公路隧道监控量测方案知识讲解.docx

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公路隧道监控量测方案知识讲解

国家高速公路网厦成线

厦门（海沧）至漳州（天宝）公路工程（厦门段）A4标段

雷公山隧道监控量测

施工方案

文件号：

编制：

审核：

审批：

中铁电气化局集团厦漳公路（厦门段）A4合同段项目经理部

2010年4月6日

第一章概述

1.1工程概述

1、工程概况

雷公山隧道为上下行分离式双向六车道高速公路隧道，位于厦门市海沧区与漳州龙海交界处海沧区青礁村。

本隧道左线起讫里程为LK7+474—LK9+185，长1711m；右线起讫里程为RK7+424—RK9+150，长1726m。

设计行车速度100km/h，正常隧道净宽14.5m，净高5m。

隧道进口受青礁枢纽互通影响，加减速车道都进入了隧道内（左线约21m，路面加宽1m；右线约81m，路面加宽4～1m），分别设置了加宽值不同（正常段+1m、2m、3m、4m）的大拱段，不同加宽值的大拱段采用突变形式进行连接。

2、气象与气候

本区气候属南亚热带海洋性季风气候，温暖湿润多雨，四季不甚分明，年平均气温约20.4℃，年平均降水量1275.0mm，年平均相对湿度78.9%。

每年5-9月份为雨季，11月至次年3月为旱季，7至9月为台风季节。

风暴潮为本区主要气象灾害。

本区位于滨海地区，河流大体呈树枝状，十分短促，溪流均为独立入海水系。

河网水系属于九龙江水系。

河水位受潮汐影响，随季节变化较大。

3、地形地貌

雷公山隧道沿线穿越的地貌单元残积台地或残丘平台地貌、剥蚀侵蚀陡坡丘陵地貌、山间河谷堆积地貌，地形高程20.2～219.1m最高点为雷公山隧道顶高程219.1m。

山间凹地为周围的山谷洪流洪积作用和山坡面流坡积作用形成，多分布于侵蚀剥蚀残丘间的低洼地带。

线路沿线多被开垦为果园、稻田等，沿线主要在城区内，交通方便。

雷公山隧道进口段西侧为漳州市龙海地区，线路位于城区或附近，隧道出口段线路多位于乡村附近。

本隧道洞口围岩主要为坡积土和全～强风化花岗岩，岩体破碎，结构松散，围岩级别为Ⅴ级，施工采用套拱+长管棚进洞方案。

4、地层岩性

根据本次调查资料及钻探揭露，线路沿线出露地层有第四系残破积层

（Q

）等，线路左侧公路、住宅和厂房附近多分布有人工填土（Q

）。

基岩主要为以燕山早期侵入的花岗岩（γ

）为主，岩性主要有中粗粒花岗岩、二长花岗岩、花岗闪长岩；局部夹燕山晚期侵入蚀变花岗岩等。

其次为侏罗系南园组（J

）的英安质凝灰熔岩、流纹质凝灰熔岩、流纹质晶屑凝灰熔岩及后期侵入的辉绿岩脉（β）。

5、地质构造

测区位于闽东南滨海断隆带以西，闽东火山断拗带以东，处与闽东南沿海地幔陡坡带的变异带上。

复杂的地质改造背景，导致了区内中生代强烈的岩浆活动，形成遍布测区中酸—酸性火山岩，从而也造就了测区以北东向构造为主，北西向构造为次的构造格架。

区域构造受多次构造运动的影响，特别是中新生代以来受太平洋内板块运动的影响，区域主要发育北东—北北东向断裂，主要有平潭—东山北东向断裂带和南靖—厦门东西向断裂带（均属于长乐—广东南澳深大断裂带的一部分）。

