西成客专四川段XCZQ2标隧道监控量测方案.docx
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西成客专四川段XCZQ2标隧道监控量测方案
西成客专四川段XCZQ-2标段隧道监控量测方案
一、编制范围、依据和目的
1.1.编制范围
西成客专四川段XCZQ-2标段隧道起讫里程为:
DK388+388～DK399+125，全长10737m范围内的监控量测工作。
1.2.编制依据
（1）设计文件：
《新建铁路西安至成都客运专线四川段XCZQ-2标隧道施工设计图》；
（2）国家、铁路现行《新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定》、《铁路隧道监控量测技术规程》、《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》、《高速铁路隧道工程施工技术指南》；
（3）标段性总体施工组织设计；
（4）我单位的现场调研及调查资料,以及在以往施工中类似本工程的成功经验和资料。
1.3.编制目的
（1）确保施工安全及结构的长期稳定；
（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）确定二次衬砌合理的施作时间；
（4）隧道施工对周围环境的影响；
（5）积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。
二、工程概况
2.1工程简介
本标段隧道共9座，其中单线隧道3座，双线隧道6座，总长6996m，其中单线隧道长984m，双线隧道长6012m。
隧道位于广元～剑门关区间。
双线隧道线间距为4.6m，设计时速为250km/h，设计最大坡度为9.5‰，最小曲线半径为R=5500m；单线隧道设计时速120km/h，设计最大坡度为20‰，最小曲线半径R=800m。
轨道采用采用Ⅰ型双块式无砟轨道，轨道结构高51.5cm。
隧道基本设计参数
序号
名称
类型
开始里程
结束里程
长度
坡度
最小曲线半径
1
横坡梁隧道
双线
DK388+388
DK389+573
1185
6‰
5500
2
杏树坡1#隧道
单线
LXDK2+346
LXDK2+812
431.96
3‰
800
3
孙家湾隧道
单线
LXDK3+254
LXDK3+378
124
13.14‰
直线
4
杏树坡2#隧道
单线
LSDK2+314
LSDK2+735
428.20
20‰
800
5
柏树梁隧道
双线
DK393+554
DK393+982
428
3‰
7000
6
李家梁隧道
双线
DK394+237
DK395+277
1040
9.5‰
7000
7
范家湾隧道
双线
DK395+400
DK395+685
285
9.5‰
7000
8
华家梁隧道
双线
DK395+841
DK397+410
1569
9.5‰
7000
9
张家沟隧道
双线
DK397+620
DK399+125
1505.43
9.5‰
7000
2.2自然地理特征
2.2.1地形地貌
隧区属低山剥蚀地貌，丘槽相间，地形波状起伏。
隧区地表上主要为粉质黏土，下伏基岩为泥岩夹砂岩,岩层产状较平缓，通往隧道口的便道需利用乡村道路，个别地段需拓宽。
2.2.2地层岩性
隧道范围内覆第四系全新统坡残积Q4dl+el粉质黏土,坡残积层（Q4dl+el）粉质黏土；下伏基岩为泥岩夹砂岩。
1、粉质黏土：
褐黄及灰黄色，硬塑状，局部软塑,土质较纯。
2、泥岩夹砂岩：
泥岩为紫红色，泥质结构，泥质胶结，岩质较软，易风化剥落；砂岩多为石英砂岩，浅灰，紫红色，中细粒结构，泥质胶结，中厚-厚层状，质稍硬。
2.2.3水文地质
隧区地表水主要为雨季坡面及沟槽暂时性水流。
地下水主要为基岩裂隙水。
基岩为泥岩夹砂岩，产状平缓，节理发育，但连通性较差，地下水含量微弱。
由于隧道穿越山体周围切割较深，地下水位埋深较深。
