随着我国公路、高铁、地铁交通和输水涵洞的快速发展，隧道施工已经成为工程施工中的重要组成部分。在隧道施工过程中，判断隧道施工安全的重要依据是隧道的围岩形变的测量资料[1]，因此获取高精度的隧道形变测量数据是隧道施工中必须要面对的问题。文章研究隧道施工期间的隧道变形监测方案，并以实际工程为例验证方案的可行性，期望为同类施工项目提供参考。1隧道变形测量项目隧道监控量测项目所用仪器设备如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.002.T001表1隧道监控量测项目所用仪器设备序号监控监测项目常用量测仪器备注1地表沉降水准仪或全站仪隧道浅埋段2拱顶下沉全站仪或水准仪—3净空变化全站仪—4拱脚下沉水准仪不良地质浅埋段以及特殊岩土隧道5拱脚位移全站仪根据隧道工程的特点，隧道变形测量项目一般包括隧道浅埋段内地表沉降、隧道拱顶下沉以及隧道净空变化、在不良地质和特殊岩土隧道浅埋段的拱脚下沉及位移等[2-3]。隧道工程变形测量项目中，合理地测量横断面间隔和测量频率能起到事半功倍的效果。隧道变形测量项目的量测频率应根据测量横断面距离隧道开挖面的长度和监测点的变形速率综合判断[4]。依据变形速率、测量断面与开挖面的距离设计的量测频率如表2和表3所示。表2与表3矛盾时，取量测频率的最大值。10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.002.T002表2依据变形速率设计的量测频率变形速率/(mm/d)量测频率≥5.02次/d1.0~5.01次/d0.5~1.01次/2~3 d0.2~0.51次/3 d0.21次/7 d10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.002.T003表3依据测量断面与开挖面的距离设计的量测频率测量断面距开挖面距离/m量测频率（0~1）B2次/d（1~2）B1次/d（2~5）B1次/2~3 d5B1次/7 d注：B为隧道横断面宽度。2隧道变形测量实施2.1隧道浅埋段地表沉降测量（1）测点布置。地表沉降测量仅在浅埋段进行，一般埋深超过30 m属于深埋，地表沉降观测点的横向间距应在2~5 m之间为宜[5]。在靠近隧道中线位置，测量点应适当加密。地表沉降点布置横断面如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.002.F001图1地表沉降点布置横断面隧道中线两侧的布点测量范围应不小于H0+B，对地表沉降有特殊要求的建（构）筑物，应适当加密测量间距，在地表有控制性建筑物的情况下，还要拓宽测量范围。地表沉降点布置纵向间距设置如表4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.002.T004表4地表沉降点布置纵向间距设置隧道埋深H0量测断面间距2BH02（B+H）15~30BH0≤2B10~15H0≤B5~10注：H0为隧道埋深；B为隧道最大开挖宽度；H为隧道最大开挖高度。m（2）测点埋设。采用直径不小于20 mm的螺纹钢埋设，前段外露钢筋焊接水准测量标志（圆球）后，包裹反光贴。地表下沉测量点如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.002.F002图2地表下沉测量点利用与地表锚固稳定的快凝水泥或锚固剂将测点埋藏在地表深度不小于200 mm的区域内，如果地表破碎松软，则应适当加深埋藏深度。（3）测点测量。每隔100~150 m沿隧道轴线方向埋设一个水平工作基点，构成水准网。在稳定的基岩面上埋设工作基点，并与隧道开挖线保持一定距离，采用现浇混凝土方式进行埋设，以免受隧道施工影响。工作基点测量采用高精度数字水准仪，按照《二等水准测量规范》（GB/T 12897—2006）要求，每3个月复测一次[6]。检测异常时必须先对工作基点进行复查，特殊情况下还要增加工作基点的复测频率，确保工作基点无误后再对变形监测点进行综合判断。各断面上的监测点也按照二等水准测量规范，依次与工作基点进行水准路线的闭合或符合测量。测量频次参照表2和表3执行。隧道第一次开挖后12 h内应该完成测量点的初始读数，获取监测点的原始坐标值。2.2隧道拱顶下沉及周边净空变化测量作业（1）测点设置。拱顶下沉和隧道周边净空变化及地表沉降应在同一断面内进行，以便数据的相互验证。拱顶下沉及净空变化断面间距设置如表5所示。拱顶下沉及净空变化测量断面间距应根据围岩等级、隧道断面尺寸、隧道埋设深度、工程重要性等设计。