1.2总体施工方法

1、严格按新奥法原理组织施工加强监控量测工作，用量测信息指导施工，及时反馈信息以修正设计和采取应急措施。

施工中的必测项目为：

洞外观测、地表下沉量测、拱顶下沉量测、净空收敛量测、每一施工循环工作面地质描述。

量测数据应及时整理分析，并及时预报变位状况，以便修改设计，或制定加强措施，防止坍塌。

2、隧道施工放样应保证精度。

施工时应根据隧道各主要控制点的坐标计算隧道的长度和方向，并据此实地放线。

为保证隧道底部按图纸所示的纵坡开挖并满足衬砌的正确放样，洞内每隔50米应设置一个水准点。

3、施工开挖必须采用光面爆破或预裂爆破技术。

在Ⅴ级围岩中需爆破时，应采用微震光面爆破技术，尽可能减少超挖及减轻对围岩的扰动和破坏。

隧道洞身不允许存在欠挖现象。

施工前应做好各级围岩特别是Ⅴ、Ⅳ级石质围岩的光爆技术设计，合理选用爆破参数，并根据围岩的变化适时调整爆破参数，以确保开挖断面有良好的光爆效果，Ⅴ～Ⅳ级的土质围岩宜采用人工开挖或挖掘机开挖。

4、地质超前预报是做好动态设计、动态施工的重要环节。

施工时应根据设计图纸和现场具体情况的要求做好地质超前预报工作，在不同的地质条件下采用相应的超前预报措施，井及时反馈预报结果，以便修改支护参数或开挖方式，确保施工和营运的安全。

5、施工初期应做好洞口范围的排水，成洞时应选择有利的施工方法，严禁洞口大开挖，防止滑坡及坍塌。

6、施工中应及时核对围岩级别，如发现与设计不符时应及时提出，以便修改设计。

7、施工中遇到地下水应逐段取样化验，了解有否侵蚀性，以便采取防腐蚀措施。

隧道进口大拱段的成洞面采用喷射砼、锚杆群及挂网加固稳定，进口大拱段采用长管棚注浆并以工字型钢和系统锚杆形成较强的初期支护。

仰拱开挖后应及时施作，尽快形成闭合环。

8、小导管及中空注浆锚杆的注浆压力为0.5Mpa～1.0Mpa，达到压力时持续15分钟即可终止注浆。

大管棚的注浆压力为0.1Mpa～1.5Mpa，必要时可增加到2．0Mpa，达到压力时持续15分钟即可终止注浆。

９、复合式衬砌施工应认真执行新奥法原则，各级围岩二次衬砌应根据施工量测数据分析结果及时浇筑。

当围岩变形过大，初期支护力不足时，应及时反馈．以便及时加强初期支护，或修改二次衬砌设计参数及提前施作模筑砼。

在选作带仰拱的二次衬砌时，应先浇筑仰拱，再浇筑洞身墙拱二衬砼。

10、大拱段Ⅳ级围岩采用双侧壁导坑法施工，Ⅴ级围岩采用多侧壁导坑法施工；正常段Ⅳ级围岩采用台阶法施工，Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法施工。

各级围岩爆破开挖后应及时施作初喷砼，封闭围岩外露面，并紧跟掌子面，初喷与爆破时间间隔不得大于８小时，对Ⅴ、Ⅳ级围岩在初喷后应立即安装钢拱架、钢筋网、锚杆等，紧接着砼喷至设计的初喷厚度。

Ⅲ级围岩初喷后也应尽快喷至设计的初支厚度。

对于大拱段+3、+4米段应实施第三次衬砌。

所有喷射砼均应采用湿喷技术，不得采用干喷，以确保喷射砼的质量。

11、锚杆与垫扳应保持垂直，并与喷射砼充分接触，螺母务必拧紧。

12、类围岩段一次开挖长度不宜大于钢拱架或锚杆纵向间距的1.5倍。

1.3监测的目的

为了保证隧道施工的安全和顺利进行，掌握围岩和支护的动态信息,使隧道结构既安全，满足其使用要求，又经济合理;在不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的地段或业主及监理认为有必要监控的地段设置监控量测断面，进行全面、系统的监控量测。