2.2.4重点检测部位
XCZQ-2标段隧道重点监控量测段落见下表所示。
序号
名称
类型
重点段落
部位
长度
备注
1
横坡梁隧道
双线
DK388+388~DK388+458
进口
70
下穿联络线
2
DK389+456~DK389+573
出口
117
浅埋
3
DK388+458~DK388+685
浅埋
227
浅埋
4
DK388+720~DK388+743
浅埋
23
浅埋
5
杏树坡1#隧道
单线
LXDK2+346~LXDK2+361
进口
15
顺层
6
LXDK2+797~LXDK2+812
出口
15
偏压
7
孙家湾隧道
单线
LXDK3+254~LXDK3+378
全隧隧
124
破碎带
8
杏树坡2#隧道
单线
LSDK2+314~LSDK2+412
进口
98
浅埋
9
LSDK2+651~LSDK2+735
出口
84
浅埋
10
柏树梁隧道
双线
DK393+566~DK393+760
进口
194
浅埋
11
DK393+870~DK393+959
出口
89
浅埋
12
李家梁隧道
双线
DK394+252~DK394+292
进口
40
浅埋
13
DK394+660~DK395+000
浅埋
340
浅埋
14
DK395+120~DK395+262
出口
142
浅埋
15
范家湾隧道
双线
DK395+422~DK395+470
进口
48
浅埋
16
DK395+610~DK395+670
出口
60
浅埋
17
华家梁隧道
双线
DK395+861~DK395+901
进口
40
浅埋
18
DK397+331~DK397+371
出口
40
浅埋
19
张家沟隧道
双线
DK397+644~DK397+730
进口
86
浅埋
20
DK398+950~DK399+092
出口
142
浅埋
三、监控量测方案
监控量测是隧道施工中对围岩、地表、支护结构的变形和稳定状态，以及周边环境动态进行的经常性观察和测量工作。
为指导施工生产、进行施工管理和提供设计变更信息的重要手段。
根据以往类似隧道施工经验，结合设计文件，在施工过程中，将按照《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》的要求进行监控量测，以量测资料为基础及时修正支护参数，使支护参数与地层相适应并充分发挥围岩的自承能力，围岩与支护体系达到最佳受力状态，并在施工中进行信息化动态管理，达到确保工程质量、施工安全和进度，合理控制投资的目的。
在隧道正洞洞身支护完成后，尤其是仰拱施工完毕后，喷锚支护已闭合成环，及时进行全断面监控量测，随时掌握初期支护的工作状态，指导和确定二次衬砌施作时间。
3.1.监控量测组织机构
本段隧道监控量测工作总体由指挥部技术负责人负责，下设精测队具体负责实施，指挥所技术负责人管理监督各自管段监控量测工作的实施。
下设隧道施工监控量测组，指挥所技术负责人管理，具体由监控量测小组负责现场操作和资料整理与分析,监控量测小组由隧道工程师任组长，其他人员由各指挥所抽调测量队人员组建。
本标段预计成立三个监控量测小组：
第一小组由由肖海龙，负责张家沟隧道和华家梁隧道；第二小组由张宁任组长，负责李家梁隧道、柏树梁隧道和范家湾隧道；第三小组由朱斌强任组长，负责横坡梁隧道、杏树坡1号隧道、杏树坡2号隧道和孙家湾隧道
1）人员仪器配备:
每个隧道配1名隧道工程师,1名测量工程师,2名监测员；一台全站仪，一台数显式收敛计和一台自动安平水准仪。
2）责任分工
总体负责：
曹海林
精测队技术负责人：
杨正伟
监督实施：
指挥所技术负责人：
王俊、朱泽华、张福月
数据分析：
隧道工程师：
朱泽华、吕光治、张晓伟
数据整理：
测量工程师：
肖海龙
现场监控量测：
监控量测小组
监控量测小组在隧道开工前按照施工规范及设计文件在隧道内外进行布点，严格按要求频率量测监控，收集量测数据，由测量工程师进行数据整理，上报隧道工程师进行数据分析、总结，并把分析结果上报精测队技术负责人。
