隧道无接触式监控量测技术方案六工区初稿.docx
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隧道无接触式监控量测技术方案六工区初稿
京福铁路客专闽赣1标
（DK343+180～DK438+883.24）
隧道无接触式监控量测技术方案
编制：
复核：
中铁十一局京福铁路客专闽赣1标项目经理部
二○一○年六月
目录
第一章总则1
第二章监控量测技术方案制定依据1
第三章编制监控技术方案细则目的1
第五章监控量测项目2
一、必测项目2
二、选测项目2
三、其他要求2
第六章监控量测实施要点2
一、监控量测量断面及测点布置2
二、监控量测手段及频率5
三、监控量测控制基准6
四、监控量测的方法7
五、监控量测数据处理方法8
六、监控量测的数据处理8
七、监控量测的信息反馈与工程对策11
八、监控量测验收资料内容13
1、监控量测设计；13
2、监控量测实施细则及批复；13
3、监控量测结果及报表；13
4、监控量测数据汇总表及观察资料；13
5、监控量测工作总结报告。
13
京福铁路客专闽赣Ⅰ标六工区
隧道无接触式监控量测技术方案
一、工程概况
合肥至福州铁路客运专线（闽赣段）土建工程HFMG-1标六工区管段起讫里程为DK398+879~DK409+948，长11.07km。
主要工程有桥梁4536.8m/12座（特大桥2472.24m/3座、大桥1731.16m/8座、中桥93.23m/1座）占线路长度40.71%；隧道5984m/9座，占线路长度53.75%；路基622.27m占线路长度5.54%。
隧道主要有：
叶竹尖隧道、、井头坞隧道、龙岗隧道、江田1＃隧道、江田2＃隧道、西山坞隧道、泽溪坂1＃隧道、泽溪坂2＃隧道、杆山尖隧道。
（隧道简介详见附表）
二、监控量测目的
监控量测是铁路隧道施工作业中关键的重要作业环节；是施工组织设计的一个重要组成部分，必须纳入施工工序。
其主要目的
1、确保隧道施工安全性和结构长期稳定性。
2、验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据；
3、及时掌握支护施工后的变形，对围岩位移速度提供准确的预报，确定二次衬砌施工时间，同时指导下一步的开挖工序；
4、监控工程对周围环境影响；
5、积累量测数据，为施工中调整围岩级别、完善设计方案及参数、优化施工方案及施工工艺提供依据。
三、编制依据
《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）
《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204--2008）
《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304-2009、J947-2009）
《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2005]160号）
《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》（铁建设[2010]120号）
《合福铁路隧道施工图纸》
四、组织机构和质量保证体系
1、项目部组建由总工领导，工程部长和测量队长负责，监控测量组具体实施，各隧道测量班组配合的现场监控量测小组。
监控量测组织机构图
总工程师
吴仕波
工程部长
李健东
测量队长
李俭国
监控量测组组长
陈东军
隧道队测量员
项目部监控量测组
监控量测小组具体工作是编制监控量测技术实施方案，布设监控量测元件及标志，按规范频率进行观测，记录处理和分析数据，定期向局指、监理单位及评估单位提交数据成果，依据分析成果指导隧道初支、二衬施工，，编写监控量测技术总结，资料整理提交竣工文件。