以：

1）掌握隧道施工不同工况下围岩动态，并及时对其围岩稳定性作出评价，以指导现场施工；

2）通过对围岩和支护的变位、应力测量，修改支护系统设计；

3）及时地为调整、修改设计和施工方法等提供科学参考依据，能有效地避免塌方等工程事故；

4）积累资料，为以后的类似工程设计、施工提供经验。

1.4工程监测的必要性

作为开挖对象，土体特性非常复杂，解析土体的诸多假定是在所难免的，因此解析的结果只能作为一个初期的预测，而并非对环境的掌握与解析相对应。

监测具有相对准确地把握土体自身的动态（应力、变形、应变等）的特性。

在解析结果的基础上对照监测结果，及时修正设计，实现信息化施工。

如前所述，工程施工中的现场监测是其施工过程中必不可少的内容之一。

而且各种施工开挖方法对土体和支护结构的受力以及周边的环境有较大的影响。

尤其是不良地质现象如果不及时发现和处理，很可能发展成重大施工事故。

为使施工满足安全性和经济性，通过现场监测进行预测、预报，是避免事故，降低施工风险的有效手段，进一步证明现场监测的特殊性和重要性。

1.5监测方案制定的原则

根据隧道的工程地质和水位地质条件，结合我公司在以往隧道监测中积累的经验，编制本监测方案遵循以下原则：

1）监测方案以安全监测为目的，根据工程特点确定监测对象和主要监测指标。

2）根据监测对象的重要性确定监测规模和内容、监测项目和测点布置，较全面地反映围岩的实际工作状态。

3）采用先进、可靠的监测仪器和设备，设计先进的监测系统。

4）为确保提供可靠、连续的监测资料，各监测项目间相互校验，以便数值计算、故障分析和状态研究。

5）在满足工程安全的前提下，尽量减少对工程施工的交叉干扰影响。

6）按照国家现行的有关规定、规范及招标文件要求编制监测方案。

1.6编制主要依据

1）《公路隧道施工技术规范》（JTJ042—2009）

2）《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）

3）《工程测量规范》（GB50026—93）

4）厦漳公路（厦门段）A4合同段设计图纸

5）厦漳公路（厦门段）A4合同段施工组织设计文件

6）闽高路工（2006）90号文（关于加强隧道监控量测工作的紧急通知）

7）其他公路工程建设相关规范、标准、资料。

第二章监测项目实施方案

监控量测管理工作流程图

监控量测项目和方法：

表2-1隧道现场监控量测必测项目

序号

项目

方法和工具

布置

测试

量测频率

名称

精度

1～15d

16d～1个月

1～3个月

大于3个月

1

洞内外观察

现场观测、地质罗盘等

开挖及初期支护后进行

—

—

2

周边位移

各种类型收敛计

每5～50m一个断面，每断面2～3对测点。

0.1mm

1～2次/d

1次/

2d

1～2

次/周

1～3次/月

3

拱顶下沉

水准测量的方法，水准仪、钢尺等

每5～50m一个断面

0.1mm

1～2次/d

1次/

2d

1～2

次/周

1～3次/月

4

地表下沉

水准测量的方法，水准仪、钢尺等

洞口段、浅埋段（h0≤2b）

0.5mm

开挖面距量测断面前后＜2b时，1～2次/d。

开挖面距量测断面前后＜5b时，1次/2～3d。

开挖面距量测断面前后＞5b时，1次/3～7d。

注：

b-隧道开挖宽度；h0-隧道埋深。

表2-2隧道现场监控量测选测项目

序号

项目

名称

方法和工具

布置

测试

精度

量测频率

1～15d

16d～1个月

1～3个月

大于3个月

1

钢架内力及外力

支柱压力计或其它测力计

每代表性地段1～2个断面，每断面钢支撑内力3～7个测点，或外力1对测力计

0.1MPa

1～2次/d

1次/2d

1～2次/2d

1～3次/月

2

围岩体内位移（洞内设点）

洞内钻孔中安设单点、多点杆式或钢丝式位移计

每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个钻孔

0.1mm

1～2次/d

1次/2d

1～2次/周

1～3次/月

3

围岩体内位移（地表设点）

地面钻孔中安设各类位移计

每代表性地段1～2个断面，每断面3～5个钻孔

0.1mm

同地表下沉要求

4

围岩压力

各种类型岩土压力盒

每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个测点

0.1MPa

1～2次/d

1次/2d

1～2次/周

1～3次/月

5

