监控量测方案.docx
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监控量测方案
目录
一、编制范围、依据和目的1
1.1.编制范围1
1.2.编制依据1
1.3.编制目的1
二、工程概况2
2.1工程简介2
2.2自然地理特征3
2.2.1地形地貌3
2.2.2地层岩性3
三、监控量测组织机构及人员4
四、监测控制网的布设要求5
五、监测项目5
5.1隧道监测项目5
5.2监控量测测点布置及观测方法7
5.2.1洞内观测7
5.2.2隧道水平收敛监测7
5.2.4隧道拱顶沉降监测10
5.2.5隧道锚杆拉力监测11
5.2.6隧道围岩压力监测13
5.2.7隧道钢筋应力监测13
六、必测项目监测频率及注意事项14
6.1必测项目监测频率14
6.2监控量测工作注意事项15
七、变形管理等级16
八、监测反馈及信息化施工管理17
8.1监控量测数据记录格式（见附表）17
8.2监测数据分析17
8.3监测信息反馈程序19
8.4报告提交20
8.5监控量测技术要求和质量保证措施20
8.6紧急情况下的监测应急预案21
九、监测点的保护措施23
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，共长6996m，单线隧道总长为984m，双线隧道总长为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，沿线均有便道通行,交通便利。
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。
三、监控量测组织机构及人员
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：
第一小组由由朱泽华任组长，负责张家沟隧道和华家梁隧道；第二小组由吕光治任组长，负责李家梁隧道、柏树梁隧道和范家湾隧道；第三小组由张晓伟任组长，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。
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：
张晓伟、吕光治、朱泽华
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。
四、监测控制网的布设要求
隧道施工过程中的监控量测，是信息化施工的一个重要手段，通过施工现场的监控量测，为判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性，二次衬砌合理施作时间，以及修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据，指导日常施工管理，确保施工安全和质量。
监控量测主要包括围岩及支护状态观察、拱顶下沉、水平收敛、支护结构的应力状态量测、观察等监测项目。
控制网布设按《高速铁路工程测量规范》（以下简称《规范》）相关规定进行,高程控制网为精密水准网。
严格按二等水准观测技术要求作业,平差后精度比较容易满足《规范》要求。
隧道内水准观测从附近设计院给出水准点引出，采用绝对高程计算出初始值和变化量，地表沉降如果引测水准点困难则采用相对高程来监测。
五、监测项目
5.1隧道监测项目
表5-1隧道监控项目测量表
必
测
项
目
序号
监测项目
测量仪器
备注
1
洞内、外观察
现场观察、数码相机、地质罗盘
√
2
拱顶下沉
精密水准仪、铟钢尺、钢挂尺或全站仪
√
3
净空变化
收敛计、全站仪（非接触量测）
√
选
测
项
目
1
围岩压力
压力盒
√
2
钢架内力
钢筋计
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
初衬支护与二次衬砌间接触压力
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、铟瓦尺或全站仪
9
爆破振动
振动传感器、记录仪
10
空隙水压力
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
注：
备注内打√为各隧道选测项目
5.2监控量测测点布置及观测方法
5.2.1洞内观测
方法及工具：
目测，数码相机、地质罗盘等辅助工具。
洞内观察：
洞内观察分为开挖工作面观察和已施工地段观察。
（1）开挖工作面观察在每次开挖后进行，观察内容包括：
围岩岩质种类和分部状态，结构面位置的状态；
岩石的颜色、成分、结构、构造；
节理性质、组数、间距、规模、节理裂隙的发育程度和方向性，结构面状态特征，充填物的类型和产状；
断层的性质、产状、破碎带宽度、特征等；