2、隧道监控量测是在地下进行工作的，环境条件恶劣，建立一套可靠、稳定、正常、长期的质量保证体系是监控量测的根本保证。
监控量测质量保证体系主要有以下几个方面：
（1）监控量测编入施工组织设计并列入施工进度控制计划之中，将埋设监控量测元件和观测纳入施工工序。
（2）建立专业化强，业务熟悉，责任心强的观测队伍；人员要相对稳定，以确保监控量测工作和数据资料的连续性。
（3）使用的全站仪（标称精度不得低于2″，2mm+2ppm）状态良好，经鉴定合格后方可使用，不定期对仪器进行自检。
（4）监控元件、标志应牢固可靠、便于观测，建立保护措施。
（5）按规范要求的断面和频率观测，及时记录观测数据。
（6）严格数据复核，审查制度，数据利用计算机系统由专业软件处理分析，内业由专人负责。
（7）建立数据分析处理、信息反馈机制，为完善设计方案、调整围岩级别、优化施工工艺提供依据。
3、人员、仪器设备的情况
测量设备一览表
序号
设备名称
仪器型号
仪器编号
仪器精度
数量（台）
备注
1
全站仪
TS02P0WER-2〃
13217539
2〃
1
已检定
2
电子水准仪
DNA03
336918
0.3mm/km
1
已检定
（检定证书见附件）
监控量测人员统计表
序号
姓名
性别
职称
职务
备注
1
吴仕波
男
高工
总工程师
负责全面工作
2
李健东
男
工程师
工程部部长
具体分管工作
3
李俭国
男
工程师
测量队长
负责具体工作
4
陈东军
男
助理工程师
监控量测组组长
负责观测及数据处理
3
杨文豪杰
男
技术员
组员
负责内业资料
4
刘旭
男
技术员
组员
5
罗辉银
男
技术员
组员
五、监控量测技术要求
5.1监控量测项目
监控量测以位移量测为首选必测项目。
隧道沉降位移主要是围岩的力学变化的表现，反映为拱顶下沉、净空变化和地表沉降。
全站仪自由建站无接触式监控量测测试方法简单、可靠性高、费用低廉是位移观测的最佳方式。
5.2监控量测断面及测点布置原则
1、浅埋隧道地表沉降测点在隧道开挖前布设。
地表沉降测点和隧道内测点布置在同一断面里程。
一般条件下，地表沉降测点纵向间距按表1的要求布置。
表1地表沉降测点纵向间距
隧道埋深与开挖宽度
纵向测点间距（m）
2B＜HO＜2.5B
20～50
B＜HO≤2B
10～20
HO≤B
5～10
注:
H。
为隧道埋深，B为隧道开挖宽度。
地表沉降测点横向间距为2-5m，在隧道中线附近测点适当加密，隧道中线两侧量测范围不小于H0+B，测点布置如图1所示。
2、拱顶下沉测点和净空变化测点布置在同一断面上。
测点应尽量对称布设，即“同面等高”，以便数据的相互验证。
因围岩及开挖方法、隧道内管线位置等原因，可以适当调整。
分部、分台阶的开挖方法在临时支护拆除后，应继续监控量测，测点应按规定埋设。
拱顶下沉及周边收敛量测的测点布设（以三台阶开挖法为例）见图2。
图2拱顶下沉及周边收敛量测的测点布设示意图
3、隧道监控量测的断面间距及净空变化量测的测线数，可参照表2、表3的要求来布置。
表2隧道监控量测的断面间距
围岩级别
断面间距（m）
V～Ⅵ
5--10
Ⅳ
10--30
Ⅲ
30--50
注:
Ⅱ级围岩视具体情况确定间距。
表3净空变化量测的测线数
地段
开挖方法
一般地段
特殊地段
全断面法
一条水平测线
－
台阶法
每台阶一条水平测线
每台阶一条水平测线，两条斜测线
分部开挖法
每分部一条水平测线
CD或CRD法上部、双侧壁导坑法左右侧部，每分部一条水平测线，两条斜测线、其余分部一条水平测线
4、监控量测点一般根据围岩类型和开挖形式以及开挖顺序时间在同一个里程断面布置3～7个测点。
测点如果破坏，应在被破坏测点附近补埋。
如果出现松动，则应及时加固，观测应在埋设点稳定后进行。
5、监控量测标志布置要求