正常情况7天一汇报。
如发现围岩变形超过正常范围，要立即向精测队技术负责人和项目总工报告，同时向业主、设计及监理单位报告。
3.2.监控量测内容
根据设计文件要求，本标段隧道进行监控量测的内容主要包括：
①编制切实可行的监控量测方案；
②根据方案进行现场布点；
③选择适合本方案的测量仪器；
④根据方案要求的量测频率进行量测并读取记录数据；
⑤对读出的数据定期进行比较、分析；
⑥反馈信息：
为支护参数的确定或变更提供可靠的依据，为二次衬砌提供合理的时间依据。
3.3.监控量测流程
隧道监控量测工作应贯穿整个隧道施工的全过程，是一项前后工序衔接非常紧密，测量精度要求较高的一项工作。
其监控量测流程详见3-2图。
该项工作的整个过程为：
①根据隧道设计文件进行现场调研及调查，根据实际情况确定可
图3-2监控量测流程图
行的量测方法；②编制监控量测实施方案；③在隧道施工过程中根据量测方案相关要求进行布点，根据量测频率要求进行量测并记录数据；④对记录数据进行整理、分析，并对隧道下一步施工提出指导性意见，如初期支护满足相关安全要求则继续进行隧道施工，如不满足则立即停止隧道施工，对初期支护进行必要的加强并立即报监理、业主和设计院研究变更设计方案。
3.4.监控量测项目
量测项目:
根据设计文件要求，以及本标段隧道工程的特点、并结合现场调研及调查资料，将本标段隧道监控量测项目划分为必测项目和选测项目两大类。
必测项目在采用锚喷构筑法施工时必须进行；选测项目根据揭示地质条件、隧道埋深、及其它特殊要求，有选择、针对地进行。
3.4.1.必测项目
必测项目是保证隧道周边环境和围岩的稳定以及施工安全，同时反映设计、施工状态而必须进行的日常监控量测项目，根据设计文件和本隧道的具体情况，制定出本隧道监控量测必测项目。
本隧道具体的监控量测必测项目见表3-1。
表3-1监控量测必测项目
序号
监控量测项目
常用测量仪器
备注
1
洞内、外观察
现场观察、数码相机、罗盘仪
2
拱顶下沉
水准仪、钢挂尺或全站仪
3
净空变化
收敛计、全站仪
4
地表沉降
水准仪、钢挂尺或全站仪
隧道浅埋段
表3-2监控量测必测项目测试精度
序号
监测选项
测试精度
1
拱顶、拱脚下沉
0.5-1
2
净空收敛
0.5-1
3
地表沉降
0.5-1
3.4.2.选测项目
为了满足隧道设计和施工的特殊要求，根据实际情况在局部地段进行监控量测的项目。
本标段隧道具体的监控量测选测项目详见表3-2。
表3-3监控量测选测项目
序号
监控量测项目
常用测量仪器
1
围岩压力
压力盒
2
钢架内力
钢筋计、应变计
3
喷混凝土内力
混凝土应变计
4
二次衬砌内力
混凝土应变计、钢筋计
5
初期支护与二次衬砌接触压力
压力盒
6
锚杆轴力
钢筋计
7
围岩内部位移
多点位移计
8
隧底隆起
水准仪、刚挂尺或全站仪
9
爆破振动
振动传感器、记录仪
10
孔隙水压力
水压计
11
水量
三角堰，流量计
12
纵向位移
多点位移计、全站仪
3.5.测点布置
监控量测点布置应在要求初始读数前完成，拱顶下沉、收敛量测起始读数需在3～6h内完成，其它量测应在每次开挖后12h内取得起始读数，最迟不得大于24h。
监控量测基点应与洞内、外水准基点建立联系并需埋设牢固可靠且易于识别。
拱顶设置反光片，周边设置
钩式测点用于斜基线的测量，如下图：
3.5.1.拱顶下沉、净空收敛测点布置
根据《铁路隧道监控量测技术规程》（TB-10121-2007）、《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）》及设计要求，净空变形量测断面的间距应根据围岩级别、隧道断面尺寸、埋置深度及工程重要性等确定，一般Ⅴ级围岩地段5～10m，Ⅳ级围岩10～30m，Ⅲ级围岩30～50m。
为掌握各级围岩位移变化规律，在各级围岩起始地段增设量测断面。
在洞口及浅进段可根据现场实际情况适当增加监控量测断面。
净空收敛断面布点详见图3-3.