地下水类型、涌水量大小、涌水位置、涌水压力、湿度等；
开挖工作面的稳定状态、有无剥落现象。
观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施。
观察后应及时绘制开挖工作面地质素描图，同时进行数码成像，填写开挖工作面地质状况记录表（附表A）并与勘察资料进行对比。
（2）对已施工地段的观察每天至少应进行一次，并做好记录。
主要观察：
喷射混凝土是否发生剪切破坏；
有无锚杆脱落或垫板陷入围岩内部的现象；
钢拱架有无被压屈、压弯现象；
是否有底鼓现象。
观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施；观察后及时绘制开挖工作面地质素描图、数码照相，填写开挖工作面观察表（见附表A），并与设计地质资料进行对比。
5.2.2隧道水平收敛监测
（1）监测目的
净空变化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。
主要为监测隧道从开挖仰拱到开挖改造间的侧向变形情况。
（2）监测仪器
全站仪徕卡TCA1201仪器精度：
角度1″距离1mm+1ppm
（3）监测实施
①测点埋设
净空变化测点布置在同一断面上，监控量测断面按表5.2的要求布置。
净空变化量观测线数参照表5.1。
测点埋设参照图5.2布置。
净空变化观测测线数量表5.1
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、，每分部一条水平测线，两条斜测线、其余分部一条水平测线
必测项目监测断面间距5.2
围岩级别
断面间距（m）
V～VI
5
IV
10
III
50
Ⅱ
100
②量测及计算
量测点的安设应能保证在开挖后12小时内取得起始读数，最迟不超过24小时，且在下一循环开挖前必须完成。
测点用冲击钻钻孔，孔深应根据要求而定（以保证埋设测标能够深入稳固正确测出数据）。
测标用5cm×5cm角钢焊接到Φ16的螺纹钢上钻机打孔埋设，周围用湿毛巾处理干净，之后在四周用大量锚固剂或强力胶加固牢靠，测点采用膜片式回复反器作为测点标靶，标靶附在预埋件上。
具体位置如图5.1
图5.1
5.2水平净空收敛观测点布置图
5.2.4隧道拱顶沉降监测
（1）监测目的
主要为了解隧道拱顶部位受上方周边车流路况、重载施工等对土体扰动、卸载作用下的沉降变化、以及单侧扩挖后可能引起的结构失稳、重力作用下的拱顶沉降，还有可能引起路面上方地表沉降，并根据监测成果及时反馈信息指导施工。
（2）测量仪器
全站仪徕卡TCA1201仪器精度：
角度1″，距离1mm+1ppm
（3）测量实施
沉降测点埋设
量测点的安设应能保证在开挖后12小时内取得起始读数，最迟不超过24小时，且在下一循环开挖前必须完成沉降点埋设。
沉降测点在隧道拱顶轴线处设1带反射片的测标，为了保证精度在左右各增加一个测点，即埋设三个测点。
测点用冲击钻钻孔，孔深应根据要求而定（以保证埋设测标能够深入稳固正确测出数据）。
测标用5cm×5cm角钢焊接到Φ16的螺纹钢上钻机打孔埋设，周围用湿毛巾处理干净，之后在四周用大量锚固剂或强力胶加固牢靠。
测点采用膜片式回复反器作为测点标靶，标靶附在预埋件上。
具体位置如图5.1
测量方法
用全站仪使用自由设站，通过对比不同时刻的三维坐标【x（t）、y（t）、z（t）】，获得该测点在该时段的三维位移变化量，首次观测时，对测点进行连续三次观测三次高程之差小于±1.0mm取其平均值作为初始读数。
在三维位移矢量监控量测时定期与隧道外监控量测基准进行联测以保证测量精度。
拱顶下沉观测点布置图
5.2.5隧道锚杆拉力监测
（1）监测目的
支护结构中锚杆的受力在一定程度上反映了作用在支护结构上的土压力大小。
对锚杆受力进行原位监测，通过对数据进行研究、分析，可以了解土压力的大小和分布规律，这对于优化隧道支护结构设计具有重要的实际意义。
对锚杆在张拉锁定及工作过程中的实际受力情况进行全程监测。
（2）监测仪器
各类电测锚杆、锚杆测力计及拉拔器
（3）监测实施
①测点埋设
锚杆杆体采用22mm钢筋，用M30早强砂浆作为锚固剂，锚杆垫背采用150*150*6mmA3板钢，M16螺母标件，每10m一个断面，每断面至少3根锚杆。
锚孔位置，方向，直径要严格控制，锚孔钻完后要用气清孔，并将锚杆边缘转边送入锚孔，检查锚孔是否平直畅通，不合格者应重新钻孔。
②观测方法
在合格的锚孔中插入装好锚头、防弊气连接套（与水平线倾角超过45°选做）锚杆，安装止浆塞、垫板、螺母。
注浆前应注意锚孔中的气体排出。
注浆时应确保浆液注满孔体，水灰比控制在1.45-1.5：
1，注浆压力控制在0.3-0.8MPa。
止浆塞采用可记忆止浆塞，把注浆过程中的相关参数如注浆孔口压力，注浆量，主讲日期等存储起来。
