施工期間和施工后監測隧道的岩體行為是工程常見的做法。監測(Monitoring)是通過量測儀器和監測方法相結合的大地測量和岩土工程監測方法。

監測的目標是驗證隧道設計。測量關鍵物理參數並將其與預測值進行比較。如果出現重大偏差，可以對隧道設計進行調整。除此之外，岩土工程儀器還可用於某些隧道施工程序的質量評估。在危急情況下（例如;在市中心地區的沉降敏感結構下掘進），它可以為整個隧道運行提供施工控制信號。

介紹岩土工程量測回饋儀器，以協助施工控制。

1. 開挖隧道表面的變形測量。儀器;全站儀(total stations)和反射器覘板(Reflector targets);特殊情況下亦可應用收斂儀。

2. 隧道開挖面的變形測量。使用儀器儀錶;鑽孔伸長計-Borehole extensometer （特別是3點伸長計-especially 3-point extensometer）。 由於安裝會干擾隧道掘進作業，因此幾乎不再使用。

3.支撐元件"錨"或"岩栓"荷重儀。儀器儀錶;錨定荷重感測元件;監測錨頭處的受力狀況。錨桿;在錨的長度上進行應變監測。提供錨桿所需長度的資訊。

4.支撐元件"噴射混凝土"的受力。儀器儀錶;總壓力感測器 （TPC） ;p輔助液壓扁平千斤頂，用於監測徑向和切向應力。

TP C的性能主要取決於許多因素，其中包括TP C設計，當地條件，特別是安裝品質。許多隧道工程師用於噴射混凝土應力監測,更喜歡混凝土嵌入應變片而不是TPC。可以深入瞭解噴射混凝土的瞬態應力-應變關係-the time-dependent stress-strain relationship of the shotcretef the time-dependent stress-strain

relationship of the shotcrete.。隧道輪進後周遭岩體應力（和應力變化）的測量通常比位移的測量困難得多,應力是任何地質力學系統的固有部分，不能忽視就要考慮完整。應力應變量測可以確認岩石荷載以及選擇適當的岩石螺栓長度。

5.支撐元件"鋼拱"的（Elementary tunnelling instrumentation圖中未顯示）。儀器儀錶;應變感應片和總壓力計(Strain gauges and total pressure cells)。

隧道設計驗證的監控執行

在地下施工中，岩土工程儀器(Application of geotechnical instrumentation in underground construction.表);目的為了評估隧道設計，通常採用一組基本隧道儀器，如Elementary tunnelling instrumentation圖所示。所示儀器;以及一些選定的附加儀器,按照常見的工程目的進行，分類如下：

用於在隧道挖掘後岩面周圍岩體平衡的量測儀器：收斂和/或大地變形監測。

收斂測量尺和量測方法

通過測量方法對開挖隧道表面的位移進行收斂測量監測是當今隧道施工中常規作業的一部分。位移的變化受到監控，建立隧道施工程序中,相關聯的應力應變資訊，例如在挖掘，地面支撐的安裝和仰拱的閉合時間點。"整個系統的穩定性及其安全性、額外支撐保護的必要性或支撐保護量體酌減允許性，都是根據挖掘隧道表面或附近的收斂或位移測量來判斷的"。

收斂儀（及伸張儀） 收斂測量，挖掘隧道表面上兩點之間的距離由特殊製造的量尺（所謂的"收斂尺"或"伸張計"）測量。技術特點是其量測時張緊力在測量位置的再現性(相同量尺拉緊度)。測量點埋置於襯砌中收斂螺栓,測量頭外露，並在監測項目的整個專案週期內保持可量測。安裝螺栓后，進行第一輪收斂測量量測數據（或"量測起始"）建立。通過後續測量，可以確定各個收斂螺頭栓之間距離的變化。

收斂測量的精度在0.003至0.1毫米之間，取決於許多因素，其中包括儀器類型、量尺材料以及量尺與螺栓的耦合類型（參見Instruments and methods for convergence measurements in tunneling表）。請注意，收斂測量通常比大地測量位移測量更準確。

歐洲隧道掘進專案施工中，收斂觀測量尺幾乎不再使用。相反，大地測量監測(geodetic monitoring)是準用收斂測儀，儘管大地測量方法的系統精度較低，仍幾乎完全取代了收斂觀測量尺測量。只有在特殊或敏感專案（例如地下研究實驗室;核燃料二次儲存庫）中，收斂觀測量尺仍在使用。通常，在這些應用中，使用精度等級I或I I（參考Instruments and methods for convergence measurements in tunneling表）的收斂觀測量尺。用大地測量變形監測取代收斂儀測量的主要原因與收斂觀測量尺測量的以下主要缺點有關：

