前沿技术丨公路隧道施工变形监测精度要求探讨

前沿技术丨公路隧道施工变形监测精度要求探讨

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来源：苏交科岩土工程设计研究所  

编前语

由于岩土体物理力学性质的多样性、岩土介质与地下结构相互作用的复杂性、人类认识水平的局限性和地下工程的隐蔽性、重要性以及灾害事故的突发性，使得隧道工程在施工和运营期间的稳定和安全都非常依赖于监测工作。

随着地下工程学科研究的不断深入，各行业规范中的监控量测要求也随之得到了修改和完善，并在各自行业的工程建设中发挥着重要作用。

然而，现有公路隧道和铁路隧道规范对隧道周边收敛和拱顶下沉的监测精度要求存在较大的差异。

一、隧道工程规范对隧道施工变形监测的精度要求

现有公路隧道规范和铁路隧道规范都将隧道周边收敛和拱顶下沉纳为必测项目，并对监测仪器和监测精度等做出了明确的规定。但不同的规范对隧道周边收敛和拱顶下沉的具体监测精度和监测仪器要求不同。

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二、其他规范对隧道施工变形监测的精度要求

GB50026-2007《工程测量规范》指出：地下隧道在施工阶段的变形监测应包括衬砌结构收敛变形和隧道拱顶下沉，变形监测的精度应根据工程需要和设计要求确定，重要的隧道结构变形监测可采用三等精度，一般的隧道结构变形监测可采用四等精度。

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由表可知：

三、四等精度垂直位移变形观测点高程中误差为1.0～2.0ｍｍ，相邻变形观测点高差中误差为0.5～1.0ｍｍ。

因此，隧道施工阶段的拱顶下沉监测精度可要求为0.5～1.0ｍｍ。

三、四等精度水平位移变形观测点的点位中误差要求为6.0～12.0ｍｍ，但6.0～12.0ｍｍ的精度要求无法保证隧道的安全，且现有常用收敛监测仪器的精度已达到1.0ｍｍ甚至更高。

因此，隧道收敛变形的监测精度可以要求达到0.5～1.0ｍｍ。

近年来，城市基坑工程向着“深、大、近、难”的方向快速发展，邻近建筑和管线的变形安全对基坑开挖引起的地层变形控制提出了严格的要求。

GB50497-2009《建筑基坑工程监测技术规范》根据基坑的变形累计值和变形速率制定监测精度要求。

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上海市DG/T J08-2001-2006《基坑工程施工监测规程》根据基坑等级制定监测精度要求。

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基坑工程监测规范对变形监测的精度要求取决于周边环境对基坑变形的敏感程度，公路隧道的周边环境要求远低于监测等级为特等和一等的基坑。

虽然隧道围岩变形和基坑结构变形监测的内容和方法差距较大，但两者制定的目的都是为了保证结构自身及其周边环境的安全。

因此，在公路隧道监测精度要求的制定上可以参考和借鉴基坑工程监测规范对精度的要求，可以确定公路隧道在施工阶段的拱顶下沉监测精度要求为0.3～0.5ｍｍ，周边收敛监测精度要求为1.0～1.5ｍｍ。

三、现有隧道施工监测仪器的精度技术指标

各种类型的钢卷尺收敛计是隧道周边收敛监测的主要仪器，钢卷尺收敛计标称精度和分辨率分别达到0.1ｍｍ和0.01ｍｍ，但影响钢卷尺收敛计测量精度的因素很多，其施测精度仅为0.6ｍｍ。

精密水准仪悬挂钢尺法是隧道拱顶下沉监测的主要仪器和方法，精密水准仪配合铟钢尺的每千米往返测量高差标准偏差可以达到0.3～0.5ｍｍ。

虽然传统收敛计和精密水准仪悬挂钢尺法的测量精度高，但其操作要求高、测量效率低和测量时施工干扰大，特别是当隧道净空高度大于６ｍ时，还存在挂尺困难的问题。

对监测点进行变形监测时，通过选用高精度的全站仪，采取增加测回数、选择合适的监测位置和对监测数据进行平差计算处理等措施，全站仪监测隧道周边收敛和拱顶下沉的精度可以达到±1ｍｍ，能够满足铁路隧道施工变形监测的精度要求。

因此，高精度的全站仪被逐步应用于铁路隧道施工阶段的周边收敛和拱顶下沉监测中。

四、隧道施工变形监测精度要求讨论

在1971年国际测量工作者联合会（FIG）第13届会议上，工程测量组提出：如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许数值而确保建筑物的安全，则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10～1/20；如果观测的目的是为了研究其变形的过程，则其中误差应比允许变形值小得多。

（1）按隧道设计规范对预留变形量的要求确定

采用复合衬砌支护的隧道，应预留适当的围岩变形量，国内隧道工程相关设计规范根据围岩级别和隧道断面尺寸给出了预留变形量的参考值。

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对于Ⅱ级围岩的双线和Ⅲ级围岩的单线铁路隧道，设计的最小预留变形量均为10ｍｍ。

取最小预留变形量的1/10～1/20（即0.5～1.0ｍｍ）作为公路隧道施工变形监测的精度要求，即可满足国际测量工作者联合会（FIG）建议的观测中误差应小于允许变形值的1/10～1/20的要求。

这也是TZ204—2008《铁路隧道工程施工技术指南》和TB10121-2007《铁路隧道监控量测技术规程》对隧道施工变形监测的精度要求。

（2）参考基坑工程监测规范的精度要求确定

城市基坑工程的周边环境对地层变形的要求比普通的公路隧道更为严格，因此，参考《建筑基坑工程监测技术规范》和上海市《基坑工程施工监测规程》，0.5～1.0ｍｍ可以满足公路隧道施工阶段的变形监测精度要求。

同时，0.5～1.0ｍｍ也满足《工程测量规范》中有关隧道结构变形监测的精度要求，即重要隧道结构的变形监测可采用三等精度，一般的结构变形监测可采用四等精度。

小编总结

根据现有公路隧道、铁路隧道和其他规范的具体监测内容和精度要求，结合现有监测仪器的精度技术指标，探讨公路隧道施工变形监测精度要求，建议将公路隧道施工阶段的周边收敛和拱顶下沉监测精度要求由0.1ｍｍ修改为0.5～1.0ｍｍ。

0.5～1.0ｍｍ的监测精度要求对公路隧道施工阶段的变形具有足够的分辨能力，可以保证公路隧道的施工安全，促进高精度全站仪、激光收敛测量装置等非接触量测方法和仪器在公路隧道施工变形监测中的应用和推广。

提高公路隧道施工变形的监测效率，也可避免因实际测量精度达不到规范规定的精度要求而引发的监测数据造假现象。