隧道监控量测方案分析.docx
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隧道监控量测方案分析
XX高速XX标
监控量测方案
XXXX路桥有限责任公司XX合同段项目部
二O一六年七月十日
一、编制依据……………………………………………………1
二、工程概况……………………………………………………1
三、工程地质特征………………………………………………2
四、水文地质特征………………………………………………2
五、特殊工程、水文地质………………………………………2
六、气象特征……………………………………………………3
七、隧道状况……………………………………………………4
八、监控量测的目的……………………………………………4
九、监控量测的实施……………………………………………5
十、量测人员及组织机构………………………………………19
十一、安全管理措施……………………………………………20
十二、主要量测仪器一览表……………………………………21
XXX隧道监控量测方案
一、编制依据及目的：
1、编制依据：
（1）《公路隧道设计规范》（JTGD70－2004）；
（2）《公路隧道施工技术规范》（JTGF60－2009）；
（3）《公路勘测规范》（JTGC10－2007）；
（4）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086－2001）；
（5）《工程测量规范》（GB50026-2007）；
（6）《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）；
（7）XXX至XX高速公路隧道施工图设计；
（8）本标段总体施工组织设计。
2、编制目的：
（1）通过监控量测提高现场技术人员的专业技术水平，为现场施工提供理论依据。
（2）通过监控量测指导隧道日常的施工管理，掌握施工要点，确保施工安全和施工质量。
（4）通过监控量测了解该工程条件下所表现、所反映出来的一些地下工程规
律和特点，为今后类似工程和该工程采用工法本身的发展优化提供借鉴、
依据和指导作用。
二、工程概况：
XXX（川甘界）至XX高速公路项目位于成德绵地区至阿坝州，四川和甘肃两省之间的一条南北向快速通道，公路往北至著名风景区九寨沟、黄龙寺，并与成都经都江堰、汶川、松潘至九寨沟高速公路共同构建四川省的黄金旅游线-九环线，往东可与甘肃连接，形成一条新的出川通道。
项目位于绵阳市平武县，隧道全长13013m属特长隧道。
隧道左洞桩号K41+664～K47+720，右洞YK41+664～YK47+664，左右洞平均6.026Km。
左右洞竖井333m。
三、工程地质特征：
隧址区近呈北北西向展布，南北坡向沟谷发育，2000m以上大体多呈V型，沟壁陡直，谷底狭窄，谷坡陡峻，一般坡度大于35°，洞身地形中部高，地形起伏大，进、出口地段地形较低，海拔高程2329～3400m，相对高差约1100m，为构造剥蚀高中山地貌。
Ⅲ级围岩以花岗斑岩为主，呈大块状结构，地下水局部岩体破碎带可能会以滴水状、线状渗出为主，雨季有细股状出水，隧道开挖可发生掉块现象，局部段落可能会有中等岩爆发生；Ⅳ级围岩以板岩夹砂岩为主，岩体呈薄层状结构为主，层间结合较差，受构造作用强烈，裂隙较发育，岩体较破碎，隧道开挖易发生掉块或小至中塌方现象，深埋段可能发生强岩爆，地下水以滴水、线状渗出为主，雨季有细股状出水，局部岩溶发育带可能发生涌突水灾害；Ⅴ级围岩为板岩夹砂岩及炭质板岩等，岩体呈薄层状结构为主，层间结合较差，受构造作用强烈，褶曲及次级断层发育，岩体破碎，主要为软岩、极软岩，围岩可发生岩体大变形，拱部易产生大的坍塌现象，地下水局部有股状地下水涌出。
四、水文地质特征
本项目水系属白马河、磨房沟沟谷水，该2条沟均常年有水，平水期水量一般为20-80L/s，各河沟具有猛涨猛落的动态特点，是典型的山区河流。
根据地下水赋存条件和水动力条件等，工作区主要分布有松散岩类空隙水、碎屑岩层间裂隙水、基岩裂隙水等地下水。
主洞K41+664～K43+420段坡度为1.98%，K43+420～K47+720段坡度为-0.35%。
