隧道围岩监控测量方法

① 隧道工程监控量测点如何制作

隧道洞内的围岩监控量测一般测量的有拱顶下沉和周边收敛，拱顶下沉在隧道的顶部设一个监测点，周边收敛在隧道的量测设四个监控点，其中两个监控点适用于上断面开挖，另两个使用于下断面开挖。
制作拱顶下沉监控点时，用钢筋头在相应的钢拱架位置上焊死，注意钢筋头的长度不能被初期支护的喷射混凝土盖住，然后在钢筋头下端焊一块小钢板，把反射贴纸贴在上面就OK了，制作周边收敛监控量测点时，用刚度足够的钢筋制作两个一端有弯钩的钢筋棍，然后把没有弯钩的焊死在钢拱架相应位置，让弯钩露出初支喷射混凝土，注意两侧的监控量测点位置要对称，在监控量测点周围用红漆画圈明示，如果要好看可以在上面挂上牌子，写上点的编号，制作时间，初始收敛等数据。

② 隧道监控量测的必测项目是什么

隧道监控量测必测项目
1、隧道施工量测中，必测项目有哪些?
答：周边位移量测、拱顶下沉、地质及支护状态观测、锚杆及锚索轴力及抗拔力。
2、简述周边位移量测目的和方法以及数据的整理和应用。
答：周边位移是隧道围岩应力状态变化最直观的反映，通过周边位移量测可以达到以下目的；根据变形速率判断围岩稳定程度和二次衬砌施作的合理时机。指导施工。每次量测后，需将原始记录及时整理成正式记录。对每一量测断面内的每一条测线，整理后的量测资料应包括：原始记录表及实际测点布置图，位移随时间以及开挖面距离的变化，位移速度、位移加速度随时间以及开挖面距离的变化图。
3、简述地质和支护状况观测的目的和观测内容。
答：掌子面观察：主要以目视调查来了解开挖工作面的工程地质和水文地质条件。
主要内容包括：岩石种类和产状。岩性特征：岩石的颜色、成分、结构、构造。地层时代归属及产状。节理性质、组数、间距、规模，节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，充填物的类型和产状等。断层的性质、产状，破碎带宽度、特征。地下水类型，涌水量大小，涌水位置，涌水压力，水的化学成分等。开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象。
已施工区的观察：主要以目视调查来了解支护状态。主要包括：渗漏水情况（位置、状态、水量等）。喷层表面的观察以及裂缝状况（位置、种类、宽度、长度及发展）的描述和记录。喷砼与围岩接触状况，是否产生裂隙或剥离，要特别注意喷砼是否发生剪切破坏。有无锚杆被拉坏或垫板陷入围岩内部的现象。有无锚杆和喷砼施工质量问题。钢拱架有无被压屈现象。二次衬砌表面的观察以及裂隙状况（位置、种类、宽度、长度及发展）的描述和记录。是否有底鼓现象。
4、简述拱顶下沉量测目的和方法以及数据的整理和应用。
答：隧道拱顶内壁的绝对下沉量称为拱顶下沉值，单位时间内拱顶下沉值称为拱顶下沉速度。对于浅埋隧道，可由地面钻孔，使用挠度计或其他仪表测定拱顶相对地面不动点的位移值。对于深埋隧道，拱顶下沉量测方法有接触观测法（精密水准仪）和非接触观测法（全站仪）两种。
拱顶下沉值主要用于确认围岩的稳定性，尤其是事先预报拱顶崩塌；其方法与收敛量测相同，一般而言，两者随时间变化规律是一样的（崩塌或浅埋除外）。
5、简述锚杆拉拔力的测试方法。
答：根据试验目的，在隧道围岩指定部位钻锚杆孔。按照正常的安装工艺安装待测锚杆。根据锚杆的种类和试验目的确定拉拔时间。在锚杆尾部加上垫板，套上中空千斤顶，将锚杆外端内缸固定在一起，并装设位移量测设备与仪器。通过手动油压泵加压，从油表读取油压，根据活塞面积换算锚杆承受的抗拔力。

③ 隧道施工技术规范规定的主要量测项目的量测方法如何

咨询记录 · 回答于2021-12-06

④ 围岩监控量测

8.1.1 周边收敛及拱顶下沉位移监测

在隧道施工阶段，由施工单位和科研单位根据隧道施工规范，进行了隧道周边收敛及拱顶下沉的位移监测。一般说来，研究硐室围岩的变形情况，一是要考查围岩变形已达到的累计位移和变形速率及其稳定状态，即所谓“常规统计分析”，以便研判围岩变形是否已达到稳定状态；二是要通过计算分析(特别是回归分析)考察围岩所能达到的最大变形(包括变形量和相对变形)，即所谓“计算分析”，以便研判围岩变形是否超过有关规范所允许的最大变化以及是否有发生大变形的可能。