1 對隧道掘進作業的高度干擾

2 無法自動化

3 僅限於相對位移測量。

岩體變形監測-Geodetic Deformation Monitoring

隧道專案施工，岩體變形監測-Geodetic Deformation Monitoring代表了隧道開挖周圍岩體行為監測的真正主力，可以執行大的工作量和產生量化圖表。

如Principal sketch of a geodetic deformation monitoring set-up in tunnelling圖所示，位移測量部分通常沿隧道軸線每隔10至25米安裝一次。通常，每個部分由五個反射器覘板（Reflector targets for geodetic deformation measurements in tunnel圖）組成，這些覘板沿隧道週邊等間距布設。隧道Drift -partial tunnel excavations挖掘中的覘板,分開挖階段布設（Common layout of targets for geodetic deformation measurement in partial tunnel excavations圖）。通過具有自動數據採集功能的精密全站儀(total stations)對目標進行測量，最遠可達100米的距離。每組讀數由兩個角度和一個距離測量值組成。全站儀可以自由定位，盡量減少對隧道掘進作業的干擾。最近的發展包括具有自動目標識別功能的電動儀器。這些儀器可以臨時或永久放置在隧道側壁，可以由非專業人員操作。

岩體變形監測-Geodetic Deformation Monitoring,測量隧道變形的結果通常以圖形方式顯示。一個標準圖表是橫截面中5個測量點的位移，如Example of a geodetic deformation measurement in tunnelling. Presentation of the absolute displacements of the 5 targets (in millimetres) for various time steps.

圖所示。絕對位移已確定並繪製成圖表。然後，計算任意兩個測量點之間的相對位移（=狹義上的"收斂"），通過兩個位移值之間的減法即可計算出來。

目前非常重視將大地測量’隧道測量與傳統岩土工程監測相結合。這種方法的關鍵是合適的集合採集和評估軟體。同樣，一些傳統的測量公司也正在通過建立特殊的岩土儀器裝置來因應這種綜合方法。一個自動數據採集和評估程式，最多可檢測500個感測器。

收斂和大地變形測量的工程評估 除了Example of a geodetic deformation measurement in tunnelling. Presentation of the absolute displacements of the 5 targets (in millimetres) for various time steps.圖外，收斂帶或大地測量變形測量的測量結果通常繪製為時間 - 位移曲線，如a synoptic presentation of the tunnel construction work with the time-displacement curve.圖;評估此類測量值的關鍵是用時移曲線對隧道施工工作進行概要岩體行為認知。對測量結果進行工程評估的主要標準只是收斂運動停止的信號。如果為正，則時間-位移曲線將趨向於向水平線收斂。證明由周圍岩體和各種支撐材料組成的隧道系統已經找到了新的平衡。如果為負數，則實際時移曲線將傾斜，甚至可能在隧道施工完成後數周或數月持續。因此，工程探討是考慮變形速度（和變形加速度）及設施經開挖後周遭岩體的變位平衡趨於穩定。而不考慮變形的絕對大小。因此，對收斂和大地變形測量的常見解釋仍然停留在相當經驗的層面上。它不會對隧道系統的機制產生任何深入的見解。特別是，它沒有提供有關隧道及其襯砌的實際安全邊際的任何資訊。

大地變形測量(Geodetic Deformation Measurements)用以推斷的噴射混凝土襯砌的承載能力儲備(應力反應)和安全係數

收斂和大地變形測量(convergence and geodetic deformation measurements)的常見經驗解釋並沒有產生任何關於噴射混凝土隧道實際承載能力的明確證據。僅根據這些測量，不可能具體說明隧道施工及其襯砌破壞的任何安全係數。

噴射混凝土的應力 - 應變關係是高度依賴時間的，科學已經發展到可以以足夠程度的準確性和信心指定這種關係的階段。採用數值建模程式，將噴射混凝土襯砌的測量應變（從位移測量中推斷出來）轉換為應力。根據這些資訊，可以指定噴射混凝土襯砌的實際載荷程度，承載能力和實際安全係數。

Capacity factor of a shotcrete lining of a 925 m long tunnel section圖 顯示了一個925米長的噴射混凝土隧道段的示例。它表明，雖然受到顯著的局部波動的影響，但噴射混凝土襯裡的容量（即實際載荷除以承載能力-the actual load divided by the load bearing capacity）被最大限度地佔用到大約50%至80%的水準。相當於噴射混凝土襯裡抗壓強度安全係數在1.25和2.0之間。