10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.002.T005表5拱顶下沉及净空变化断面间距设置围岩级别断面间距Ⅱ岩石结构比较好，视具体情况确定间距Ⅲ30~50 mⅣ10~30 mⅤ~Ⅵ5~10 m注：不良地质断面间距应取最小值。拱顶下沉及隧道周边净空变化量测点的布置应根据测量断面的位置、隧道的埋设深度、施工方法、地质条件等情况综合评估确定。拱顶下沉测点应设置在拱顶轴线附近。当隧道跨径较大时，应增加拱顶下沉测点[7]。隧道围岩收敛及拱顶下沉测量点布设如图3所示。测点变形数据的采集基于图3的点位进行。10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.002.F003图3隧道围岩收敛及拱顶下沉测量点布设（2）测点埋设和测点测量。将图2测点顶上的圆球更换为棱镜杆，即是隧道拱顶下沉和围岩收敛测量点，其埋设参照地表沉降点的埋设方法进行。隧道施工造成粉尘和雾气较大，对测量结果会产生较大影响。因此在实际测量过程中，全站仪的位置与测量点的位置一般控制在30~50 m范围内[8]。在隧道实际施工过程中，一般会建立隧道施工独立坐标系[9]，在同一坐标系控制下进行拱顶下沉和隧道围岩收敛变形测量。文章依据施工坐标，通过三参数转换法设计一种独特的洞内变形监测独立坐标系（三参数坐标转换方法如式（1）所示）。独立坐标系将拱顶下沉的反方向视为坐标X轴，周边围岩收敛的横向位移方向为Y轴，建立右手直角坐标系。XY=cosα-sinαsinαcosαX'Y'+X0Y0 （1）式中：α——原坐标转换至新坐标的旋转角度；X、Y——新坐标系下坐标值；X'、Y'——原坐标系下坐标值；X0、Y0——原坐标至新坐标的平移值。隧道洞内拱顶下沉及周边围岩收敛变形测量独立坐标系如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.002.F004图4隧道洞内拱顶下沉及周边围岩收敛变形测量独立坐标系由图4可知，拱顶下沉量是两次坐标测量的X坐标值变化量，周边围岩收敛变形是两次坐标测量的Y坐标值变化量，无须再进行坐标方向值转换，同时规避了传统的倒尺法测量拱顶沉降的诸多不便。因此，通过该方法建立的隧道洞内独立坐标系能够减少工作量和数据计算的出错率，大幅度提高工作和数据分析的效率。2.3隧道变形测量方案实例验证以浙江省某一正在施工的隧道为例，利用上文隧道变形测量的方法进行测量点布置和数据采集，采用回归分析的方法分析变形点随时间变化的测量时态曲线，预测测量点最大变化量出现的时间。根据时态曲线的形态，结合围岩稳定性、支护结构的工件状态进行安全性评价，并提出指导施工的实施意见[10]。回归分析采用的模型有双曲线模型、对数模型、指数模型、分段函数模型、经验公式等[11]。实际操作过程中一般采用与实测数据随时间变化的散点图最接近的模型进行回归分析。工程分析模型采用对数和指数模型，其变形点的测量数据时态曲线如图5~图8所示。变形测量点累计变形回归分析曲线如图9所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.002.F005图5围岩收敛时态曲线10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.002.F006图6围岩累计收敛时态曲线10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.002.F007图7隧道拱顶沉降时态曲线10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.002.F008图8隧道拱顶累计沉降时态曲线10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.002.F009图9变形测量点累计变形回归分析曲线由图5~图8可知，文章设计的方案在该工程实例中可行，利用函数模型拟合的累计变形时态曲线与图9对比，能够准确分析工程安全情况。出现图9所示的反常曲线时，相关人员能够第一时间发现并及时按程序上报。3结语通过文章隧道变形测量的方案设计和其在实际工程中的应用分析，证明按照文章所设计的隧道开挖施工全生命周期形变测量方案是可行的。文章设计的方案能够满足目前隧道施工变形测量的需要，同时也可以为其他地下工程项目提供参考。文章设计出的隧道洞内变形监测独立坐标系不仅能够规避传统拱顶沉降测量方法上的诸多不便，还可以减少数据分析过程的出错率，大幅度提高工作效率，可应用于所有变形测量项目。