在地下工程測試中， 位移量測( 包括收斂量測) 是最有意義和最常用的監測項目， 其穩定可（kě）靠，簡便經濟。測試成果（guǒ）可直接指導施工，驗證設（shè）計，評價圍岩（yán）與支護結構的穩定性。TMS ( Tunnel Monitoring System 隧道監測係統)隨著工程技術的發展而不斷發展。目前，國際上（shàng）許多國家都對隧道工程的現場測試非（fēi）常重視，出台了許多的規定和規範［1］。隧道施（shī）工本身具有一定的複雜性，其自身的特點對隧道的監測儀器也有一定的要求，概括起來，有以下幾（jǐ）個特點: 設備精度要（yào）求高、自動化程度要求高、環境適應性強和操作性強。在國際上，歐洲是最早建造長大隧道的，其高速公路建設（shè）起步也比較早。因（yīn）此（cǐ），歐洲對隧道位移監測的研究也比較早，重視程度也比（bǐ）較高，但（dàn）其對隧道位移監測的（de）研究也遠遠落後於（yú）對隧道施工工藝水平的研究。隧道（dào）位移監測是一項（xiàng）非常複雜的工作，不（bú）同於一般的地麵結構工程的位移監測。目前國際上比較新的監（jiān）測技術主要（yào）有［2］:
( 1) 紅外測距技術: 這種位移測量方法的誤差一般能控（kòng）製在2mm 左（zuǒ）右，主要應用於大型隧道的監測中;
( 2) 激光技術;
( 3) 數碼成像技術。
通過這些技術，在隧道內進行多點觀測，然後進（jìn）行坐標計算，從而得出測點的位移信息。但這些方（fāng）法（fǎ）也有其自身的缺點，即:
( 1) 測量精度有待提高;
( 2) 多測點的反算會引起誤差傳遞， 誤差積累，從（cóng）而影響測（cè）量精度;
( 3) 由於隧道內的施工（gōng）環境，這些儀器的實際操（cāo）作性受到一定的（de）限製，特別是在狹長的隧道中。
1 改進型TMS 的工作原理
改進的TMS ( Improved Tunnel MonitoringSystem) 是由成都理工（gōng）大（dà）學王蘭（lán）生教授發明的，其構造示意圖見圖1。
改進的TMS 是將幾根（gēn）傳（chuán）遞杆全部安裝（zhuāng）在一個鑽孔裏，除最裏麵的一根用鋼筋外，其他幾根都用（yòng）鋼管作為傳遞位移的介質。各接點都與岩體牢固粘結，將岩石的深部變形引到外（wài）麵加以測量。通過（guò）不同時間的位移監測，可以了解圍岩中不同深度的徑向位移變化情況。
如圖（tú）1 所示（shì），改進的TMS 從內而外，首先是一（yī）根長4m、直徑14mm 的鋼筋，在其頂端10cm 處（chù）焊接一個鋼圈，鋼圈主要作用是綁粘結藥包的時候能將藥包限製在一個小的範圍內; 然後是一根長度為3m、內徑為16mm 的鋼管， 鋼管頂端和距頂端10cm 處各焊接一個（gè）鋼圈，用於（yú）綁（bǎng）粘結藥包。為使整個儀器在進（jìn）入鑽孔時， 能（néng）保證該（gāi）接觸點在深度3m 處，實際（jì）製作時， 在4m 鋼筋頂部（bù）套一根PVC塑料管，長度90cm， 該PVC 管能頂住（zhù）3m 鋼管的（de）頂部; 其它兩根2m 和1m 的（de）鋼管製（zhì）作與3m 相同，隻是直徑不同。