其中CRD法具体监控方法如下；
（1）在①部初期支护完成后，及时埋设监控量测点1、2、3，1点贴反光膜片，2、3点设置为弯钩，然后对两斜线及水平线进行监控量测；
（2）当②部开挖到与①部同一断面里程时，埋设4、5两监控点，并对1、2、3、4、5点进行全面及时监控量测；
（3）当③部开挖到同一断面里程时，及时埋设6、7两监测点，6点贴反光纸片，并对1、2、3、4、5、6、7点进行全面及时监控量测；
（4）当④部初支完成后，及时埋设8号监控点，并对1、2、3、4、5、6、7、8点进行全面及时监控量测；
（5）将采集到数据及时的分析处理，以利于施工的安全和质量。
图3-3净空收敛断面布置图
3.5.2.地表下沉观测点布置
本标段隧道均为浅埋隧道，地表沉降点应在隧道开挖前布设，洞顶地表下沉的量测点宜与洞内净空变化和拱顶沉降量测在同一横断面内，由此可综合分析判定隧道围岩变形情况。
一般情况下，地表沉降测点纵向间距按表3-4布置；
表3-4地表沉降测点纵向间距
隧道埋深和开挖宽度
纵向测点间距（m）
2B＜HO＜2.5B
20~50
B＜HO≤2B
10~20
HO≤B
5~10
注：
HO为隧道埋深，B为隧道开挖宽度。
地表下沉横向测点布置
隧道中线两侧量测范围不应小于HO+B，地表有控制性建筑物时，量测范围应适当加宽，地表下沉测点每个横断面上至少应布置11个点，两测点的间距为2～5m，在隧道中线附近测点应适当加密，检测范围以隧道开挖影响范围为准。
洞顶地表下沉横断面布点详见图3-4。
图3-4地表下沉横断面布置图
3.6.监控量测频率
3.6.1.洞内、外观察
洞内观察分为开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。
开挖工作面观察应在每次开挖后进行，并及时绘制开挖工作面地质素描图、数码成像，填写开挖工作面地质状况记录表及围岩级别判定卡，并与勘察资料进行对比。
在观察中发现地质条件恶化，应立即通知施工负责人采取应急措施。
已施工地段观察应记录喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作状态，对已施工地段的观察每天至少应进行一次。
对于本标段隧道软弱围岩段，要及时施作二次衬砌，不能等到围岩收敛稳定时施作，且要开展二次衬砌净空变化，对于二衬有裂缝出现的要加强裂缝的观察和检测。
洞外观察主要应观察洞口段和洞身埋深深度较浅地段，观察内容主要包括地表开裂、地表沉陷、边仰坡稳定状态、地表水渗透等，观察频率应每天进行一次。
3.6.2.地表下沉、水平收敛、拱顶下沉量测
地表下沉量测、净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。
量测频率见表3-5，实际量测频率从表中根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。
表3-5监控量测频率表
量测频率
变形速度（mm/d）
量测断面距开挖工作面距离
2次/d
≥5
<1B
1次/d
1～5
（1～2）B
1次/2～3d
0.5～1
（2～5）B
1次/3d
0.2～0.5
1次/周
<0.2
>5B
注：
B为隧道开挖宽度，单线隧道6.18米，双线隧道14.4米。
3.7.监控测量方法
为确保量测精度和加快量测速度，隧道监控量测应按要求选择精确度较高的先进设备，配备熟练掌握监控量测方法的高水平测量人员。
本隧道监测量测方法与要求详见表3-6。
表3-6监控量测方法及要求表
监测项目
测点布置
监测方法及要求
仪器
洞内外
