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TBM隧道施工监控量测特点与方法

1.tbm隧道监控量测

（1）隧道施工监控量测是保证工程质量的重要措施，也是判断

围岩和衬砌是否稳定，保证施工安全，指导施工顺序，进行施工管

理，提供设计信息的重要手段。[1]其中，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判断围岩

稳定程度以及指导现场施工。

（2）tbm施工与普通钻爆施工相比，采用滚刀进行破岩，避免

了爆破作业，成洞周围岩层不会受爆破震动而破坏，洞壁完整光滑，

超挖量少。因此，tbm施工方法比钻爆法得到的周边围岩应力变化

更小，同时在tbm施工监控量测中数据较钻爆法施工更小。但是由

于tbm机组在空间上的阻挡，tbm施工监控量测难度较钻爆法滞后

性更大。

因此，以某市复合式tbm工程的施工量测中，主要采用水平仪

和收敛仪对隧道内的水平收敛和拱顶下沉量进行量测，以达到判断

围岩稳定的目的。

图1有限元模型

2.数值模拟分析

（1）根据设计地质说明，该隧道沿线属构造剥蚀浅丘地貌，区

间隧道埋深10～50m，覆跨比大于1.5。隧道围岩岩层平缓，岩体

较完整。围岩主要为较完整的块状镶嵌结构的砂质泥岩和块状砌状

砌体结构砂岩。因此，在隧道数值模拟中简化设置埋深均为30m，

土层根据实际勘测简化分为两层，上层为风化砂质泥岩（其物理参

数为：弹性模量为500mpa；泊松比为0.4；重度24kn/m3），下

层为风化砂岩（其物理参数为：弹性模量为1000mpa；泊松比为0.3；

重度23kn/m3），且都为粘弹性体，纵向长度为120m，监测断面

则在隧道内10m处，避免洞口处采用约束条件而对其收敛和拱顶下

沉数据的影响。其中围岩和管片（其物理参数为：弹性模量为

27600mpa；泊松比为0.2；重度25kn/m3）均采用实体单元。从

而得到相关有限元模型如图1所示：

图2x方向的位移云图

（2）隧道内管片衬砌内径为5.4m，管片厚度为0.3m，外径为

6m。此次通过隧道内管片结构内力与位移来分析模型中的水平收敛

和拱顶位移，图2和图3分别为管片关于x方向和y方向的位移云

图。

3.数据对比分析

3.1水平收敛对比分析。

（1）隧道内壁面两点连线方向的位移之和称为“收敛”，收敛

值为两次量测的距离之差。收敛加速度则为两次单日收敛速度之间

的差值和两次速度时间之间的比值。在隧道施工监控量测中一般水

平直径作为收敛线，对其进行量测。在数值模拟中，简化为每个计

算步为10m（即每天开挖10m），设开挖到监控断面为第一天，此时

监控断面距掌子面距离为0m，取水平直径上的两个节点的x方向的

位移，然后相加得到收敛值。此次，通过多断面求平均值得到的收

敛值（如表1所示），累计收敛与掌子面距离的关系图（如图4所

示）以及收敛加速度与累计天数的关系图（如图5所示）。

图3y方向的位移云图

表1收敛值对比表

距离掌子面距离

（单位：m）累计天数模拟累计收敛

（单位：mm）实际累计收敛

（单位：mm）模拟收敛加速度（单位mm/天）实际收

敛加速度（单位mm/天）

010.269900.26990

1020.875700.33590

2032.305100.82360

3042.42050—1.3140

4052.52650.42—0.00940

5062.66550.80.0330.42

6072.76091.07—0.04360.38

7082.84231.32—0.0140.27

8092.88951.53—0.03420.25

90102.96191.710.02520.21

100112.99331.84—0.0410.18

图4累计收敛与掌子面距离关系图

（2）由于隧道内复合式tbm机组在空间上的阻挡，所以无法在

开挖后立即对靠掌子面附近的点进行布点量测。所以前面三天基本

无法量测，同时也就导致了测量点距掌子面较远才能量测。而且在

隧道内布点有时会受周围管线以及人行道的影响，无法将量测点准

确的布到水平方向的两直径点上。在模拟数值分析中，收敛在第二

天，同时也离开掌子面一定距离内出现最大值，而且该阶段位移占

总位移的40%左右，然而在实际施工监控量测中无法得到该数据。

3.2拱顶位移对比分析。

（1）隧道拱顶内壁的绝对下沉量称为拱顶下沉值。下沉加速度

则为两次单日下沉速度的差值和两次下沉速度时间之间的差值。数

值模拟中监控断面和时间均和收敛监控的断面和时间频率相同。布

点则一般取隧道的顶点作为量测点。在数值模拟分析中，取隧道顶

点y方向的位移作为拱顶下沉值。从而得到模拟位移和实际位移的

比较（如表