根据隧道施工阶段围岩分类及常规量测资料，对主洞周边收敛及拱顶下沉位移情况进行统计、计算分析，如表8-1所示。与公路隧道规范允许的相对变形比较，可以发现，围岩变形超过允许值的位置大多处于进出口两端洞口的浅埋或风化软弱岩局部地段，划为Ⅱ-Ⅲ类围岩，其位移回归计算终值多数达到了上百毫米，最大达162mm，其相对变形为20‰，超过规范的允许值14‰。

8.1.2 场(域)位移监测

场位移量测是获得围岩一定深度范围内及其初期支护系统稳定状态和位移趋势信息的主要手段，一般采用多点位移计来量测。

中国铁道科学院西南分院二郎山隧道工作组在原设计三级大变形段，二、三级岩爆段，埋设了三点位移计，用以量测围岩的深部变形位移。

多点位移值是由量测结果直接得到的，由于深部测点叠加了浅部测点的位移，因而使得量测值不能直观地反映围岩深部各点的位移情况。围岩越深，其绝对位移应越小，所以当钻孔较深时可以近似地认为孔底测点的位移为零或可以忽略不计。这样，采用相对位移“U_m-l”(m=1，2，3，…，10，代表测孔号，奇数表示北边墙测孔，偶数表示南边墙测孔；l=0，1，2，代表测点号，数字越大表示越深，“0”表示壁面)值，比直接量测值更能够直观地反映围岩深部各点的位移情况。据量测分析计算结果(表8-2)，可得出如下结论。

表8-2 二郎山隧道主洞围岩三点位移量测统计结果Tab.8-2 Mornitoring results of three-point displacements in surrounding rock of the main tunnel

(资料来源：中国铁道科学院西南分院二郎山隧道工作组)

注：1.“当前”指1999年4月20日；2.位移值为“+”表示测点在沿测杆方向(洞径方向)向内收敛，为“-”表示测点在沿测杆方向(洞径方向)向外扩张。

(1)原设计二级岩爆段的K261+741(实为一级岩爆)断面，自开挖后历经250d(1998.7.17～1999.3.24)，围岩壁面最大位移计算终值为4.805mm，由表及里的围岩深部位移较小。

(2)原设计三级岩爆段的K261+530(实为一级岩爆)断面，自开挖后经历200d(1998.10.3～1999.3.24)，围岩壁面最大位移回归终值达9.521mm，由表及里的围岩深部位移不大，围岩最大水平收敛至少可达16.066mm，变形释放程度已达90%以上，围岩壁面及其深部各点位移已达到稳定。

(3)设计三级大变形段的F₆断层及其影响带K261+361、K261+345两断面自开挖后历经130余天(1998.11.15～1999.3.24)，围岩壁面最大位移回归值为12.54～13.23mm，由表及里的围岩深部位移不大，围岩最大水平收敛位移至少可达14.63～21.59mm，此时变形已释放程度达85%以上，围岩壁面及其深部各点位移已趋于稳定。

(4)在设计三级大变形的F₅断层带，由于施工单位采取了上导坑先行开挖，待与出口端贯通后再进行扩挖的施工方法，因而在K261+295断面处，围岩处于二次扰动状态(该处上导坑开挖于1998年11月18日，扩挖于1998年11月25日)。因此，上导坑开挖时F₅断层带的围岩变形已有部分释放，但由于该区段只在1998年12月进行了一次初喷，未再复喷加固初期支护，再加上该处滴水严重，致使K261+294～+298段范围内的拱脚附近垮塌严重，塌陷深度已达1.0～1.5m。K261+295断面自开挖后经历119d(1998.11.25～1999.3.24)，围岩壁面最大位移回归终值可达35.626mm，由表及里的围岩深部位移不大，围岩最大水平收敛至少可达49.022mm，围岩深部位移已基本稳定且变形已释放程度达80%以上；但围岩壁面位移还未完全达到稳定状态。

对比F₅、F₆断层带的围岩变形位移可以发现，虽然F₆断层带的岩性和构造发育程度与F₅断层带相似，且相距仅35m左右，但围岩变形位移值比F₅断层带小。这是由于在K261+340～K262+270区段已进行了二次喷浆(复喷)，又在边墙安装了φ22mm×2.5～3.5m的锚杆，对遏制F₆断层带和其他岩爆段的垮塌变形趋势起到了主要的作用。由此可见，在施工过程中，对断层带及软弱围岩段进行复喷和锚杆支护，可有效控制围岩变形。