黄土梁隧道出口端施工中各部分涌水量预测结果
涌水段落或部位
正常涌水量（m3/d）
最大涌水量（m3/d）
竖井
569.8
1139.6
主洞
8832
17664
五、特殊工程、水文地质
①构造断裂带
刀切加-胡家磨断裂F5及其支断裂F6，该断裂北起火溪河上游刀切加，向南经高家磨沟口，在右岸山体内延伸至岩窝沟下游一带消失，破碎带宽约30m，主要由破碎岩、片岩及断层糜棱岩组成，在祥术加附件断裂的北东盘为炭质板岩夹煤层，靠近断面处的地层产状为走向南北，倾向东，出露有约5m宽的挤压破碎带，内有一组走向北北西，倾北东的小断层。
黄土梁断裂，该断层穿越黄土梁，北起火溪河上游王朗，走向N60W，南经黄土梁后折向东经跌不寨在草河坝汇入南岸-甲午池-文县沟断裂。
该断裂北西段为逆断层，破碎带宽度约10～200m，主要有碎砾岩、片岩组成。
②地热
根据钻孔地温测试K43+982.55R87洞轴附近地温为28.8℃,高于28℃，因此隧道施工时该段可能存在有高地热的危害。
③岩爆
黄土梁隧道洞身岩性主要为花岗斑岩、板岩夹砂岩及炭质板岩。
花岗斑岩岩石极限抗压强度一般为70MPa，属坚硬岩，弱风化，满足岩爆发生的条件。
④隧道大变形段落
根据构造断裂带位置，现场围岩地质条件和隧道埋深情况对大变形段落进行预测，K42+130～K42+700（YK42+060～YK42+630）、K43+200～K45+650（YK43+130～YK45+620）、K46+400～K46+975（YK46+370～YK46+858）段存在中等～强烈大变形。
六、气象特征
本项目工程区内存在季节性结冰，平均从10月初就开始，到次年4月结束，持续时间较长。
多年平均气温14.7℃，最高值15.1℃，最低值13.9℃，极端高温37℃，极端最低温-7℃。
多年平均降雨量为866.5mm，最高值1161.4mm，最低值397.3mm。
本项目具有极其复杂的地形地貌；具有极其复杂的气候、水文；具有极其复杂的地质构造；具有不良地质地段：
项目区所含地层较多，地层岩性较为复杂，但总体可分为红层区、碎屑岩区碳酸岩区和岩浆岩区四大类。
覆盖层主要为块碎石土、含块碎石粘土，漂卵砾石土，砾石土及含砾粉质粘土等。
该项目区内沟壑较多，多数切割较深，地形坡度相对较陡，构造强烈，岩体较为破碎，项目区不良地质以崩塌（岩堆）、危岩、滑坡、泥石流为主。
七、隧道概况：
XX标段隧道左线K41+664-K47+720，右线YK41+664-YK47+664，左洞长6056米，右洞长6000米。
左线出口桩号K47+720，右线出口桩号YK47+664，明暗洞交界桩号为K47+710、YK47+654。
左线明洞长度10米，暗洞长度6046米，右线明洞长度10米，暗洞长度5990米。
暗挖段隧道主洞开挖断面面积最大130.63m2，停车带开挖断面面积151.66m2。
V级围岩采用上、中、下三台阶法开挖，IV级围岩采用上、下二台阶法开挖。
Ⅲ级围岩采用全断面开挖。
洞口段支护采用30mφ108管棚+30mφ51自进式锚杆，洞身段支护采用双层和单层φ42注浆小导管+φ22药卷锚杆+工字钢+钢筋网。
明洞段采用放坡开挖，边仰坡采用φ42注浆小导管+C20喷砼+钢筋网支护。
洞口段地表采用φ70钢花管进行注浆加固。
隧道洞口位于新建S205线下方，相对高差约47m，洞口斜坡陡缓不均，平均坡度25～40度，斜坡上灌丛及杂草、乔木少。
洞口及仰坡地段有厚5m～20m的碎石土覆盖层，下伏为板岩夹砂岩，岩层总体倾坡内，为逆向斜交结构斜坡，长大外倾节量不发育，下伏岩体无向坡外滑移条件。
洞口斜坡为厚度较大堆积层，洞口开挖易引起洞口处土层滑塌失稳。
八、监控量测的目的
隧道监控量测对评价隧道施工方法的可行性、设计参数的合理性，了解隧道施工实际围岩级别及其变形特性等能够提供准确、及时的依据，对隧道二次衬砌的施作时间具有决定性意义；因此，它是保障隧道建设成功的重要手段。
隧道监控量测的主要目的应做到提高安全性，修正设计、指导施工、积累建设经验，实现信息化施工及动态设计，并通过对实测数据的现场分析、处理，及时向施工方、监理方、设计方和业主提供分析资料。