测点采用Leica反射膜片，粘贴在埋设于初喷混凝土中的钢板（详见图3）上，测点埋设时，应注意以下几点要求：
（1）钢板粘贴反射膜片的一面要求经过防锈处理，并清理干净，同时可以用油漆涂刷表面，以防生锈，反射膜片可以用强力胶粘附于钢板上；
（2）在设计的点位处，用电钻钻孔径为20-50mm，深为150mm的孔眼；
（3）在孔眼中填满锚固剂或水泥砂浆后插入测点预埋件（详见图3）；同时尽量使左右两侧相对的预埋件处于“同面等高”的位置；
（4）将反射膜片贴于朝向隧道口方向的一面，并尽量使法线方向朝向隧道中线；
（5）待锚固剂或砂浆凝固后，即可量测，量测测点应牢固可靠、易于识别并妥善保护。
图3测点预埋件正面图
监控量测的布置里程及测点布置见（附表）
5.3监控量测手段及频率
1、量测方法、工具、间距及时间见表4。
表4量测方法、工具、间距及时间表
量测项目
工程地质及支
护状态的观察
净空水平收敛
拱顶下沉
地表下沉
用途及应用场合
核实地质资料，判断围岩和衬砌的稳定性，用于整个隧道施工中，为施工提供依据
围岩稳定性判别以及位移分析，用于整个隧道施工过程，为二次衬砌提供依据，为预测和反馈提供参数
同左栏
围岩稳定性判别，并为预测和反馈提供参数
方法与工 具
直接或取样试验，必要时用位移计、锚头量测
用周边收敛计，按图设置并统一编号记录
水准测量的方法，精密水准仪、水准尺、钢尺或测杆
精密水准仪、水准尺、钢尺、测杆
布置
开挖一次及衬砌后立即进行
Ⅳ级围岩地段间距20m；Ⅲ级围岩地段间距30m
与净空水平收敛布置在同一断面
详见地表测点布置
量测
时间
开挖工作面每次爆破后进行，已施工地段每天一次
详见量测频率表
详见量测频率表
详见量测频率表
说明:
1.按设计要求的频率和方法进行量测、收集原始资料工作。
2.采用回归分析法，对原始资料进行分析处理，掌握围岩及支护结构的稳定状况，以便指导施工。
2、必测项目量测频率根据测点距开挖面距离及位移速度，分别按下表确5、表6确定。
当按下表选择量测频率出现较大差异时，取量测频率较高的作为实施的量测频率。
出现异常情况或不良地质时，适当加大监控量测频率。
表5按位移速度的量测频率
位移速度（mm/d）
量测频率
≥5
2次/d
1～5
1次/d
0.5～1
1次/2～3d
0.2～0.5
1次/3d
＜0.2
1次/7d
表6按距开挖面距离的量测频率
量测断面距开挖面距离（m）
量测频率
（0～1）b
2次/d
（1～2）b
1次/d
（2～5）b
1次/2～3d
＞5b
1次/7d
b－隧道开挖宽度
各项量测作业均应持续到变形基本稳定后并在二衬施工前结束。
开挖面的地质素描、支护状态的描述每施工循环记录一次。
选测项目监控量测量频率根据设计和施工要求以及必测项目反馈信息的结果确定。
三、监控量测控制基准
包括隧道内位移、地表沉降控制基准，爆破控制基准不纳入本次实施细则之中。
地表沉降控制基准根据地层稳定性、周围建筑物的安全要求分别确定，取最小值。
位移控制基准根据测点距开挖面的距离，参照下表7确定。
表7位移控制基准
类别
距开挖面1B（U1B）
距开挖面2B（U2B）
距开挖面较远
允许值
65%Uo
90%Uo
100%Uo
注:
B为隧道开挖宽度，U。
为极限相对位移值。
六、全站仪无接触监控量测的具体方法
按照设计文件和合福建设公司要求，本标段隧道采用全站仪无接触式测量的方法对隧道拱顶下沉及净空变化进行监控量测。
即在外业观测中，采用全站仪任意测站极坐标测量的方法，直接获取各监测点的空间三维坐标。
其具体操作方法如下：
（1）进洞观测前与隧道施工单位取得联系预定观测时间，观测时间尽量选择在拼装钢架或出渣后1小时进行，观测期间应停止干扰观测的施工工序。
（2）观测前仪器设备的常规检校；仪器进入洞内后开箱适应洞内温度20～30分钟。