⑤ 监控量测内容与方法

一、工艺流程

监控量测工艺流程如图11-1 所示。

图11-1 监控量测工艺流程图

二、量测项目的选择

根据隧道的围岩条件，支护类型和参数，施工方法以及所确定的量测目的，编制量测计划。量测计划的内容应包括：现场量测的主要手段，量测仪表和工具及其选用，量测项目及方法的确定；施测部位和测点布置人员组织；测试方案和实施计划的测定；量测数据处理与应用，量测管理等。监控量测应符合设计要求。

隧道现场量测项目及量测方法见表11-1。

表11-1 隧道现场监控量测项目及量测方法表

续表

注：上表中 1，2，3，11 项为必测项目，其余为选测项目。

进行隧道现场监控量测的隧道应按表11-2 所列项目进行量测项目的选择。

表11-2 监控量测项目选择表

注：◎必须进行的项目；○应该进行的项目；△必要时进行的项目；△^*其结果对判断支护是否保守有用。

三、工程地质与支护状况的观察

1.隧道开挖工作面爆破后应立即进行工程地质状况的观察和记录，并进行地质描述。

开挖后应及时进行开挖面岩性的观察，特别是在软弱围岩条件下，开挖后应立即进行开挖面的地质调查，并绘出地质素描图，必要时进行拍照或录像。若遇特殊不稳定情况时，应派专人进行不间断地观察。观察的主要方面包括：节理裂隙发育程度及其产状；开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌；涌水的位置，涌水量，水压等；底板是否有隆起现象。地质素描应详细准确，如实反映情况，一般除前述内观察内容外，还应包括以下内容的描述：

（1）代表性测试断面的形状，位置，尺寸及编号。

（2）岩石名称，结构与颜色。

（3）层理、片理、节理裂隙、断层等各种软弱面的产状、宽度、延伸情况、连续性、间距等。

（4）岩脉穿插情况及其与围岩接触关系，软硬程度及破碎程度。

（5）岩石风化程度、特点与抗风化能力。

（6）地下水的类型、出露位置、水量支护参数及循环时间。

（7）施工开挖方式方法，锚喷支护参数及循环时间。

（8）围岩内鼓、弯折、变形岩爆、掉块，以及坍塌的位置、规模、数量和分布情况，围岩的自稳时间等。

（9）溶洞等特殊地质条件描述。

（10）喷层开裂、起鼓、剥落情况描述。

2.初期支护完成后应进行喷层表面观察和记录，必要时进行裂缝描述。

初期支护完成后，对初期支护的状况进行观察，内容包括：有无锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；喷混凝土有无裂隙和剥离或剪破坏；钢拱架有无被压变形情况；锚杆注浆和喷射混凝土施工质量是否符合规定的要求。洞钉观察包括对洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定以及地表水渗透等的观察。

3.以上两项观察为各类围岩都应采用的第一项应测项目。

四、隧道地表沉降量测

（1）量测方法是在地表测试范围内埋设沉降量测点，用精密电子水准仪和精密水准尺（铟钢尺）逐日进行水准测量，测出沉降值。

（2）地表沉降纵向量测区长度如图1-12 所示。地表下沉量测最好与洞内量测点布置在同一断面上，沿隧道纵向的间距一般为 5～20m，埋深越浅，间距应越小。

（3）地表沉降量测在横断面上的测点布置如图11-3 所示。

五、隧道净空变化（收敛）量测

各级围岩隧道开挖后均应进行周边位移与拱顶下沉的监控量测。

量测断面的间距视隧道长度，地质变化情况而定。一般Ⅵ级围岩间距为 10m；Ⅴ级围岩间距为 15m间距布点；Ⅳ级围岩间距为 30m；Ⅲ级围岩间距为 50m，Ⅱ级围岩间距为 100m。

图11-2 地表沉降纵向量测区长度图

图11-3 地表沉降量测横断面测点布置图

收敛量测测点与拱顶下沉测点布置在同一断面。

收敛量测的基线视围岩条件可选择1 条、2 条或3 条，最多选6 条，如图11-4 所示。测点与基线的布置可视具体施工方案的变化进行修改和调整。

图11-4 收敛量测测点与拱顶下沉测点布置图

埋设测点时，先在测点处用人工挖孔或凿岩机开挖孔径为40～80mm，深为25mm的孔。在孔中填满水泥砂浆后插入收敛预埋件，尽量使两预埋件轴线在基线方向上，并使预埋件销孔轴线处于铅垂位置，上好保护帽，待砂浆凝固后即可量测。