对隧道群施工具有重要现实意义。
（1）通过围岩地质状况和支护状况描述，对围岩进行合理的分类及对稳定性进行合理的评价。
（2）对隧道拱顶下沉周边收敛位移进行监测，根据量测数据确认围岩的稳定性，判断支护效果，指导施工工序预防坍塌，保证施工安全。
（3）对周边收敛位移进行监测，根据变形的速率及量值判断围岩的稳定程度，选择适当的二衬支护时机，指导现场施工。
（4）地表下沉。
对隧道埋深较浅段进行地表沉降监测，判定隧道开挖对地表的影响，与拱顶下沉数据相互应证。
（5）选测组合。
通过对围岩压力、钢支撑应力、衬砌应力等选测项目的监测判断围岩稳定性及支护效果，反馈设计，指导现场施工。
（6）通过监控量测数据的采集及分析及时修正围岩级别及预留变形量、判断支护效果、提供设计参数修改的意见及建议、实现动态设计及信息化施工。
以使设计和施工同步，保质保量完成隧道工作。
九、监控量测的实施
1、必测项目
必测项目是施工中必须作为一道工序进行的监控量测项目。
它包括：
（1）地质和支护观察
（2）周边收敛量测
（3）拱顶下沉量测。
（4）地表下沉
2、选测项目
选测项目是根据围岩性质、隧道埋置深度、开挖方式等条件它包括：
（1）钢架内力及外力
（2）围岩体内位移
（3）围岩压力及两层支护间压力
（4）支护及衬砌内应力
（5）锚杆轴力
3、量测断面的间距和频率
每个测点测取读数的频率不少于规范要求，按表1-1、表1-2检查净空位移和拱顶下沉的量测频率，并与表1-3确定的量测频率比较取最大值。
如测点量测期间遭到破坏，恢复以后按新埋测点要求采集读数。
量测过程中若遇到围岩变形速率较快时，量测频率应在规范规定的基础上加密。
表1-1量测频率表
序号
量测项目
监测频率
1～15天
16天～1个月
1～3个月
3个月以后
1
洞内、外观察
每次爆破后、支护结构施做完成后进行
2
拱顶下沉
1～2次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
3
周边收敛
1～2次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
4
地表下沉
开挖面距量测断面前后<2b时，1～2次/天
开挖面距量测断面前后<5b时，1次/2～3天
开挖面距量测断面前后>5b时，1次/3～7天
表1-2净空位移和拱顶下沉的量测频率（按位移速度）
位移速度（mm/d）
量测频率
≥5mm
2～3次/d
1～5mm
1次/d
0.5～1mm
1次/2～3d
0.2～0.5mm
1次/3d
＜0.2mm
1次/3～7d
表1-3净空位移和拱顶下沉的量测频率（按距开挖面距离）
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/3～7d
注：
b-隧道开挖宽度
4、测点设置要求及测设工具
周边位移量测以水平相对净空变化值的量测为主，水平净空变化量测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。
拱顶下沉量测断面的位置在每一断面宜布置1～3个点。
测点的安装应能保证在开挖后12小时（最迟不超过24小时）内和在下一循环开挖前测到初次读数。
坑道周边收敛计可选铰弹簧式或重锤式，拱顶下沉量测采用水平仪、水准仪和挂钩钢尺等，有条件时可采用激光隧道断面监测仪进行量测。
变形量测可采用单点或多点式锚头和传力杆，配以机械式百分表或点测位移计。
5、量测方法及数据处理
（1）洞内外观察：
a、洞内外观察分开挖工作面、已施工区段观察以及地表观察，开挖工作面观察应在每次开挖后进行一次，内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、围岩变形等，观察后应绘制开挖工作面略图并作好地质素描、填写工作面状态记录及围岩级别判定卡。
b、对已施工区段的观察每天至少一次，观察内容包括拱顶下沉、周边收敛、喷射砼、锚杆、钢架的状况，以及施工质量是否符合规定的要求。
c、洞外观察包括洞口地表情况、地表深陷、边坡及仰坡的稳定、地表水渗透的观察。