在施工结束后可随时采用数据采集仪采集数据，以此判断注浆是否达到要求，锚杆长度测量采用在锚杆杆体中预留通道，在注浆完毕后用机械法测量已锚固注浆锚杆的长度。
在安装锚杆垫背时应确保垫背与锚杆垂直，并与初喷混凝土面密贴紧压。
D25中空注浆锚杆技术参数
项目
参数
项目
参数
外径
25mm
锚杆体延伸率
ó10﹪
壁厚
5mm
注浆空口压力
0.3-0.8MPa
长度（L）
3000/3500/4000等
锚孔直径
42mm
长度误差
±0.25﹪
理论注浆量
0.0015*Lm
L为锚杆长度
螺旋方向
左旋
锚杆体抗拉力
≥150KN
锚杆抗拔力
≥70KN
5.2.6隧道围岩压力监测
（1）监测目的
了解隧道周边土层沉降给衬砌结构带来的侧向压力。
（2）监测仪器
土压计，频率接收仪。
仪器型号XW96-3。
（3）监测实施
测点埋设
隧道围岩压力测点在初衬做好前，把土压力盒预埋进去，按下图布设，同时考虑到引线长度，下装时应注意埋设方法，以防引线埋入。
观测方法：
使用频率接收仪测出频率值，再根据出厂联系单上有效公式计算出实际所受压力值。
5.2.7隧道钢筋应力监测
（1）监测目的
了解施工过程中衬砌结构的结构内力情况。
（2）监测仪器
钢弦式钢筋计及VW-1型频率接收仪。
精度：
0.01kN。
（3）监测实施
①测点埋设
隧道内初衬的钢筋网内布设4个测点。
纵向间距5米一对。
区间内测点不少于1处。
测点布设时在钢结构应测部位截去一部分钢筋，把钢弦式钢筋计再焊接在原部位，代替截去的一部分。
②数据计算
每次所测得的频率可根据钢筋轴力计的频率---轴力标定曲线来直接换算出相应的轴力值。
③数据分析与处理
计算：
P=K（fi2-fo2）
P:
被测钢筋计所受的力（KN）
K:
钢筋计的灵敏系数（KN/HZ2）
fo:
钢筋计的初始频率值
fi:
钢筋计工作频率值
六、必测项目监测频率及注意事项
6.1必测项目监测频率
按距开挖面距离确定的监控量测频率
监测断面距开挖面距离
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
注：
B-隧道最大开挖宽度。
按位移速度确定监测频率
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
<0.5
1次/7d
注：
1、出现异常情况或不良地质时，应增大监测频率。
2、由位移速度决定的监测频率和由开挖面的距离决定的监测频率之中，原则上采用较高频率。
在扩挖急剧卸载阶段，应一天一测，初衬施工到二衬完成期间2天测量一次，当变形超过有关标准或场地条件变化时，应加密观测，当大雨、暴雨或基坑边堆载条件改变应及时连续观测。
监测结果超过预警值时应加密观测，当有危险事故征兆时连续观测，并及时通知有关人员立即采取应急措施。
为确保隧道安全，设计要求加强隧道监测，将监测数据及时反馈给有关人员，实行信息化施工，对各监测项目按规范要求设置预警值，超出预警值时迅速报有关部门处理。
6.2监控量测工作注意事项
（1）、量测点的安设应能保证在开挖初期支护完成后2小时内测出初始读数。
（2）、测点安设在距开挖面2m范围内，且不大于一个循环进尺，并应细心保护，不受破坏；
（3）、分部开挖法临时支护拆除后，应继续进行拱顶下沉和净空变化量测，测线按全断面开挖法布置；
（4）、各项位移的测点，一般布置在同一断面内，测设结果应可互相印证，协同分析及应用；
（5）、围岩压力量测除应与锚杆轴力量测孔对应布置外，还要在有代表性的部位设测点，以便了解支护体系在整个断面上的受力状态与支护效果；
（6）、在局部加强锚杆地段，锚杆轴力量测要有代表性的设量测锚杆。
七、变形管理等级
在隧道信息化施工中，监测后应对各种数据进行及时整理分析，判断其发展变化规律，并及时反馈到施工当中去，以此来指导施工。
根据以往经验，采用《铁路隧道监控量测技术规程》（1021-2007）的Ⅲ级管理制度作为监测管理方式。
可按表7-1变形管理等级指导施工。
表7-1 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﹪U0=65mm
90﹪U0=90mm
100﹪U0=100mm
注：
B为隧道开挖宽度，U0为极限相对位移值。
表7-2 变形管理等级
管理等级
管理位移
施工状态
监测状态
Ⅲ
U＜Un/3
可正常施工
正常
Ⅱ
Un/3≤U≤Un2/3
综合评价设计施工措施，并加强监测
加密
Ⅰ
U＞Un2/3
考虑采取特殊措施
加密
注：
U——实测位移值；隧道Un----允许位移值为100mm
八、监测反馈及信息化施工管理
8.1监控量测数据记录格式（见附表）
附表1：
XXX铁路XXX隧道净空收敛变化监控量测原始记录表