位移量测是采用隧道净空变化测定计（简称收敛计）来进行。目前国内使用的收敛计种类很多，但大致可分为三类，即重锤式、弹簧式和应力环式。现以弹簧式收敛计为例，说明其施测步骤，如图11-5 所示。

图11-5 弹簧式收敛计施测步骤图

1—壁面埋腿；2—球形测点；3—本体球铰；4—张紧力指示百分表；5—张紧弹簧；6—调距螺母；7—距离指示百分表；8—钢带尺限位装置；9—带孔钢带尺；10—尺头球铰；11—风带尺尺架

（1）先在隧道周边围岩表面凿一孔径为 40～50mm，深为 200mm 的孔，在孔内填塞水泥砂浆后插入测杆作为今后量测的基准点，设置时应尽量使两测杆轴线在连线方向上。

（2）将收敛计用销子连接到两测杆端头上，安装好收敛件。

（3）旋紧调距螺母使张紧力指示百分表的读数到达收敛计使用说明中的规定值，下百分表读数，然后松动旋动调距螺母，重复测试3 次，取其平均值作为初始观测值记R₀。

（4）经过一定时间后，重复上述步骤测其观测值，并取其平均值R_t。则这段时间内隧道的收敛值为：

地下建筑工程施工

（5）当温度变化大时，必须对百分表读数进行温度修正，即

地下建筑工程施工

式中，R为修正后的百分表读数；R′为百分表读数；t₀为初始读数时的温度；t为再次读数时的温度；L为量测基线长度；α为钢尺或铟钢丝的线膨胀系数，可取α＝1.2×10^-5（或按钢尺厂说明书取用）。

（6）当收敛值较大，钢尺须另换一个孔位（百分表读数大于钢尺孔距）时，为了消除钻孔间距的误差，在换孔前要先测读一次，计算出收敛值u，换孔后应立即再测读一次，作为以后计算收敛值时新的初始读数R₀，经过一定时间后，再记录百分表读数，取其平均值为R_t，则这段时间内的隧道收敛值u_t为：

地下建筑工程施工

六、围岩内部位移量测

围岩内部位移量测是通过在洞室周边围岩内钻孔，埋设单点或多点式位移计的方式进行。

本项量测采用位移计进行。它的基本原理是将岩体内部某一点的位移状态，通过与之固定在一起的位移计（图11-6）引至岩体外部，以测出隧道周壁与岩体内部某一点间的相对位移。