（3）在中线附近距离监控断面大于20m处架设仪器，修正温度和气象参数；在仪器中新建作业，作业名称以隧道名简写附加观测日期为宜。
（4）隧道初始监测断面或每次新增设断面，应严格精密测量初始值。
（5）每站测量，应对各断面的监测点进行两测回观测（盘左、盘右为一个测回），并将测量成果直接存储于全站仪的内存中，便于后续处理。
（6）采用红外线测距仪器可以利用激光进行指向监控标志，观测时用高强光电筒对监控标志进行照明，以利于仪器精确照准Leica反射膜片的十字中心。
（7）每测站可同时观测数个监控断面，离最远监控断面的距离应根据现场光线等实际情况而定；观测频次可以依据距离和位移速度来确定本次所需观测的断面个数。
（8）如果观测过程中受到施工干扰，则应暂停测量，以观测的监控断面数据按报废处理，待确认无干扰后再进行重测。
（9）当天观测数据应及时录入计算机程序，进行数据处理分析；如果数据出现突变、无效或较大的偶然误差时，外业应及时补测或重测。
（10）观测过程中应详细记录观测时段、开挖方式、洞内作业情况、观测的断面里程、断面监测点个数、距离掌子面距离、点位埋设和破坏等情况。
七、数据分析及信息反馈
1、监控量测数据的处理分析是信息反馈的基本工作，对位移监控量测结果进行回归分析，预测监控点可能出现的最终值及影响范围，用以评估隧道的安全状况，指导或优化施工方法。
数据分析分实时分析和阶段分析。
实时分析是根据每天监控量测数据，通过软件处理，分析施工对隧道结构和围岩变化的影响，发现安全隐患及时采取措施。
实时分析采用每日通报监控量测小组负责人的形式。
阶段分析是经过一段时间观测后，通过对数据的综合分析，指导下一阶段的施工。
按照评估单位的要求，每月采用书面和电子文档的形式上报阶段分析报告。
2.数据记录方法
数据记录可根据分析的方式，分为书面记录和仪器内存记录。
现场监控量测的断面里程、监控点编号（包括监控量测日期、时刻、温度等），工作面施工工序和开挖断面距监控量测的距离，开挖方式、地质条件均要详细以书面形式记录。
如果数据处理不是使用软件进行分析应按照（表8）记录各监测点的空间三维坐标。
表8某测站监控量测的原始数据
断面里程
日期：
2010.07.16
A
B
C
D
E
DK354+393
第一测回
盘左
X
13.5025
15.1692
19.8017
24.5381
26.0333
Y
-35.7187
-34.8692
-32.2811
-30.0114
-29.1477
Z
4.0582
7.5195
9.7136
7.4321
3.9803
盘右
X
13.5023
15.1694
19.8025
24.5378
26.0329
Y
-35.7176
-34.8677
-32.2794
-30.0101
-29.1468
Z
4.0592
7.5187
9.7144
7.4328
3.9799
第二测回
盘左
X
13.5009
15.1671
19.800
24.5382
26.031
Y
-35.7179
-34.8695
-32.2815
-30.0117
-29.1484
Z
4.0588
7.5182
9.7141
7.4285
3.9805
盘右
X
13.5002
15.1669
19.7999
24.5336
2.0286
Y
-35.7174
-34.8684
-32.2823
-30.0124
-29.1485
Z
4.0597
7.5181
9.7150
7.4280
3.9796
当采用监控量测处理分析软件时，观测数据成果可以保存在仪器中，通过数据的转换再导入软件中进行分析。
3、由于监控量测观测存在偶然误差，偶然误差具有离散性，根据实测数据绘制的位移随时间而变化的散点图出现上下波动，无规律可循，仅靠普通数据分析难以反映数据的真实性；为此必须采用指数函数进行回归分析，分析出位移的规律，以判断围岩和支护结构的稳定，为优化施工提供依据。