两层支护间压力

压力盒

每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个测点

0.1MPa

1～2次/d

1次/2d

1～2次/周

1～3次/月

6

锚杆轴力

钢筋计、锚杆测力计

每代表性地段1～2个断面，每断面3～7根锚杆（索），每根锚杆2～4测点

0.1MPa

1～2次/d

1次/2d

1～2次/周

1～3次/月

7

支护、衬砌内应力

各类混凝土内应变计及表面应力解除法

每代表性地段1～2个断面，每断面3～7个测点

0.1MPa

1～2次/d

1次/2d

1～2次/周

1～3次/月

8

围岩弹性波速度

各种声波仪及配套探头

在有代表性地段设置

—

—

9

爆破震动

测振及配套传感器

临近建（构）筑物

—

随爆破进行

10

渗水压力、水流量

渗压计、流量计

—

0.1MPa

—

11

地表下沉

水准测量的方法，水准仪、钢尺等

洞口段、浅埋段（h0≤2b）

0.5mm

开挖面距量测断面前后＜2b时，1～2次/d。

开挖面距量测断面前后＜5b时，1次/2～3d。

开挖面距量测断面前后＞5b时，1次/3～7d。

注：

b-隧道开挖宽度；h0-隧道埋深

根据招标文件、设计文件、施工组织设计文件的要求，结合我们以前在类似工程中总结的监测经验，在本隧道中开展如下监测项目：

1）洞内外观测

2）周边收敛量测

3）拱顶沉降监测

4）地表下沉监测

各监测项目的具体监测方法如下：

2.1洞内外观察

2.1.1观测内容

（1）对开挖后没有支护的围岩；

1）岩质种类和分布状态，近界面位置的状态；

2）岩性特征：

岩石的颜色、成分、结构、构造；

3）地层时代归属及产状；

4）节理性质、组数、间距、规模、节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，充填物的类型和产状等；

5）断层的性质，产状，破碎带宽度、特征；

6）溶洞的情况；

7）地下水类型，涌水量大小，涌水压力，湿度等；

8）开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象；

9）核准围岩级别。

（2）开挖后己支护段：

1）初期支护完成后对喷层表面的观测及裂缝状况的描述和记录；

2）有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象；

3）是否有底鼓现象。

4）洞外观察主要是了解洞口、洞身和浅埋段的地表喷混凝土是否产生裂隙或剥离，要特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏：

5）有无锚杆和喷混凝土施工质量问题：

6）钢架有无被压弯、变形、开裂情况。

2.1.2观察目的

通过对洞内外观察，以达到：

1）预测开挖面前方的地质条件；

2）为判断围岩、隧道的稳定性提供依据；

3）根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度；

4）掌握地表变形变位及开裂等情况。

2.1.3观测方法

每次爆破开挖后，利用地质素描、照相或摄像技术将观测到的有关情况和现象进行详细记录，观测中，如发现异常现象，要详细记录发现的时间、具体的里程位置以及对异常情况的描述。

2.1.4测试仪器

地质罗盘，地质锤，放大镜，数码照相机或摄像机

2.1.5监测频率

每次开挖后及初期支护后及时进行观察。

2.2隧道周边收敛监测

2.2.1监测内容

隧道周边收敛监测，是监测隧道内壁两点连线方向的相对位移或监测点的绝对位移量。

2.2.2监测目的

对隧道周边进行收敛观测，主要有以下目的：

1）周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直观反映，监测周边位移可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息，以确定初期支护的安全性；

2）根据变位速度、变位加速度判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时间；

3）判断初期支护设计与施工方法选取的合理性，用以指导设计和施工。

2.2.3监测方法

在隧道内设置监控量测断面，每个断面分别在侧墙和拱顶设置测点，利用收敛计，采用一根在重锤作用下被拉紧的普通钢尺作为传递位移的媒介，通过百分表测读隧道周边某两点相对位置的变化。

