摘要：本文分析了隧道监控量测技术的目的和内容，以某工程为例，针对隧道监控量测方案设计进行详细探究。
关键词：铁路隧道；监控量测；设计
中图分类号：S611文献标识码： A
引言
随着我国铁路建设高峰的来临,各条铁路的设计都向着高速度,高载重量的趋势发展,这样一来铁路线路就要求尽量的取直线,进而遇到高山不再绕避,而是选择修建隧道。在隧道的设计中以新奥法最为成熟,也最为普遍,监控量测是新奥法的一部分,就铁路隧道的监控量测进行了系统的论述,对于相关的铁路隧道的监控量测设计及应用具有一定的指导意义。
一、隧道监控量测技术的目的和内容
1、隧道监控测量技术的目的
1.1 了解隧道施工情况
通过隧道监控量测技术可以高校的了解到隧道施工中各个阶段的地层和支护结构的变化，从而全面的掌握隧道施工中所处的状态和情况，同时也能进一步的判断出围岩的稳定性和支护、衬砌等结构的可靠性，并根据这些情况采取相应的措施来保证隧道施工和结构的稳定。其次，通过对隧道监控测量的数据进行分析可以对理论分析的结构进行补充和修整，并通过检测结果的反馈，对隧道施工具有一定的指导作用，另外还可以根据这些测量结果进行施工方法的调整，比如调整围岩级别、变更支护设计参数，从而提升隧道施工的施工进度和工程质量。
1.2 监测隧道环境
隧道监控的测量不仅可以对隧道工程施工的具体环境进行监测，而且还可以对隧道工程的周边环境进行监控，尽可能的减少影响因素，提高隧道施工质量。而且通过对隧道监控量测不仅可以对隧道施工的环境进行具体的分析，还可以通过这些具体的数据和观测结果了解到隧道施工的规律和特点，通过对这些结果的反馈等能够为隧道施工的进一步进行提供一些良好的意见，并促进隧道监控量测和隧道施工技术的发展，这对于我国隧道施工和隧道监控量测的发展都具有重要的意义。
2、隧道监控测量技术的主要内容
监测的项目和具体内容必须要严格的按照现行《公路隧道施工技术规范》规定并结合隧道施工的具体情况来进行监控测量，在监测项目应该对洞内围岩和支护状况进行观察，并检测周边位移情况，其次对于拱顶下沉和锚杆内力及抗拨力也要进行精确的监控测量。另外，对于洞口浅埋地段的地表下沉、围岩内部位移及钢拱架应力的监测也应该得到重视，从而全面的获取隧道资料，为施工提供更多的参考依据[1]。
二、隧道监控量测的工程概况及制案原则
1、工程概述
某隧道跨度9m，高度7m，全长182m，其中III级围岩135m，IV级围岩47m，最大埋深56m，洞口两端为浅埋。隧区属丘陵地貌，海拔426m，穿越突出山脊。隧址内上覆第四系坡残积层粉质粘土，下覆基岩为侏罗系中统下沙溪庙组泥岩夹砂岩，岩层层理清晰。测区内地表水不发育，地下水有松散岩土类孔隙潜水、碎屑岩类裂隙水。
2、方案制定原则
隧道工程所处地质条件和周边环境的不同决定了隧道监测重点的不同，对于重点监控部位需进行精细的监测。另外隧道工程涉及面广，若每项都进行监测，不仅增加了监测人力、物力，还影响隧道的正常施工，造成整个工程造价的增加。总之，隧道监控量测方案制定原则可概括为“难点重点突出、普测精测结合、必测选测搭配”，基于该隧道埋深较浅，监控量测方案制定中应重点突出地表下沉的监测。
三、监控量测项目方案设计
1、必测项目
必测项目是在复合式衬砌和喷锚衬砌隧道施工中必须进行量测的项目，包括洞内、外观察，周边位移、拱顶下沉和地表下沉，其中地表下沉仅限隧道洞口段和浅埋段（隧道埋深≤2倍隧道开挖宽度条件下）为必测项目。洞内、外观察：设计人员根据地质勘察资料进行隧道设计，而地质勘察过程中只能通过调绘、物探、坑探、槽探、钻探等方法和手段对隧道所穿过的地质情况初步了解［5］，其具体情况不一定与勘察地质报告相吻合。因此，必须在隧道开挖后通过洞内、外的观察，判别真实地质情况与地质报告所述是否吻合，是否需对先前相关设计进行优化、修改。
周边位移和拱顶下沉：该量测是为监控隧道围岩的变形，防止其过度变形甚至失稳，酿成安全事故。同时也能根据变形的大小对施工方法的合理性、支护效果等进行评价，有利于隧道的设计、施工。
地表下沉：隧道洞口段围岩大多较为破碎，隧道开挖对其扰动大。另外当隧道开挖经过隧道埋深≤2倍隧道开挖宽度浅埋段时，隧道开挖影响范围将波及地表面建筑物，因此有必要通过对地表下沉的量测防止地表出现有害下沉甚至冒顶，危及地表建筑物[2]。