附表2：
XXX铁路XXX隧道拱顶下沉监控量测原始记录表
8.2监测数据分析
1．监测数据的整理
施工过程中进行监控量测数据的实时分析和阶段分析包括数据的计算、填表制图、误差处理等。
监测工作进行一段时间或施工某一阶段结束后都要对量测结果进行总结和分析，把原始数据通过一定的方法，如按大小的排序，用频率分布的形式把一组数据分布情况显示出来，进行数据的数字特征值计算，离群数据的取舍。
寻找一种能够较好反映数据变化规律和趋势的函数关系式，对下一阶段的监测数据进行预测，以预测该测点可能出现的最大位移值和应力值，预测结构和建筑物的安全状况，评价施工方法，确定工程措施，采用的回归函数有以下几类：
（1）位移历时回归分析一般采用如下模型：
①指数模型
U=Ae-B/t
U=A（e-B/t-e-B/to）
②对数模型
U=Alg【（B+t）/（B+t0）】
U=Alg（ι+t）+B
③双曲线模型
U=t/（A+Bt）
式中：
U——变形值（或应力值）
A,B——回归系数
t,t0——测点的观测时间（d）
（2）由于地下工程（隧道）开挖过程中地表纵向沉降，拱顶下沉及净空变化等位移受开挖工作面的时空效应的影响，多采用指数函数进行回归分析。
多数情况下，单个曲线进行回归时不能全面反映沉降历程，通常采用以拐点为对称的两条分段指数函数进行回归分析。
S=A[1-e-B（x-x0）]+U0（X>X0）
S=-A[1-e-B（x-x0）]+U0（X≤X0）
S=A（1-e-BX）（X≥0）
式中A,B--------回归参数;
X----------距开挖面的距离；
S—————距开挖面X处的地表沉降；
X0，μ0————拐点X0处的沉降值μ0
2．绘制主要监测项目历时曲线图，对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。
3.根据量测成果对围岩稳定性进行综合判别：
（1）、实测最大位移值或回归推算总相对位移值均应小于表7-1所列数值，并按表7-2变形管理等级指导施工。
（2）、当隧道水平位移收敛速度为0.1-0.2mm/天，拱顶下沉位移速度为0.1mm/天时，可以认为围岩已基本稳定。
（3）、当位移在时间曲线出现反弯点，即位移出现反常的急骤增加现象，表面围岩和支护已呈不稳定状态，应及时加强支护必要时应停止掘进，采取必要的安全措施。
4.二次衬砌施作时间应满足下列要求时进行
埋深段（或硬质岩段）二次衬砌模筑施工应在初期支护变形基本稳定，并具备下列条件时施作：
（1）、隧道周边位移速率有明显下降并趋于缓和；
（2）、水平收敛（拱脚附近7d平均值）小于0.2mm/d，拱顶下沉速度小于0.15mm/d；
（3）、施作二次衬砌前的累计位移值已达极限相对位移值的80﹪以上；
（4）、对浅埋、软弱围岩等特殊地段,应现场具体情况确定二次衬砌施工时间。
8.3监测信息反馈程序
8.4报告提交
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。
观测的数据记录在专用的表格上，原始记录表格存档以供需要时查用，所有数据均输入计算机。
监控量测负责人负责每天出监测日报，每周周日出监测周报，每月月末出监测月报，必要时出专门分析简报。
监测月报表提交给监理。
监控量测负责人参加工程现场会，汇报最近一段时期的监测情况，分析数据变化的趋势。
8.5监控量测技术要求和质量保证措施
1．监控量测质量保证措施
（1）提供有关切实可靠的数据记录；
（2）制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制计划中；
（3）量测项目人员要相对固定，保证数据资料的连续性；
（4）量测仪器采用专人使用、专人保养、专人检校的管理；
（5）量测设备、元器件等在使用前均应经过检校，合格后方可使用；
（6）各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的实施细则；
（7）量测数据均要经现场检查，室内两级复核后方可上报；
（8）量测数据的存储、计算、管理均采用计算机系统进行；
（9）各量测项目从设备的管理、使用及资料的整理均设专人负责。
2．监控量测安全文明保证措施
监测工作是一个系统工程，因此在监测布点施工及测试时应将“安全监测、文明监测”摆在首位，切实协调好各方关系，一切按相应规定及操作规程办事。
具体地，主要有以下几个方面：
（1）测点埋设前办理所需的各种手续，按规程进行布点施工；
（2）布设观测孔时先做好管线探测，以免钻孔时破坏管线；
（3）测点布置事先与施工单位沟通，特殊场地测点布置在征得业主同意后，请上级主管单位进行协
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