從示意圖中可以看出，整個儀器的（de）傳遞杆除了端點與圍（wéi）岩是牢固（gù）接觸的以外，其他部分在徑向上都是可（kě）以自由移動的。PVC 套管既可以保證錨固點的位置恰好是設（shè）計（jì）的深度，又能有效地（dì）減小傳遞杆與孔壁的接觸，減小摩擦阻力對測量結果的（de）影響。儀器的外接套筒是起將各傳遞杆保護起來，同（tóng）時用軟木塞將各傳遞（dì）杆固定在相應的位置（zhì）的作用。套筒的尺寸如圖（tú）2 所示。各（gè）傳遞杆的相互位置關係如（rú）圖3 所示（shì），各鋼管套筒間套接關係見圖4。
外接套筒頂部（bù）焊接一個供（gòng）測讀（dú）數據用的測（cè）頭，測頭平麵圖如圖5 所示。測孔的大小是根據電（diàn）子百分表的測杆大小而製作的，大小剛好能（néng）保證百分表（biǎo）測杆垂直而不發生（shēng）傾斜。保證讀數的準確性。測試的時候用百分表通過測頭保護套上的小孔（kǒng）伸（shēn）進去，接觸到鋼管的頂端，通過測量鋼管頂（dǐng）端的伸縮（suō）來測讀（dú）圍岩（yán）的位移。
最外麵用一（yī）個鋼質蓋將整個測（cè）試裝置封閉起來，以保護測頭。
特別說明的是: 試驗采用的鋼筋、鋼管型號及套管尺寸等是根據隧道的實際情況而選用（yòng）的，不同的隧道可以采用不同的尺寸。
2 改進的TMS 的優點
從改進的TMS 的原理我們可以看出，相對（duì）於其他的多點位移計，改進的TMS 一個重要的特點是各傳遞杆與岩體是點接觸，而（ér）不（bú）是通常采（cǎi）用（yòng）的全孔灌漿接觸。全孔灌漿接觸對變形的影響非常顯著，特別是在軟（ruǎn）弱岩體中。通常采用全長（zhǎng）灌漿時［3］，對所測的數據進行（háng）分析時都要充分考慮（lǜ）砂漿對圍岩的加固（gù）作用，在軟岩中更是不可忽視。但是這種加固作用（yòng）到底（dǐ）有多大的影響，目（mù）前隻能依靠經（jīng）驗來進行判斷。改進的TMS 的點接觸，既能夠保證各接觸點的（de）牢（láo）固，防止傳遞杆與岩體脫離，又（yòu）可以最大程度地減小試（shì）驗儀器（qì）本身對岩體位移結果（guǒ）的影響。
改進的TMS 一個突出的優點是（shì）環境適應性好，操作（zuò）簡單。相對於其他同類型的位移監測儀器，改進的TMS 隻需要打一（yī）個鑽孔，就可以測量不同深度處圍岩的位移情況。在施工條件比較惡劣的隧道環境中，可以節省時間和工作量，容易得到施工（gōng）單位的配合（hé）。
改（gǎi）進的TMS 測試裝置（zhì）比較（jiào）簡單，一（yī）般人員稍經指導就可以進行操作。儀器的保護也非常容易，外（wài）麵加一個小的（de）保護蓋即可，麵積非常小，不容易被破壞。根據雪峰山（shān）隧道現場操作的結果，所（suǒ）有監測點（diǎn）均（jun1）未被破壞過。而（ér）與改進TMS 類似的儀器卻多次遭到（dào）施（shī）工過程的破壞。
改進（jìn）的TMS 還（hái）具有精度高的優（yōu）點。利用電子百分表，所讀（dú）數據準確到1 /100 毫米，即使在變形較小的IV、V 類圍岩中同樣適用［4］。獨特的外接蓋鑽孔，保證每次測讀位置都在傳遞杆的同一位置。
3 實際（jì）應用