d、在观察过程中如发现地质条件恶化，初期支护发生异常现象，应立即通知施工负责人采取应急措施，并派专人进行不间断观察。
（2）地表下沉量测
地表下沉量测应根据隧道埋深、地质条件、地表有无建筑物、所采用的开挖方式等因素确定。
地表下沉量测点应与水平净空相对变化和拱顶下沉量测的测点布置在同一横断面，沿隧道中线，地表下沉量测断面的间距可按下表采用
地表下沉量测断面间距表
隧道埋深H（m）
量测断面间距（m）
H>2D
20-50
D10-20
H5-10
注：
D表示隧道开挖宽度。
由于隧道洞口段距地表较近，地质条件复发，岩性较差，施工时多用台阶法分部开挖。
因此，纵向断面布置测点的超前距离为隧道距地表的深度h与上台阶高度h1之和（即h+h1）。
于是整个纵向测定区间的长度为（h+h1）+（2-5）D+h2（h2为上台阶开挖超前下台阶的距离），具体见下图。
横断面方向地表下沉的测点间距应取2-5m，在一个量测断面内应设7-11点，具体见下图。
地表下沉量测应在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止为止。
地表下沉的量测频率应和拱顶下沉及水平相对净空变化的频率一致。
（3）水平收敛量测
1、量测方法
水平相对净空变化的量测首先要求将预埋件按要求的时间及方法埋设，然后进行仪器的安装（如下图所示）。
图1-6球铰式收敛计安装示意图
当仪器安装完成后，利用弹簧秤、钢丝绳、滑管给钢尺施加固定的水平张力（弹簧秤拉力90N），并在百分表读得初始数值X0；因第一次量测的初始读数是关键性读数，应反复测读；当连续量测3次的误差R≤0.18mm（R值根据收敛计不同而异）时才能继续爆破掘进作业。
用同样方法可读得间隔时间t后的t时刻的Xi值，则t时刻的周边收敛值Ut即为百分表两次读数差：
Ut=L0-Lt+Xtl-Xto
式中：
L0——初读数时所用尺孔刻度值；
Lt——t时刻时所用尺孔刻度值；
Xtl——t时刻时经温度修正后的百分表读数值，
Xtl=Xt+εt
Xto——初读数时经温度修正后的百分表读数值，
Xt0=X0+εt0
Xt——t时刻量测时百分表读数值；
X0——初始时刻百分表读数值；
ε——温度修正值，
εt=α（T0-T）L
α——钢尺线膨胀系数；
T0——鉴定钢尺的标准温度，T0=20℃；
T——每次测量时的平均气温；
L——钢尺长度。
2、数据处理
每次测量时要做好详细的量测记录，记录内容包括日期、时间、里程编号、环境温度、量测数据等，并及时根据现场测量数据绘制时态曲线和空间关系曲线。
当位移时间曲线趋于平缓时，及时进行量测数据的回归分析，以推求最终位移和掌握位移变化的规律。
目前，常采用的回归函数有：
对数函数U=A+Bln（t+1）
U=Aln（
）
指数函数U=Ae-B/t
U=A（e-Bt0-e-BT）
双曲函数U=A
式中：
U—变形值（mm）；
A、B—回归系数；
t—量测时间（d）；
t0—测点初读数时距开挖时的时间（d）；
T—量测时距开挖时的时间（d）。
（4）、拱顶下沉量测
1、拱顶下沉量测方法
拱顶下沉量测采用水准测量法进行，后视点可设在稳定衬砌上，用水平仪进行观测（如下图所示）。
将拱顶初始相对高差与t时刻相对高差相减变得拱顶下沉量，即：
Ut=（Q0+P0）-（Q+P）=（Q0-Q）+（P0-P）。
若Ut为正值，则表示拱顶下沉；若Ut为负值，则表示拱顶向上位移。
图1-7拱顶下沉观测示意图
2、拱顶下沉量测数据的处理
拱顶下沉量测数据的处理方法同水平相对净空变化量测。
（5）、量测数据的处理与应用
1、根据现场量测数据绘制水平相对净空变化、拱顶下沉时态曲线，净空水平收敛、拱顶下沉与距开挖工作面的关系图等。
2、根据量测结果及相关的规定可根据表4中变形管理等级指导施工。
表1-4变形管理等级标准
管理等级
管理位移
施工状态
Ⅲ
U〈U[1B/2B]/3
正常施工
Ⅱ
U[1B/2B]/3《U《2U[1B/2B]/3
加强监测
Ⅰ
U〉2U[1B/2B]/3
采取相应工程措施并加强监测
表1-5位移控制基准（U1B/U2B取值）
类别
距开挖面1B（U1B）
距开挖面2B（U2B）
距开挖面较远
允许值
65%U0
90%U0
100%U0
注：