位移计多须采用电传感的测读装置进行遥测。

图11-6 围岩内部位移量测方法示意图

围岩内部位移量测量的测孔，一般应与收敛量测基线相应布设，以便使两项测试结果能够相互验证，协同分析与应用。围岩内部位移量测测孔布置如图11-7 所示。

图11-7 围岩内部位移量测测孔布置图

七、围岩与支护接触压力以及喷射混凝土层应力量测

1.量测目的

围岩与支护接触压力量测的目的是了解隧道开挖后围岩压力沿洞室周边分布规律，围岩应力重分布的时间效应与空间效应，判断围岩的稳定性，以及围岩压力与支护的相互作用关系。

喷射混凝土量测的目的是了解喷层的变形特性以及喷层的应力状态；掌握喷层所受应力的大小，判断喷射混凝土层的稳定状况。还可提高对喷射混凝土作用机理的认识。

2.量测方法

围岩与初期支护之间接触压力量测是采用在支护结构背后埋设压力盒的方法进行。

喷射混凝土层应力量测是将应力计直接埋入喷射混凝土层中，待喷层混凝土达到一定强度时，即可用接收仪器进行量测。

围岩与支护接触压力以及喷射混凝土层应力量测断面的测点布置如图11-8 所示。

图11-8 围岩与支护接触压力以及喷射混凝土层应力量测点布置图

八、钢支撑受力量测

本监测项目主要针对Ⅳ～Ⅵ级围岩进行。

隧道型钢支撑内力量测采用表面应变计进行量测；隧道格栅钢支撑内力量测采用钢筋计进行量测。

每个断面布 5个测点如图11-9 所示。

图11-9 钢支撑应力量测测点布置示意图

具体方法：把表面应变计黏接在钢支撑上，用检测仪测得各点的应变，然后根据虎克定律转化为钢支撑的内力。如是格栅将钢筋计焊接在格栅主筋上。

九、测试仪器和元件（选测项目）

隧道衬砌应力和内力量测主要采用应力计、应变计。该测试项目所需测试元件和仪器情况如表11-3 所示。

表11-3 量测仪器及测试元件一览表

十、数据采集与量测频率

（1）各项量测工作的采集数据应专人专项负责，以减少随机误差。

（2）在使用精密水准仪进行洞内周边收敛位移量测时，通过左右尺读数控制系统误差。

（3）专项量测需制定专项记录表。对于手工记录资料要保存好原始记录表，对于智能式记录器要及时将量测数据导入电脑，以防丢失。

（4）各必测、选测项目的量测频度详如表11-4 所示。

（5）整个断面的各条基线或各测点应采用相同的量测频率，各测点的位移不相同时，应以产生最大位移速率者来决定整个断面的量测频率。

（6）当实际开挖的地质条件变差或量测值出现异常情况时应加大量测频率。

（7）位移测试的终止日期，一般在位移值基本稳定后再以 1 次/2d 的频率量测 1～2周左右，位移长期不稳定的，要继续量测到位移速度小于 1mm/d为止。

表11-4 各必测、选测项目的量测频度表

⑥ 关于隧道监控量测的问题

理论上说，监控量测主要是针对初期支护，因为隧道开挖完成后，围岩本身应力的释放是一个缓慢的过程，隧道二次衬砌是需要初期支护沉降、变形完全稳定之后才开始施做。

监控量测的主要作用是保监控量测为围岩稳定性和支护、衬砌可靠性提供信息、提供二次衬砌合理的施作时间和为施工中调整围岩级别、修改支护系统设计和变更施工方法提供依据。

下面是我们项目编写的监控量测作业指导书相关内容，希望对你有所帮助。

地表沉降观测开始于洞口段开挖前，在洞顶浅埋地段纵向沿隧道走向埋设混凝土桩及水平基准点，其断面布置与洞内拱顶下沉、净空水平收敛断面布置一致，每个地表下沉量测断面上测点横向间距为2～5m。横向布点埋设砼桩（见下图），横断面点应充分结合实地地形。隧道开挖时及时根据量测数据绘制地表下沉位移－时间的关系曲线，绘制地表下沉位移值－距开挖面距离的关系曲线，地表沉降量测用精密水准仪观测。

拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面，拱顶下沉测点原则上布置在拱顶轴线附近。

如还有疑问，可留下QQ，本人发你一份监控量测的作业指导书，一看就明白了。

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净空变化隧道净空变化测定仪（收敛仪）、全站仪0.01mm

3拱顶下沉水准测量的方法，水准仪、铟钢尺1mm

4地表下沉水准测量的方法，水准仪、塔尺1mm浅埋段

拱顶下沉及周边收敛量测频率表

序号变形速度（mm/d）量测断面距开挖面距离（m）量测频率

1≥5（0～1）B2次/天

21～5（1～2）B1次/天

30.5～1（2～5）B1次/2～3天

40.2～0.5/1次/3天

5＜0.2＞5B1次/7天

说明B表示隧道开挖宽度

地表下沉量测断面间距表

序号埋置深度H量测断面间距（m）

12B＜H＜2.5B20～50

2B＜H≤2B10～20

3H≤B5～10

注地表无建筑物时取表中上限值，B表示隧道开挖宽度

位移控制基准

序号距开挖面1B（U1B）距开挖面2B（U1B）距开挖面较远

165％90％U。100％U。

注B为隧道开挖宽度，U。为极限相对位移值

4.2量测数据的处理与应用

4.2.1根据现场量测数据绘制水平相对净空变化,拱顶下沉时态曲线,拱项下沉时态曲线,净空水平收敛、拱顶下沉收敛、拱顶下沉与距开挖工作面的关系图等。

4.2.2根据量测结果及《隧道喷锚构筑法技术规范》的规定可根据下表中变形管理等级措导施工。

⑦ 隧道的各项监控测量都用到什么规范

1、隧道的各项监控测量都用到以下规范：
1）TB10121-2007《铁路隧道监控量测技术规程》；
2）JGJ8-2007 《建筑变形测量规范》；
3）JTG F60-2009《公路隧道施工技术规范》。
2、通过监控量测达到以下目的：
1）监视围岩应力和变形情况，保证支护结构稳定、地表建筑和地下管线的安全。
2）提供判断围岩和初期支护基本稳定的依据。
3）通过监控量测，了解施工方法和施工手段的科学性和合理性，以便及时调整施工方法，保证施工安全。
4）通过量测数据的分析，掌握围岩稳定性的变化规律， 为修改或确认支护结构设计参数提供依据，确定后续工序的安排。