4、根据量测结果对进行隧道稳定性综合判别：
（1）实测最大位移值或预测最大位移值不大于极限相对位移值得2/3，可认为初期支护达到基本稳定，可以终止量测。
（2）根据位移变化速度，当净空变化速度持续大于1～2mm/d时，表明围岩处于急剧变形状态；当变化速度小于0.2mm/d时，可认为围岩达到基本稳定。
（3）根据回归后位移时态曲线的形态，当围岩位移速度不断下降时表示围岩趋于稳定状态；当位移速度保持不变时表示围岩不稳定；当位移速度不断上升时表示围岩进入危险状态。
（4）根据位移量测结果，可按表9进行位移管理分级指导施工，并按表10采用相应的工程对策。
表9位移管理等级
管理等级
距开挖面1B
距开挖面2B
III
U＜U1B/3
U＜U2B/3
II
U1B/3≤U≤2U1B/3
U2B/3≤U≤2U2B/3
I
U＞2U1B/3
U＞2U2B/3
注：
U－实测位移值；U1B－距开挖面1B时最大允许位移值；
U2B－距开挖面2B时最大允许位移值。
表10工程安全性评价分级及相对应对措施
管理等级
应对措施
III
正常施工
II
综合评价设计施工措施、加强监控量测，必要时采取相应工程对策
I
暂停施工，采取相应工程对策
5、监控量测的信息反馈与工程对策
监控量测信息反馈程序应贯穿整个施工过程。
（1）监控量测信息反馈根据监控量测数据分析结果，对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策与建议。
（2）监控量测组人员对隧道净空收敛量测数据处理时，若发现净空收敛速率持续大于1～2mm/d时，量测人员立即报告至工区项目部工程管理部，工程管理部再根据《京福铁路客专闽赣Ι标监控量测实施细则》要求上报集团公司指挥部、监理单位和设计单位，要求上述单位对隧道支护进行变更加强。
当变化速度小于0.2mm/d时，可认为围岩达到基本稳定，量测人员将数据报告至工区项目部工程管理部，工程管理部将数据上报至监理单位，共同确认数据后指令后开始施工模筑砼。
（3）隧道内拱顶下沉量测所测得的数据小于0.15mm/d，可认为拱部围岩基本达到稳定，量测人员将数据报告至工程管理部，工程管理部再上报至监理单位，共同确认数据后指令后开始施工模筑砼。
（4）当隧道收敛小于1～2mm/d而大于0.2mm/d时；拱顶下沉大于0.15mm/d而小于1mm/d时，量测人员通报到项目部监控小组，监控小组指令量测人员加大量测频率。
（5）根据反馈数据分析，监测结果显示不能满足环境及安全要求，提出调整设计参数变更建议，报监理单位、设计单位、业主，进行变更。
6、监控量测管理流程见图5。
图5施工监测管理流程图
八、监控量测验收资料内容
监控量测资料直接反映出隧道围岩位移，间接反映了施工实际情况，是竣工文件不可缺少的组成部分，竣工后应及时整理收集以下资料：
1、监控量测设计；
2、监控量测实施细则及批复；
3、监控量测结果及报表；
4、监控量测数据汇总表及观察资料；
5、监控量测工作总结报告。
附录A、水平净空变化量测记录表
附录B、拱顶下沉量测记录表
附录A
合肥至福州铁路客运专线闽赣段
水平净空变化量测记录表
编号：
标段名称
施工单位
单位工程
工程部位
1.测点编号开挖时间初始读书
2.埋设里程埋设位置埋设日期
日期
拱脚净空观测值（mm）
与前次收敛值（mm）
总收敛值（mm）
轨面净空观测值（mm）
与前次收敛值（mm）
总收敛值
（mm）
备注
技术负责人
施工负责人
质检工程师
监理工程师
附录B
合肥至福州铁路客运专线闽赣段
拱顶下沉量测记录表
编号：
标段名称
施工单位
单位工程
工程部位
测点编号埋设里程埋设位置埋设日期
日期
后视
视线高
前视
标高
下沉量
（mm）
总下沉量
（mm）
备注
技术负责人
施工负责人
质检工程师
监理工程师
升级会员 