U0—极限相对位移值（结构允许相对位移，见下表），U—实测位移值B—隧道最大开挖宽度
表1-6结构允许相对位移表（%）
埋深
围岩级别
<50m
50～300m
300m～500m
拱脚水平相对静空变化值
Ⅴ
0.29～0.72
0.58～2.88
2.59～4.32
Ⅳ
0.14～0.43
0.29～1.15
1.00～1.73
拱脚水平相对静空变化值
Ⅴ
0.12～0.23
0.20～1.58
1.15～2.02
Ⅳ
0.09～0.14
0.06～0.12
0.43～1.15
注：
硬岩取下限，软岩取上限。
拱脚水平相对净空变化指两侧点间净空水平变化值与其距离之比；
拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比。
墙腰水平相对净空变化极
限值可按拱脚水平相对净空变化值乘以1.2～1.3后采用。
3、根据位移变化速度判别：
1）净空变化速度持续大于5.0mm/d时，围岩处于急刷变形状态，应加强初期支护系统。
2）净空变化速度小于0.2mm/d，围岩达到基本稳定。
3）在浅埋地段以及膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用其它指标判别。
4、根据位移时态曲线的形态来判别：
1）当围岩位移速率不断下降时（du2/d2t<0），围岩趋于稳定状态；
2）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；
3）当围岩位移速率不断上升时（du2/d2t＞0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。
6、量测数据整理、分析与反馈的要求
1、每次量测后应及时对原始数据进行整理，并绘制量测数据时态曲线和距开挖面关系图，以寻求数据之间的规律，通过数据反馈信息了解隧道变形规律；
2、对初期的时态曲线进行回归分析，对数据最终位移、变形速率的变化、时空变化等进行预测预报；
3、数据异常时，应根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架、进行后注浆等加固措施。
7、监控量测精度提高的认识及措施
1、监控量测在隧道工程实践中的作用
监控量测对于提高隧道设计的切实性、保证隧道施工的安全性及合理降低施工成本上有着非常重要的作用。
在隧道施工过程中依据监控量测数据及时修正设计参数，实现隧道施工的动态性，在最大程度上保证设计与施工的同步，实现隧道保质保量的完成。
监控量测数据的采集及精度的提高对工程实际有着非常重要的作用。
2、提高监控量测精度的措施
a、技术措施
依据隧道具体工程地质条件及现场施工布置编制具体的监控量测技术方案，使用在有效期内的高精度的监测仪器。
在隧道开挖后针对隧道开挖后的具体状态选择有效的测点及时进行埋设，读取初读数；在隧道围岩差、裂隙水发育地段、隧道地质灾害地段及监控数据变化较大的区段加密监测。
在技术上尽可能的保证监控量测在隧道灾害点的全覆盖，保证施工的安全及动态设计的有效开展。
b、组织措施
各个隧道口各配置2-3名技术人员及一名技术主管组成现场监控量测数据采集组，保证隧道现场人员的需求、数据的及时采集。
项目部配置主管隧道监控量测技术的技术负责人和隧道专家组成综合分析组，指导现场工作的开展及数据的及时分析和反馈。
c、管理措施
项目部人员每月对已开展的监控量测项目进行检测和复核；公司相关领导随时对项目监控量测进展进行跟踪，及时发现问题，及时更改，保证监控量测工作的高效全面地开展。
8、量测点布置
（1）暗挖段测点布置：
K47+710-K46+400和YK47+654-YK46+370，围岩级别为V级，隧道埋深15.1-493m，采用三台阶开挖法施工，计划布置监测项目如下：
桩号
拱顶下沉及周边收敛
地表下沉
采用仪器
K47+710
布置
布置
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺
K47+705
布置
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺
