摘要：现场监控量测作为新奥法（ＮＡＴＭ）的３大支柱之一，对于它在地下工程中的作
用，很多专家与学者对其作了大量的研究．监控量测的作用主要有：①为选择合适的支护时间提供依据；②掌握围岩动态和支护结构的工作状态，利用量测结果修改设计，指导施工；③预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然；④为隧道的安全提供可靠的信息；⑤量测数据经过分析处理与必要的计算和判断之后，进行预测和反馈，以保证施工的安全和隧道的稳定；⑥积累资料，为以后的相似工程提供可靠的依据
关键字：隧道、监测、测量、光纤 1.引言：
隧道工程具有几大显著特点,即周边环境复杂,各种建构筑物、地下管线多,且对施工变形控制要求高;工程地质与水文地质复杂,不确定因素多;结构形式较多,施工方法交叉变换多,施工难度大;施工工期压力较大等,这些特点都集中表现为工程的高风险性。如何化解、降低这些风险，安全、高效地完成土建任务是摆在每一位建设者面前的一个重要课题。通过主动的、系统化的风险分解、分类,识别工程的致险因子、风险事件和后果，对隧道及地下工程建设风险源进行辨识是具有重大意义的。根据隧道土建工程的特点,安全风险的分解按照工程所处的地质条件、周边环境、工程实施等对各个阶段进行分解，这当中最主要和最关键的是工程实施道监控模式， 可实时监测隧道结构的变化情况，对其中存在的问题采取有效的方案处理。
由于存在卸载、加载、抽水、降水或振动等施工程序或因素，或多或少对隧
道结构产生一定的影响， 如结构变形、倾斜、位移、隆起或沉降等等。具体影响有以下几种：
（1）可能导致隧道结构局部发生横向或纵向位移；
（2）可能导致隧道结构局部发生不均匀竖向变形。如果隧道变形位移达到一定量值以后，对不同工法构成的隧道结构产生不同的影响：（1） 对于暗挖法施工的地铁隧道结构会产生沿隧道结构纵向或横向的裂缝，隧道结构的防水性能和耐久性随之降低；（2）对于盾构法施工的地铁隧道结构，其纵缝接头和环缝接头将增大张开量，隧道结构的防水性能和耐久性将降低，特别是当纵缝接头和环缝接头张开量达到5 mm以上时， 隧道结构将遭到无可挽回的损坏。如果隧道结构发生以上所述的性能降低或损坏，快速地铁列车的运营将受到制约甚至会发生安全事故。
2.隧道监测方案 2.1隧道监测目的
规范规定的测量项目有地质和支护情况观察、周边位移量测、拱顶下沉量测、地表下沉及边坡位移量测。细致的目测观察, 对于监视围岩稳定性是既省事且作用又很大的监测方法, 它可以获得与围岩稳定状态有关的直观信息。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根据变形速率判断围岩稳定程度和二次衬砌施做的合理时机以及指导现场施工的目的。拱顶下沉量测对于埋深较浅、固结程度低的地层比周边位移量测更为重要。 2.2周边位移量测:
量测断面间距及测点数量根据围岩类别、隧道埋深、开挖方法等确定量测断面间距及测点数量 , 收敛测线的布置形式, 可采用一条基线或两条水平基线。 2.3拱顶下沉量测:
对于深埋隧道, 可在拱顶布设固定测点, 将钢尺或收敛计挂在拱顶测点上, 读钢尺读数, 后视点可设在稳定衬砌上, 读标尺读数, 用水平仪进行观测。 2.3.1.精密水准测量方法
小断面隧道拱顶下沉的监测过程是，当施工工作面开挖完并立即进行初期支护和不锈钢球焊接之后，马上从基准系统主点开始按二等水准测量的精度用不低于± 1mm/km 的水准仪测出钢球底标高Hi′。当初期支护变形基本稳定即将进行二次衬砌混凝土施工时应从基准系统主点开始按二等水准测量的精度用不低于±1mm/km 的水准仪再次测出钢球底标高Hi 〞，则每个钢球的下沉量（即钢球位置的隧道拱顶下沉量）ΔΗi为:ΔΗi= Hi 〞- Hi′ 每次变形点（若干点）高程测量结束后，应立即进行基准点（3 个）间的高差测量（水准仪精度不低于±1mm/km，观测精度不低于二等水准），以检验主、辅点的稳定性，当出现问题时应判断出不稳定的基准点，并对变形点的观测结果进行相应的修正。对于大断面隧道可以用特制的长挂杆把钢尺倒挂在拱顶的测点上以代替水准尺。 2.3.2.静力水准仪法