观察
开挖及支护后进行
目测：
地质观察在爆破后初喷前进行，绘制地质素描图，填写开挖工作面地质调查记录表；
检查喷射混凝土有无开裂及发展，锚杆有无松动，钢架支护状态等，并做好相应记录；
查看边仰坡有无开裂、起壳，地表有无裂纹；地表水位有无异常变化。
地质罗盘、数码相机
地表沉降
监测
隧道洞口进行地表沉降量测，横断面方向沿隧道中心及两侧间距2～5m处设地表下沉测点，监测范围在隧道开挖影响范围以内。
地表下沉量测在开挖工作面前方，隧道埋深与隧道开挖高度之和处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。
精密水准仪
水平收敛
量测
左右两侧对称布置量测点，量测断面间距根据围岩级别确定
采用收敛计进行量测，开挖后按要求迅速安装测点并编号，初读数应在开挖后12h内读取，测点应牢固可靠，易于识别并妥为保护
收敛计
拱顶下沉
量测
与水平收敛断面对应设拱顶量测点
喷射混凝土后迅速在拱顶设点，采用激光断面和仪精密水准仪和收敛计进行量测
精密水准仪和收敛计
3.8.监控量测数据分析处理
监控量测数据的分析处理应包括数据校核、数据整理及数据分析处理。
数据的分析处理采用excie软件编辑程序进行，并应符合下列要求:
①掌子面地质状况表、周边收敛、拱顶下沉测试数据按《铁路隧道监控量测技术规程》中附表格式记录。
详见附表一、二、三。
②每次观测后应立即对原始数据进行校核和整理，包括原始观测值的校验、填表制图、误差处理、异常值的剔除、初步分析等，并将校验过的数据输入数据库管理；
③对拱顶下沉、净空收敛的位移量进行分析，绘制时态曲线；
④对初期的时态曲线应进行回归分析，预测可能出现的最大值和变化速度；
⑥对地表沉降值进行分析，绘制横向和纵向时态曲线。
3.9.围岩稳定性判别
围岩稳定性有多种判别方法，通过量测结果指标进行综合分析，其判别方法主要采用位移判别法、位移变化速度判别法、位移时态曲线形态判别法。
3.9.1.位移量判别法
通过隧道监测点位移量实测值所反映的隧道施工安全状况，将其划分为三级，具体划分标准见表3-6。
表3-6变形管理等级
管理等级
管理位移（mm）
施工状态
Ⅲ
U＞2U0/3
应采取特殊措施
Ⅱ
U0/3≤U≤2U0/3
应加强支护
Ⅰ
U＜U0/3
可正常施工
注：
U为实测位移值；U0为最大允许位移值。
表3-7位移控制基准
类别
距离开挖面1B（U1B）
距离开挖面2B（U2B）
距离开挖面较远
允许值
65％U0
90％U0
100％U0
注：
B为隧道开挖宽度；U0为极限相对位移值
3.9.2.位移变化速度判别法
净空变化速度持续大于5.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统。
水平收敛速度小于0.2mm/d，拱部下沉速度小于0.15mm/d，围岩基本达到稳定。
3.9.3.位移时态曲线形态判别法
当围岩位移速率不断下降时（du2/d2t＜0）,围岩趋于稳定状态；
当围岩位移速率保持不变时（du2/d2t=0）,围岩不稳定，应加强支护；
当围岩位移速率保持不变时（du2/d2t＞0）,围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护；
图3-5位移u—时间t的关系曲线图
3.10.监控量测元器件的技术要求
监控量测元器件的量程应满足设计要求，并具有良好的防震、防水、防腐性能，其精度应满足表3-8的要求。
表3-8元器件的精度
序号
元器件
测试精度
1
压力盒
≤0.5%F.S
2
应变计