K47+700
布置
布置
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺
K47+695
布置
全站仪、收敛计、水准仪、钢尺
K47+690
布置
布置
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺
K47+685
布置
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺
K47+680
布置
布置
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺
K47+675-K46+400
布置（每5米一个断面）
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺
YK47+654
布置
布置
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺
YK47+649
布置
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺
YK47+644
布置
布置
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺
YK47+639-YK46+370
布置（每5米一个断面）
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺
K46+400-K45+650和YK46+370-YK45+620，围岩级别为IV级，隧道埋深367-568m，采用上、下台阶法开挖，计划布置监测项目如下：
桩号
拱顶下沉及周边收敛
选用仪器
K46+400-K45+650
布置（每10米一个断面）
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺等
YK46+370-YK45+620
布置（每10米一个断面）
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺等
K45+650-K43+200和YK45+620-YK43+130，围岩级别为V级，隧道埋深296-665m，采用上、中、下三台阶法开挖，计划布置监测项目如下：
桩号
拱顶下沉及周边收敛
选用仪器
K45+650-K43+200
布置（每5米一个断面）
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺等
YK45+620-YK43+130
布置（每5米一个断面）
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺等
K43+200-K42+700和YK43+130-YK42+630,围岩级别为IV级，隧道埋深532-666m，采用上、下台阶法开挖，计划布置监测项目如下：
桩号
拱顶下沉及周边收敛
选用仪器
K43+200-K42+700
布置（每10米一个断面）
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺等
YK43+130-YK42+630
布置（每10米一个断面）
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺等
K42+700-K42+130和YK42+630-YK42+060，围岩级别为V级，隧道埋深666-1037m，采用上、中、下三台阶法开挖，计划布置监测项目如下：
桩号
拱顶下沉及周边收敛
选用仪器
K42+700-K42+130
布置（每5米一个断面）
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺等
YK42+630-YK42+060
布置（每5米一个断面）
全站仪、水准仪、收敛计、钢尺等
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