静力水准仪系统是用于精密测定多个测点的垂直位移及相对沉降变化的仪器系统。它根据固定在监测点上众多单元的内液面相对变化来确定监测点的相对沉降或隆起，将待测区域的沉降(隆起)与基准点相比较即可得到施工影响区内的测点的绝对沉降(隆起)量。该系统由一系列监测沉降单元组成，沿着隧道纵向布置，该系统具有监测点多、测量范围大、精度高、数据可自动化采集、施工和维护工作量少等优点。其缺点是易受外界影响，如振动、温度变化幅度大引起数据漂移等问题，对于较大断面的隧道作业相对不便也使其应用受到局限。
2.3.3.三角高程测量方法
三角高程测量方法测量拱顶下沉，前视使用反光片，后视使用棱镜或者水准尺。该方法是利用全站仪按三角高程测高原理测出了前视和后视与全站仪轴心的高差，从而求出测点的相对高程和绝对高程。该方法在竖直角不是很大时(小于30度)，在反光片的反射距离范围之内的任何测站，均可实施拱顶下沉测量。操作时，不必丈量仪器高，也不用直接丈量监测点的高。如图1 所示，Ａ是高程已知的工作基点，Ｂ是监测点, P为全站仪仪器中心位置。因为用全站仪可以直接读取全站仪中心到棱镜中心的高差ΔｈPA、ΔｈPB，设后视棱镜高为V，则有： HB=HA+V+ ΔｈPB- ΔｈPA
2.3.4.自动化全站仪动态监测法
自动化全站仪动态监测系统是指在无需操作人员干预的条件下，实现自动观测、记录、处理、存储、报表编制、预警预报等功能，整个系统配置包括：TCA 自动化全站仪、棱镜、通讯电缆及供电电缆、计算机与专用软件。其实质是把无反射棱镜自动跟踪断面仪隧道拱顶下沉变形系统中对固定断面任意点的扫描变成任意断面固定点的扫描。 3.隧道结构健康监测
新奥法建设的隧道, 并不是单纯的钢筋混凝土结构, 在本质上是围岩和支护结构的综合体。因此, 在进行隧道结构健康监测时, 要同时监测围岩与支护结构的变形以及相互作用2 个方面。
1) 围岩内部位移监测: 围岩内部位移监测, 是通过钻孔位移计量测围岩不同深度的轴向位移, 据此分析判断隧道围岩位移的变化范围和松弛范围, 预测围岩稳定性, 为修改锚杆支护参数提供依据 。根据地质条件, 量测断面应选在典型构造地段及埋深较大或较浅地段, 一般每隔100 m 设置一个断面,断层带每隔50 m 设置一个断面, 其余地段断面间距可适当加大, 但须保证沿每类围岩至少有一个断面,
2) 裂纹监测: 裂纹监测, 是对隧道裂纹的发展变化进行观测。根据隧道裂纹调查资料, 结合隧道实际情况, 在隧道布置合适数量的裂纹计对有发展迹象的裂纹进行监测。
3) 初衬钢拱架应变监测: 初衬钢拱架作为隧道主要的承重结构, 测量其应变, 可以掌握隧道围岩的稳定性。一般每10 榀钢拱架设一断面, 每根钢拱架沿水平中性轴位置左右对称安装2 个钢弦式表面应变计, 4.隧道环境条件监测 1) 空气质量监测: 5公路隧道通风照明设计规范6规定, VI 仪的设置位置与台数应根据通风
方式及烟雾浓度分布特征确定。高速公路特长隧道一般按300~ 500 m 间距布设, 其他等级公路隧道可适当放宽, 通风井口应布设VI 仪。CO传感器的布设间距与V I 仪相同, 宜采用红外线传感器。
2) 瓦斯浓度监测: 瓦斯传感器安装位置与台数应根据通风方式及煤层分布确定。高速公路特长隧道可按100~ 200 m 间距布设, 其他等级公路隧道可适当放宽。
