浅析公路隧道施工自动化监测技术陈昊

陈昊

深圳市勘察研究院有限公司广东深圳518000

摘要：公路隧道施工监控量测作为新奥法施工的关键要素，是保证隧道现场施工安全和信息化设计的基础。文章总结分析了公路隧道施工监控量测发展现状以及存在的问题，分析得出了公路隧道施工自动监测系统的基本构成以及制约自动监测技术发展的因素，为公路隧道自动监测技术的发展提出了建设性的建议。

关键词：公路隧道；自动化；监测技术

1引言

我国目前绝大部分公路隧道设计施工采用了新奥法原理，其中公路隧道施工监控量测作为新奥法施工的关键要素，是保证隧道现场施工安全和信息化设计的基础。通过对施工现场监控量测数据分析，进一步对隧道围岩力学性能进行评价，进而可对隧道施工方法、支护参数等进行合理调整，从而做到信息化设计、施工，确保施工安全、围岩稳定、支护经济、质量可靠。目前隧道施工监控量测主要技术手段以人工监测为主，随着技术的进步，隧道施工自动化监测技术研究与应用也逐渐成为热点。然而受技术、经济的制约，其发展速度受到一定的限制，一些成熟的自动化监测系统很难得到广泛的推广应用。

2隧道施工监测存在的主要问题和不足

2.1现场监测人员整体技术水平偏低

目前隧道施工监控量测项目的现场工作人员多由在校生、实习生、专科生和非专业人员组成，其资历水平不够、现场整体水平明显偏低，一方面是工作的熟练程度不足，另一方面是专业知识积累还存在一定的缺陷，数据结果的准确性、可靠性难以保证。另外，现场测量人员的工作积极性和责任心不强，导致监控量测的数据不能够完全准确的反映实际情况。

2.2量测数据分析不及时，监测预警指标不明确

受人员主观能动性的制约，许多量测数据采集完成后得不到及时的分析，部分项目存在监测数据迟滞分析，主观的认为监控量测只是提交监测周报和月报即可。受现场人员技术水平的制约，量测结果的分析深度不够，监测预警的概念不清，监测预警指标不明确，监测预警不准确。

2.3施工方的配合度不够

公路隧道施工环境十分恶劣，对于中长距离以上的隧道，洞内照明、通风往往不良，加上洞内作业人员比较复杂，又对监控量测工作的认知不足，致使监控测点松动甚至破坏，造成检测数据的中断，数据无法连续反映围岩及支护的实际变化情况。公路隧道监控量测工作在开展过程中难免给施工计划带来影响，有时需占用施工作业空间和时间，对于中长隧道的工期及成本都有所影响，同时施工方对监测单位的信息反馈重视不足，认为其作用并不重要。

3公路隧道自动化监测技术应用

3.1监测传感器

隧道自动监测的传感器与采用人工手段的监测传感器是一致的，围岩变形的监测能够实现自动监测的传感器主要有测量机器人、激光位移计、静力水准仪、巴塞特收敛系统和自动隧道断面扫描系统等；对围岩及支护结构力学特性监测的传感器主要有压力盒、多点位移计、锚杆轴力计、混凝土应变计和钢筋计等，主要以振弦式和电阻式两种类型为主。选测项目以埋入式为主，对于施工隧道的抗干扰能力较强，而围岩变形检测需要稳定的安放于隧道内部，抗干扰能力较低，且成本较高。

3.2监测数据的自动采集技术

根据目前隧道施工监测内容以及现有的传感器类型，其输出的信号类型主要有电压数据信号、振弦数据信号、电流数据信号、数字数据信号以及压电数据信号等。隧道施工自动监测的第一步就是需要对各类传感器采集输出的各种信号进行定时地自动采集和向外输出可识别的信号。目前市场上此类技术已比较成熟，多类信号数据均可成功实现集成和转化。

3.3数据分析

选择隧道右洞围岩破碎位置处的3个断面为研究对象，挑选关键时间点的监测数据绘制曲线图。由于部分监测点在施工中遭到破坏，所以选择未被破坏数据连续的监测元件进行分析。（1）初期支护与围岩接触压力。围岩与初期支护间压力量测是为了了解初期支护的实际受荷情况，量测的数据可作为隧道结构设计计算的依据。而且实地量测的荷载基本上反映了结构与围岩全面相互作用的特征，能够更为直观准确地了解复合式支护结构的受力状态，从而能对支护结构做出有效地评价，并有针对性地提出合理的优化设计方案。围岩与初期支护接触压力分布总体上都呈现为“上大下小”：拱顶位置的围岩压力通常都较大；两侧拱腰中通常有一侧围岩压力较大，而另一侧围岩压力相对较小，本隧道断面的拱顶及拱腰位置的围岩压力较大，但在二次衬砌施作后都趋于稳定，最大值大多出现在拱顶。（2）初期支护与二次衬砌接触压力。对比围岩与初期支护间压力，在二衬施工时，初期支护间压力明显变小，说明二次衬砌自成型后即承受部分围岩压力，宜及时施作二次衬砌，尽早形成封闭结构，初期支护与二次衬砌接触压力均不大，由此可知该隧道所预设计的支护衬砌结构总体上是偏于安全的。

4隧道自动化监测技术发展分析

4.1隧道施工过程围岩自动监测技术瓶颈

隧道围岩位移自动监测技术手段多样，但是应用到隧道施工过程中依然存在诸多问题需要克服和攻关。（1）测量机器人和自动隧道断面扫描系统成本太高，受施工干扰大，监测基点及测点极易破坏，需要人工经常进行基点和测点的照准调试工作，同时仪器设备安放于隧道内极易被破坏，且其数据输出接口很少对外开放，难以与自动监测系统进行集成；（2）激光位移计技术目前仍然处于研究阶段，基本无成熟的产品投入生产，其量测精度和量程较小，其前端光敏原件受灰尘干扰较大，相关的信号处理技术还不成熟；（3）静力水准仪传感器之间采用物理连接，受施工干扰较大，量程较小，安装要求结构物表面平整，而隧道施工监测，测点位于初期支护上，平整度达不到要求；（4）巴塞特收敛系统为国外研发，成本较高，受施工干扰大，数据输出难对外开放以及与其他自动监测系统兼容。

4.2监测对象及监测预警指标不明确

隧道工程为长大线路工程，围岩地质条件不清，导致结构受力薄弱环节不明确，需要重点监测断面布置不明确，往往出现监测断面没有出现问题，而没有监测断面出现工程事故。同时隧道工程个体化差异很大，并没有一个变形预警标准可以适用于大部分隧道，甚至同一条隧道不同的段落变形预警标准也不同，因此针对不同的隧道甚至是同一条隧道的不同段落要进行软件系统的开发，实施起来比较困难。

5结语

公路隧道施工监控量测是隧道新奥法设计与施工的重要环节，是隧道施工安全的重要保障，计算机技术及无线通讯技术的发展推动了隧道自动监测技术的发展。通过自动化监测系统，实现了隧道施工过程中监测数据的自动采集、远程自动传输，显著地提高了监控量测的效率，实现了信息化施工。在应用过程中，该系统的稳定性好，传输数据效率高，可在隧道施工的复杂环境下应用。同时基于振弦式传感器的特点，该套系统也可延伸至隧道通车运营期的监测。

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