噴射混凝土襯砌的承載能力的推導基於Evaluation and checking procedures of the load bearing capacity determination of shotcrete linings圖所示的若干步驟。每個步驟本質上都與假設和錯誤相關聯(intrinsically associated with assumptions and errors.)。因此，通過直接測量來檢查最終結果（即作用在襯裡的應力計）。通過採用開口釋放空間和安置扁平千斤頂補償方法完成儀器設置。這種方法具有經過驗證的可靠性記錄，是在可接近的表面上確定混凝土和類似材料應力的最佳方法。開口釋放空間和扁平插孔補償方法分三步進行，如Measuring principle of the slot cutting and flat jack compensation method.圖所示。首先，在預期切口旁邊設置測量標記（圖a）。然後用金剛石鋸（通常為450 mm）切割槽，並測量由於開槽而導致的測量標記的收斂性（圖b）。最後，將符合槽形狀的扁平千斤頂插入槽中，並液壓充氣，直到測量的收斂點完全反轉- u_c=-u_E at compensation pressure p_c（圖c）。該點稱為「補償點」。因此，在補償點處作用在jac k中的壓力稱為「補償壓力」。該壓力（幾乎）與待確定的噴射混凝土中的應力相當。此測試不需要瞭解材料參數（例如楊氏模量 E）。

在Capacity factor of a shotcrete lining of a 925 m long tunnel section圖所示的隧道專案示例中，計算應力（根據大地測量位移測量得出-as deduced from geodetic displacement measurements）和測量應力（採用扁平千斤頂補償方法-employing the flat jack compensation method）之間的比較結果如Comparison between computed and measured tangential stresses of the shotcrete lining of the Egge Tunnel圖所示。兩種方法具一致性。

監測位移和應力的儀器執行成果，以實現更好的設計

收斂(convergence)和大地變形測量(geodetic deformation measurements)不足以全面判斷隧道系統的岩體力學行為。

在這方面可以確定兩個原因

1 隧道開挖面周圍岩體需要必要的直接監測;因為隧道開挖面周圍岩體具有一定的承重能力，並且是隧道系統整體穩定性的促成因素之一。

2 如果隧道系統的岩體力學描述僅基於位移及其延伸行為，則該描述仍然是不完整的。必需對力（和應力）有完整性了解。

在專門為控制隧道設計而設置的隧道監測程式中，至少應安裝所有標準儀器（如Elementary tunnelling instrumentation圖所示），以提供足夠廣泛的資料庫，以便在測量和預測之間進行比較。

隧道掘進中,隧道開挖周遭岩體位移測量儀器，標準儀器將作相應修改。特別是通過鑽孔伸長計測量開挖周遭岩體運動，這些伸長計現在從隧道延線地表安裝，不是從隧道挖掘內部安裝。

在Monitoring of the loosening of the roof strata of a near-surface railway tunnel by the probe extensometer圖中顯示的狀況:

（1）在隧道掘進通過前（在Monitoring of the loosening of the roof strata of a near-surface railway tunnel by the probe extensometer圖中剖面）開挖面與拱頂成壓力狀態。

（2）一旦隧道掘進通過測量段，隧道開挖面拱頂的地面變形特性就會從壓縮變為延伸。

（3）伸長儀延長程度是不連續的。在9.0米的深度為峰值;7.0米和4.0米亦有不同裂縫。表明隧道拱頂地層中存在洋蔥式鬆動結構。

（4）在隧道接續輪進階段進行的四次後續測量沒有明顯差異。表明隧道系統在 開挖後找到了新的平衡。

從隧道岩線地表安裝的伸長儀具有以下優點：

1 不干擾隧道施工作業（被視為主要優勢）

2 安裝和測量不限於挖掘後階段。所有地面變形都可以監測，包括隧道掘進之前的變形，在城市內隧道(潛盾)掘進中特別重要。

3 使用容易安裝和方便的測量操作的高敏感探頭伸長儀進行量測。Monitoring of the loosening of the roof strata of a near-surface railway tunnel by the probe extensometer圖的量測記錄明證。

伸長儀測量沿鑽孔軸線定向的地面位移量。為了監測地表面的完整變形狀態，除了測量作用於鑽孔軸的位移量的伸長計外，將通過標準傾角計（在垂直鑽孔中）或通過水平傾角計或偏轉計（在傾斜或水平鑽孔中）在固定孔的固定探頭或移動探頭實現。內在目的，即為測量和預測之間的比較提供基礎。

註:

偏轉儀的定義-Definition of deflectometer：用於測量橫向應力下物體微小變形的儀器。