2、选测项目
选测项目应根据隧道地质情况、埋深、支护措施、周边邻近物等因素综合选择，包括钢架内力及外力、支护衬砌内应力、围岩体内位移（洞内设点）、围岩压力等11项。笔者仅对钢架内力及外力和围岩压力两项做粗略介绍。
钢架内力及外力：钢架由于其强度高、刚度大被用于地质较差地段支护。往往支护参数设计要么太小，支撑不住周边围岩，要么太大，造成浪费。为合理确定钢架支护参数，可进行钢架内力及外力的量测，同时也为以后设计提供参考。
围岩压力:通过对围岩压力的量测，可以对围岩状况进行相关评价，判断施工作业的正确性以及是否需要加强支护等。
从该隧道监控量测工程的目的出发，结合方案的制定原则，依据《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）和《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007），综合抉择，该隧道监控量测项目包括：洞内外观察、周边位移、拱顶下沉、地表下沉、锚杆内力和围岩压力量测。
三、数据分析处理
结合该隧道工程特点，依据有关技术规程，该隧道监控量测工程监测间距和频率如表1所示。
结合隧道工程特点，通过对必测项目和选测项目的量测将产生大量数据。由于偶然误差等因素，数据具有一定的离散性和波动性，因此需对其进行分析处理。分析处理过程，首先，应将具有明显错误的数据去掉，若该数据重要或错误数据太多导致无法进行分析，则需考虑补测；然后，对数据进行填表制图、误差处理等计算；最后，分析整理后的数据，分析的目的主要是抓住相关参数与时间之间的变化规律，从而对所测项目相关参数等进行预测，判断设计、施工的合理性，提防潜在危险，并对其预警。目前的预测方法主要有动态方程法、时间序列法、灰色模型法和神经网络预测法四种。
1、动态方程法
动态方程法也称为回归分析法，是目前最主要采用的数据分析处理法。它从自变量和因变量一组数据出发，寻找一种函数模型，尽量将所测数据囊括其中并减小误差。该方法常用函数模型有对数函数、指数函数和双曲线函数三种模型。随着计算机的快速发展，有理函数模型等复杂模型也得到应用。包太等人采用上述4种模型对某隧道量测数据预测效果进行对比得出有理函数模型预测效果最佳。
2、时间序列法
该法运用统计学原理，探求量测数据随时间的变化规律，根据其历史演变规律来预测其未来演变规律和趋势。相比其他预测方法而言，该法显得更加简单、准确。
3、灰色模型法
灰色系统理论在1982年由我国邓聚龙教授提出。它能在数据信息不充分的条件下，建立用于系统未来行为预测的数学模型。随着在隧道监控量测实际运用中的不断优化改进，该预测方法在实际工程应用中已获得较高精度[3]。
4、神经网络预测法
20世纪80年代，神经网络理论得到了长足的进步。它借鉴了人体信息传输系统学，具有在复杂条件下较好的建模能力和良好的数据拟合能力。李元松等人在溪洛渡电站4#公路隧道监测中，通过对比动态方程法、灰色模型法和有限单元法预测结果发现：神经网络预测法预测效果最佳。王国欣等人在重庆红旗河沟地下车站监测中采用神经网络预测法得到较好的效果。
考虑到数据分析处理的复杂程度，该隧道监控量测工程采用目前广泛使用的动态方程法，利用origin软件对监测所得数据进行回归分析。
结束语
根据动态方程法对量测数据的分析结果，并参考有关规范值，该隧道监控量测工程对隧道施工进行了实时分析和阶段分析，对工程安全性进行了评价，指导了隧道二衬施作时机的选择以及优化了施工方案.隧道监控量测应结合工程实际等因素，综合抉择监测项目，确保监测项目能够用于指导隧道设计、施工，减少对正常施工的影响。在监测数据分析方面建议采用多种方法综合对比分析，有利于提高预测的准确性。
参考文献：
[1]赵君.谈高速铁路隧道监控量测方案设计[J].山西建筑,2013（05）:168-170.
[2]彭放枚,凌同华,张胜,李品钰.邻近桥桩隧道施工监控量测方案优化[J].中外公路,2013（02）:202-206.
[3]甘剑峰.浅谈隧道监控量测技术[J].科技风,2013（10）:154-155.
