控量測的應(yīng)用在極大程度上為施工的正常進(jìn)行提供了安全保障，對隧道開挖施工具有非常重要的指導(dǎo)意義。本文在閱讀大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上并結(jié)合施工現(xiàn)場監(jiān)控量測的經(jīng)驗(yàn)，綜述了隧道監(jiān)控量測在施工中的應(yīng)用，主要包括監(jiān)控量測應(yīng)用發(fā)展歷史及現(xiàn)狀、監(jiān)測內(nèi)容及方法、存在的問題等。關(guān)鍵詞：隧道；監(jiān)控量測；綜述1引言目前，人類開挖了大量的隧道及地下空間。然而，開挖的隧道多數(shù)處于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中而且在隧道開挖前幾乎沒有可供使用的基本信息。二十世紀(jì)六十年代初，由L.V.拉布采維茨正式命名的新奧法（NATM）在隧道

2、開挖中應(yīng)用并快速的發(fā)展。作為新奧法必不可少的重要組成部分，監(jiān)控量測也獲得了快速的發(fā)展。自上個(gè)世紀(jì)八十年代，我國也開始逐步采用新奧法施工，并且經(jīng)歷近三十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一整套的信息化施工方法。信息化施工的關(guān)鍵是進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，它可以解決隧道及地下建筑從局部到整體的力學(xué)、設(shè)計(jì)和施工的問題。只有及時(shí)獲取可以反映隧道圍巖的整體穩(wěn)定性的有用信息，我們才能了解隧道開挖的動態(tài)，因此許多隧道開始應(yīng)用新奧法施工。新奧法更注重現(xiàn)場測量來預(yù)測圍巖穩(wěn)定性的問題。毫無疑問，在隧道和地下工程中，沒有監(jiān)控，我們就無法處理復(fù)雜的問題。2監(jiān)控量測發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀2.1發(fā)展歷史新奧法（NATM）這一概念于19

3、63年被L.V.拉布采維茨正式命名。監(jiān)控量測作為新奧法的關(guān)鍵，也隨之廣泛的應(yīng)用于施工中。監(jiān)控量測的發(fā)展離不開新奧法的發(fā)展。1934年，新奧法主要創(chuàng)始人L.V.拉布采維茨在就試圖將噴漿方法用于地下工程。他在1942～1945年建造的洛伊布爾隧道中采用了雙層薄襯砌，即先噴一層混凝土，待變形收斂后再噴一層。1944年，他發(fā)表了有關(guān)噴混凝土的論文，并指出了圍巖動態(tài)隨時(shí)間變化的重要性。1948年，又指出了量測工作的重要性。1948～1953年噴混凝土在奧地利首次用于卡普倫水力發(fā)電站的默爾隧洞。1953～1955年修建普魯茨-伊姆斯特電站的有壓輸水隧洞時(shí)，按照拉布采維茨的建議，充分采用錨桿

4、而獲得成功。1957～1965年是著手發(fā)展新奧法的時(shí)期。拉布采維茨于1963年將這一方法正式命名為新奧地利隧道施工法。噴混凝土、錨桿、量測被認(rèn)為是新奧法的三大要素。它產(chǎn)生和發(fā)展的歷史與這三者密切相關(guān)，但是很多人把噴錨支護(hù)誤解為新奧法的同義語，而忽略了監(jiān)控量測這一重要環(huán)節(jié)。2.2應(yīng)用現(xiàn)狀經(jīng)20多年的實(shí)踐和推廣，新奧法已在歐洲一些國家如奧地利、聯(lián)邦德國、瑞典、瑞士、法國等的山嶺隧道中普遍使用(占70～80%)，并已用于地下鐵道，且取得沉降量特別小的顯著成果。日本從1976年以來，已有近100座隧道采用了新奧法。中國從60年代初開始推廣噴錨支護(hù)新技術(shù)，到1981年底，采用噴錨支護(hù)的地

5、下工程和井巷的總長度已接近7500公里。2012年以來，又在普濟(jì)、下坑、大瑤山等鐵路隧道采用新奧法進(jìn)行施工。新奧法的適用性很廣，中國已在亞粘土和黃土隧道施工中取得成功。但在下列情況下，一般都應(yīng)采取適當(dāng)?shù)妮o助措施才能施工：①涌水量大的地層；②因涌水產(chǎn)生流沙現(xiàn)象的地層；③圍巖破碎使錨桿鉆孔和插入都極為困難場合；④開挖面不能自穩(wěn)的圍巖。3監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測方法3.1監(jiān)測內(nèi)容國內(nèi)外隧道施工監(jiān)控量測的內(nèi)容主要分為必測項(xiàng)目和選測項(xiàng)目。必測項(xiàng)目有：洞內(nèi)外觀察、周邊位移、拱頂下沉、地表下沉；選測項(xiàng)目有：鋼架內(nèi)力及外力、圍巖體內(nèi)位移、圍巖壓力、兩層支護(hù)間壓力、錨桿軸力、支護(hù)和襯砌應(yīng)力、圍巖彈性波速度

6、、爆破震動、滲水壓力和水流量。目前進(jìn)行得最多的、最有效的有隧道工作面地質(zhì)觀察、拱頂下沉、周邊收斂等，地質(zhì)復(fù)雜的地段增加輔助措施，如地質(zhì)雷達(dá)、紅外探水、TSP等物探方法。其他選測項(xiàng)目主要進(jìn)行一些科研工作時(shí)才會實(shí)施。比如南村隧道[11]為方便施工，加快施工進(jìn)度，其監(jiān)測內(nèi)容只包括了地質(zhì)和初期支護(hù)觀察與素描、周邊位移及拱頂下沉量測、淺埋段地表下沉這三方面。3.2監(jiān)測方法監(jiān)測方法主要包括兩部分：一是借助儀器進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集；二是數(shù)據(jù)處理。目前國內(nèi)外采用的監(jiān)測儀器大體有以下下幾種：位移測量，主要采用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀、塔尺、鋼尺、收斂儀、百分表等測量設(shè)備，塔尺和水準(zhǔn)儀仍然是國內(nèi)外進(jìn)行隧

7、道拱頂下沉的主要儀器。而掛牌嶺隧道[5]的監(jiān)控量測采用徠卡TCA2003全站儀對拱頂沉降進(jìn)行非接觸測量，相比于其他測量儀器，全站儀具有精度高、受干擾小、測量簡便等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)力、壓力、應(yīng)變的量測則采用各式各樣的壓力計(jì)和應(yīng)變計(jì)等，根據(jù)其傳感器的種類可以分為電測試和機(jī)械測試，其中電測試可以分為電阻方式、電感方式、電容式以及新型的壓電式和壓磁式；機(jī)械式主要是鋼弦式。在數(shù)據(jù)的處理上，位移測量一般是進(jìn)行現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集后，繪制成位移—時(shí)間、速率—時(shí)間曲線，然后進(jìn)行相關(guān)的回歸分析，以求對隧道支護(hù)體系的穩(wěn)定性及