测点应在距开挖面2m的范围内尽快安设，在爆破后24h内或下一次爆破前测读初次读数。

2.2.4测试仪器

JSS30A型数显收敛计。

2.2.5监测精度

监测的最小精度0.01mm。

2.2.6测点布置

本隧道平均20m布设一个监测断面，每监测断面设置不少于3条测线，测点分别布置在拱项及两侧。

在实际开挖中，应及时对每个小导洞的周边收敛进行监测。

1、正常段Ⅲ级围岩采用全断面法开挖，Ⅳ级围岩采用上下台阶法开挖，监控点布置相同，如图2-1：

图2-1全断面及上下台阶法开挖拱顶沉降、周边收敛测线布置示意图

2、大拱段Ⅴ级围岩采用的多侧壁导坑施工，测点布置如图2-2：

图2-2多侧壁导坑开挖拱顶沉降、周边收敛测线布置示意图

3、大拱段Ⅳ级围岩及正常段Ⅴ级围岩都采用的是双侧壁导坑法开挖，监控点布置如图2-3：

图2-3双侧壁导坑法开挖拱顶沉降、周边收敛测线布置示意图

2.3.7水平收敛警戒值

根据《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）锚喷衬砌和复合式衬砌初期支护的允许洞周水平相对收敛值如表2-3所示

表2-3允许洞周水平相对收敛值（％）

围岩级别

埋　深（m）

＜５０

50～300

301～500

Ⅲ

0.1～0.3

0.2～0.5

0.4～1.2

Ⅳ

0.15～0.5

0.4～1.2

0.8～2.0

Ⅴ

0.2～0.8

0.6～1.6

1.0～3.0

1）水平相对收敛值系指收敛位移累计值与两测点间距离之比；

2）硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩的隧道取表中较大值；

3）本表所列数值，可在施工过程中通过实测和资料积累作适当修正。

4）拱顶下沉允许值，一般按本表数值的0.5～1.0倍采用

2.3.8监测频率

本隧道拱顶沉降和周边收敛监测按表2-1所列频率进行。

1）从不同测线得到的位移速度不同，监测频率应按速度高的取值

2）若根据位移速度和据工作面距离两项指标分别选取的频率不同。

则从中取高值；

3）后期监测时，间隔时间可加大到几个月或半年监测一次。

2.3隧道拱顶下沉监测

2.3.1监测内容

拱项下沉监测，是指对隧道拱顶的实际下沉位移值进行监测，是相对于不动点的绝对位移。

2.3.2监测目的

对隧道拱顶进行沉降观测，主要有以下目的：

1）通过拱项位移监测，了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性；

2）根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时间；

3）指导现场设计与施工。

2.3.3监测方法

在隧道内设置监测断面，在隧道拱顶设置测点，安设隧道拱部监测测点，将钢尺或收敛计挂在作为隧道拱部测点上作为标尺，后视点可设在稳定的部位，用水平仪观测。

测点应在距开挖面2m的范围内尽快安设，并应保证爆破后24h内或下一次爆破前测读初次读数。

2.3.4测试仪器

精密水准仪、全站仪、铟钢尺、钢尺、反射片等仪器。

2.3.5监测精度

监测的最小精度0.1mm。

2.3.6测点布置

本隧道平均20米布设一个监测断面，和隧道周边收敛布设于同一断面上。

在实际施工过程中，应及时对每个断面的小导洞拱顶沉降进行监测。

每监测断面设置在拱顶处设置监测测点。

如图2-1、2-2、2-3所示。

2.3.7拱顶沉降警戒值

根据隧道埋深及围岩类别确定拱顶沉降控制值，按表2-3要求取值。

2.3.8监测频率

按表2-1所列频率进行。

2.4地表下沉监测

2.4.1监测内容

测试隧道开挖时对地面沉降的影响及其影响范围

2.4.2监测目的

1）判断开挖时对地面的影响及其影响范围

2）根据监测结果决定对该区段设计、施工的调整和变更

3）保证施工安全，优化支护参数

2.4.3监测方法

用精密水准仪、全站仪对测点的高程进行测量，计算其高程的变化量。

2.4.4测点布置

每端洞口不少于1个监测横断面，对于隧道中间浅埋段也必须有2-3个监测断面。

在选定的量测断面区域内，首先设一个通视条件较好、测量方便、牢固的基准点（基准点布置地表沉降影响区以外），然后在各个断面埋设地表沉降测桩，测桩采用钢筋制作而成，并用水泥砂浆埋设牢固。