3) 温度监测: 温度传感器布设可以根据隧道等级、长度及是否穿过高温地层等确定。
4) 通风监测: 测点应根据隧道实际情况, 但至少应满足在隧道两端、中间、人行横道、车行横道、应急停车带和风井等位置安装风速风向传感器。
5) 亮度监测: 根据5公路隧道通风照明设计规范6, 应至少在洞口、入口段、过渡段、中间段、出口段、应急停车带和连接通道等处设置光亮度检测仪。
6) 噪声监测: 测点布设根据实际情况, 但至少在隧道两端、中间和风机安设处布设噪声监测点。
7) 湿度和气压监测: 根据隧道实际, 分别参考温度和风速风向监测进行测点布设。
5.光纤布拉格光栅传感技术监测
自1989年首次报道将光纤光栅用作传感器以来，其以精度高、准分布、抗干扰及耐腐蚀等突出特点迅速被广泛地应用近年来，光纤传感技术的兴起给工程监测领域提供了一类新的技术和手段，其中以光纤布拉格光栅传感技术尤为突出。：光纤布拉格光栅传感技术具有精度高、准分布、实时性、耐腐蚀及抗电磁干扰等独特优势，已在众多工程监测领域中得到应用，但纤细脆弱、交叉敏感的光纤布拉格光栅应用到作业环境恶劣和变形规律复杂的隧道工程监测中还有一些关键问题需要解决。光纤布拉格光栅是由光纤去除护套和涂敷层的裸纤刻制而成，极易折断和拉断。以下几种常用的FBG 封装模式可以经适当改进后应用到隧道施工监测中：封装模式可以经适当改进后应用到隧道施工监测中： （1）粘贴封装 该封装方法是将裸光纤布拉格光栅直接粘贴于拱架钢筋、混凝土和锚固杆件表面上再用环氧树脂、水泥砂浆进行涂抹或浇注保护，是一种最为简便的封装方法，施工难度小，适合支护钢架、预制式衬体及作业机械等规则结构体的变形监测。该方法存在保护强度不高易被碰撞破坏，受地下水腐蚀光纤布拉格光栅剥落及性能参数受粘贴材料的力学性质与粘贴方式多因素影响等缺陷[。 （2）管片式封装 该方法是将裸光纤布拉格光栅附着到特制的管、片或丝等传感媒介器件上（内），再密闭封装成独立传感器件，是现在最为常用和成熟的光纤布拉格光栅传感器封装方法[。为防止地下水的长期腐蚀，管片式封装的材料应为耐腐蚀的不锈钢材质或复合材料，用精密机械工艺替代易老化脱离的胶水进行FBG固定和密封。 结语：
由于隧道结构和环境的复杂性, 国内外关于隧道监测的研究, 明显落后于桥梁等其他土木结构的研究, 且主要停留于施工期。提出了隧道结构健康监测的定义, 介绍了光纤传感技术在隧道运营期变形监测中的应用。 提出了隧道主体完工后对衬砌结构内力进行跟踪监测, 并总结了结构荷载的发展和变化规律。目前, 对隧道运营期的安全评价很少利用监测数据, 对其结构安全性的评价较少, 且带有很大的主观性。如何合理地利用监测数据, 客观评价隧道运营期安全, 一直是岩体工程技术界的研究热点。总之，导致隧道结构病害形成的因素是多方面的， 若不及时处理会严重影响到地铁运营安全。制定一套全面的监测方案对隧道结构进行长期的监测是至关重要的，它能从多个角度避免隧道结构病害的发生，及时处理有损隧道使用性能的病害问题，营造更加安全可靠的交通运输环境。 参考文献：
1.FBG 在隧道施工监测中的应用及关键问题探讨 魏广庆，施 斌，胡 盛，李 科，殷建华
2.景婺黄高速公路隧道群监测方案设计 严绍洋 李 明
3.厦榕高速巫邦隧道监测方案及围岩变形预测 刘 栋, 高文华, 关辉辉 4.隧道监测对地铁隧道结构安全的重要性_许少平
5.隧道监测系统研究现状及其发展趋势_吴忠杰，罗根传，刘新喜
6.隧道长期安全监测及评价模型_任松 王新胜, 姜德义, 李 林, 王春荣 7.一体化地铁隧道变形监测方法研究_沈震方 王敏华 李维涛 8.关于隧道拱顶下沉监测方法的探讨 刘团结 李建新 9.公路隧道衬砌裂缝的跟踪监测与分析研究_叶飞