+0.1%F.S
3
钢筋计
拉伸≤0.5%F.S,压缩≤0.1%F.S
注：
F.S为元器件满量程
四、信息反馈及工程应对措施
4.1.反馈及应对措施
监控量测数据取得后，应及时进行校对和整理，同时应注明开挖方法和施工工序及开挖面距监控量测点距离等信息，数据分析一般采用散点图和回归分析方法，信息反馈以位移反馈为主，主要依据时态曲线的形态对围岩稳定性，支护结构的工作状态、对周围环境的影响程度进行判定、验证和优化设计参数，指导施工，应确保监控量测信息传递渠道畅通、反馈及时有效。
监控量测数据的分析应包括以下主要内容：
（1）根据量测值绘制时态曲线；
（2）选择回归曲线，预测最终值，并与控制基准进行比较；
（3）对支护及围岩状态、工法、工序进行评价；
（4）及时反馈评价结论，并提出相应工程对策建议。
监控量测数据可采用指数模型、对数模型、双曲线模型、分段函数、经验公式等进行分析，并预测最终值。
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建议。
监控量测信息反馈程序见图4-1。
施工过程中应进行监控量测数据的实时分析和阶段分析:
①实时分析：
每天根据监控量测数据及时进行分析，发现安全隐患应分析原因并提交异常报告；
②阶段分析：
按每周、月进行阶段分析，总结监控量测数据的变化规律，对施工情况进行评价，提交阶段分析报告，指导后续施工。
4.2.工程安全性评价
工程安全性评价应根据表4-1条分三级进行，并采用图4-1相应工程对策。
工程安全评价流程见图4-2。
表4-1工程安全性评价分级及相应应对措施
管理等级
应对措施
Ⅰ
暂停施工，采取相应工程对策
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。
Ⅲ
正常施工
图4-2工程安全性评价流程图
五，监测点的保护措施
隧道施工中应对监控量测点加强保护，严防爆破或其他损坏。
其保护措施如下：
（1）制度保证：
建立奖罚措施，对现场施工作业人员严格管理，排除任何可能人为地，故意的破坏现象发生。
（2）现场保证：
布设点位时，保障点的合理性同时要保证其有不容易被破坏的强度，必要时加护筒和盖子给予保护。
加强现场管理人员和技术员的巡查力度，高度重视监测点的保护工作。
监测队伍对各项监测项目的测点应有状态给予技术交底，必要时有照片资料，便于现场工人理解和实施。
（3）地表沉降保护措施：
加盖护筒在点周围围护，必要时加盖盖子。
对现场做清扫作业的工人要交代清楚，防止被土灰或泥土覆盖掩埋。
（4）水平收敛监测点保护措施：
安装时注意钩子的稳固结实，露出的部分不对其他施工工序作业产生影响。
附表一
开挖工作面地质状况记录表
编号：
隧道
开挖工作面里程
埋深
地层岩性
围岩级别
设计
饱和极限抗压强度Rb（MPa）
极硬岩
硬岩
较软岩
软岩
极软岩
取样编号
试验编号
实际施工
﹥60
30～60
15～30
5～15
﹤5
开挖工作面上围岩岩体结构特征
层理
产状
单层厚度
层面特征
与隧轴夹角
节理裂隙
组次
产状
间距（m）
长度（m）
缝宽（mm）
填充物
与隧轴夹角
1
结构面与隧道轴线关系图
2
3
4
断层
产状
破碎带宽度（m）
破碎带特征
与隧轴夹角
纵波速度（m/s）
侧壁围岩岩体结构特征
左侧壁
右侧壁
层理
产状
单层厚度
层面特征
与隧轴夹角
层理
产状
单层厚度
层面特征
与隧轴夹角
节理裂隙
组次
产状
间距（m）
长
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