测量断面沿隧道纵向延伸（如图2-4）。

其间距：

当埋深h＞2D时，为20～50m；当埋深D＜h＜2D时，为10～20m；当埋深h

横向布置间距范围为2～5m；隧道中线附近密些，远离隧道中线处疏些。

测点布置如图2-4：

图2-4地表沉降观测点布置示意图

2.4.5监测工具

水平仪、水准尺

2.4.6监测精度

h=0.5mm

2.4.7监测频率

见表2-1

第三章量测数据处理与应用

3.1一般要求

1）隧道现场监控量测应成立专门量测小组，负责日常量测、数据处理和仪器保养维修工作，并及时将量测信息反馈给施工部门和设计单位。

测点埋设宜在施工部门配合下，由量测小组完成。

各预埋测点应牢固可靠，不得任意撤换和破坏。

2）现场监控量测应按量测方案认真组织实施，并与其他施工环节紧密配合，不得中断工作。

3）每次量测后，应及时进行数据整理和分析，并绘制量测数据失态曲线和距离开挖面距离图；应绘制地表下沉值沿隧道纵向和横向变化量和变化速率曲线。

4）应根据量测数据处理结果，及时提出调整和优化施工方案和工艺；围岩变形和速率较大时，应及时采取安全措施，并建议变更设计。

5）围岩稳定性、二次支护时间应根据所测得位移量或回归分析所得最终位移量、位移速度及其变化趋势、隧道埋深、开挖断面大小、围岩等级、支护所受压力、应力、应变等进行综合分析判定。

3.2量测数据整理、分析与反馈

量测数据整理、分析与反馈应符合下列规定：

1）当位移-时间曲线趋于平缓时，应进行数据处理或回归分析，以推算可能出现的位移最大值和变化速度，掌握位移变化的规律。

2）当位移-时间曲线出现反弯点时，则表明围岩和支护已呈不稳定状态，此时应密切监视围岩动态、及时分析原因，提出对策和建议，并及时反馈给有关单位，采取有效措施加强支护，必要时暂停开挖。

3.3围岩稳定性的综合判别

围岩稳定性的综合判别，应根据量测结果，按下列指标判定：

1）实测位移值不应大于隧道的极限位移，并按表3-1位移管理等级施工。

一般情况下，宜将隧道设计的预留变形量作为极限位移，而设计变形量应根据检测结果不断修正。

表3-1位移管理等级

管理等级

管理位移（mm）

施工状态

Ⅲ

U＜（U0/3）

可正常施工

Ⅱ

（U0/3）≤U≤（2U0/3）

应加强支护

Ⅰ

U＞（2U0/3）

应采取特殊措施

注：

U-实测位移值；U0-设计极限位移值。

2）根据位移速率判断：

速率大于1mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护；速率变化在0.2～1.0mm/d时，应加强观测，做好加固的准备；速率小于0.2mm/d时，围岩达到基本稳定。

在高地应力、岩溶地层和挤压地层等不良地质中，应根据具体情况制定判断标准。

3）根据位移速率变化趋势判断：

当围岩位移速率不断下降时，围岩处于稳定状态；当围岩位移速率变化保持不变时，围岩尚不稳定，应加强支护；当围岩位移速率变化上升时，围岩处于危险状态，必须立即停止掘进，采取应急措施。

4）初期支护承受的应力、应变、压力实测值与允许值之比大于或等于0.8时，围岩不稳定，应加强初期支护；初期支护承受的应力、应变、压力实测值与允许值之比小于0.8时，围岩处于稳定状态。

3.4量测资料

竣工文件中应包括下列量测资料：

1）现场监控量测计划；

2）实际测点布置图；

3）围岩和支护的位移—时间曲线图、空间关系曲线图，以及量测记录汇总表；

4）量测变更设计和改变施工方法地段的信息反馈记录；

5）现场监控量测说明。