雪峰山隧（suì）道位於邵陽市、懷化市兩市交界的雪峰山脈，隧道進口距洞口縣（xiàn）江口鎮約3km，位於（yú）洪（hóng）江市（shì）塘灣鄉（xiāng）蘭家村，出口位於洪江市鐵山鄉小溪村。隧道上行、下行線（xiàn）分離，按兩座獨立隧道設計，淨寬10. 84m， 淨（jìng）高6. 91m， 為雙洞雙車道隧（suì）道，全（quán）長6950m，按隧道（dào）分（fèn）類屬特長隧道。該隧道為（wéi）上海（hǎi）—瑞麗高速公（gōng）路湖南段的控製性工程，隧道的開（kāi）通縮短公路裏程約30km，大大節約運（yùn）營費用。隧道的（de）最大埋（mái）深（shēn）約850m［5］。隧道地質條件非常複雜，采用信息化施工，隧道圍（wéi）岩的變形監測是（shì）監測工作（zuò）中的一（yī）個重點。
3. 1 改進TMS 各部件尺寸的選擇
( 1) 最長測杆的選擇
考慮到隧道（dào）開挖以後岩體的位移是有一定的影響範圍的［6］，在一定範圍以外的岩體變（biàn）形非常小，可以近似的認為是不受開挖影響的。雪峰山隧道開挖斷麵比較大，其圍岩主要為砂岩和砂（shā）質板岩，圍岩類別從II 類到V 類。根據勘察（chá）和設計單位提供的資料，判斷隧道（dào）開挖後的（de）變形影響範圍在（zài）4m 以內，所以最長的測杆選擇為4m。
( 2) 各內套鋼（gāng）管尺寸的選擇
各測點的變形傳遞杆是相對獨立的，選擇的時候，要保證鑽孔能（néng）順利安（ān）裝最粗的套管（guǎn）。目前的鑽具都有一定的型號，鑽孔尺寸也就比較固定。要增（zēng）強儀器的適用性（xìng），就要求試驗儀器的尺寸（cùn）最好能（néng）與工程上通常使用的鑽具相對應。雪峰山隧道采用的是56mm 鑽頭， 所以在儀器加工時， 采用了內徑（jìng）16mm、25mm、36mm 三種型號的鋼管， 各套管之間都能直接內套。
( 3) 測試套筒（tǒng）的選擇（zé）
測試套筒是百（bǎi）分（fèn）表讀數的重要構件，也是（shì）直接關係到量測結果是否（fǒu）準確的（de）關（guān）鍵因素。測試套筒的尺寸選擇要求既能完全將位移傳遞杆套好，又要基本與鑽孔尺寸相當。在雪峰山隧（suì）道位移監測中，采用的是加工好的外徑50mm 的套筒。套筒上的測孔大小要與電子百分表的大小剛好一致。測孔可以現場加工，孔的位置剛好是各（gè）位移傳遞杆的（de）位置（zhì）。測孔不能過大，過大會造（zào）成電子（zǐ）百分表（biǎo）在測孔內偏移，從（cóng）而（ér）影響量測結果的準確性。
3. 2 改進的TMS 監測成果
改進的TMS 監測效果驗證在雪峰山隧道東口（kǒu）YK95 + 942. 5 處選擇了一個典型的斷麵進行，該點（diǎn）靠近F8 斷層（céng），屬於F8 斷層的影（yǐng）響區內（nèi）［5］。該段左右線均實行台階（jiē）法開挖，其中左洞上台階采用（yòng）預留（liú）核（hé）心土環形開挖法。
參考勘察資料，這一路段的主要地層為灰（huī）綠色矽化砂（shā）質板岩和褐黃色含砂泥（ní）質（zhì）板岩，斷層節理裂隙發育，岩石破碎。每天推進（jìn）的速度為左線1. 4m，右線0. 93m。該段地表曾發生坍塌破壞。在該處，某科（kē）研院也（yě）同時布置了測點，並采用全孔灌漿收斂儀進行（háng）位移監測。其監（jiān）測結果便於對改進的TMS 監測效果進行對比和分析驗證，所以（yǐ）選擇（zé）此點具有代表性。