隧道监控量测与超前地质预报方案Word格式文档下载.docx
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褐黄、褐红、棕红色，硬塑，局部含少量灰岩角砾及碎石，为中等膨胀土（Fs=59-68%），为原生红黏土（ωL=68-79%）。
最大厚度14.2m
粉质黏土：
褐灰、褐黄色，硬塑，土质不均匀，干强度中等，含少量碎石，石质成分为灰岩。
最大厚度15.0m
块石：
灰、灰白色，稍密,粒径一般为200～400mm，最大25cm，块石含量约为65～60%，块石成分主要为强风化灰岩，黏性土充填。
厚度较薄
0.6-0.9m
石
炭
下统
C2
中风化灰岩：
灰、浅灰、灰白色，中厚层状，中风化，岩体完整，溶蚀中等较发育，溶裂面多被泥钙质侵染，岩石岩质硬。
溶蚀现象明显，主要表现为溶蚀孔洞和溶洞，其中YK53+445左4m孔46.50～50.0m为溶洞，粉质黏土及碎石充填。
岩芯完整，多呈10～30cm的柱状，少数呈碎块状。
最大揭露厚度102m
C1
灰、浅灰、灰白色，中厚层状，溶蚀裂隙较发育，岩石岩质硬，主要矿物成分为方解石。
溶蚀裂隙发育，呈不规则状。
岩芯较完整，多呈10～20cm的柱状，少数呈碎块状。
最大揭露厚度20m
2、地质构造
项目区域内与路线关系密切的旋扭构造体系主要体现为鸣鹫S型构造、文山巨型环状旋扭构造及老鹰窝帚状构造。
鸣鹫“S”型构造带展布于区内老寨大黑山向斜，据背向斜和断裂的展布方向、排列方式，该褶皱带在鸣鹫以东则呈北东东向到北东向，越向北延伸则有向东偏转的趋势。
特别是围绕薄竹山花岗岩体西部及北部边缘的老寨大黑山向斜，其轴向延伸围绕岩体边缘形成一个明显的“S”型构造。
项目区域内北西向构造展布于测区中部，为规模较大的压性断裂带，即石洞冲断裂带。
属青藏川滇“歹”字型构造的配套成分，该断裂切断了开远“山”字型构造北东构造。
对路线穿越区与路线相交或对路线影响较大。
据现场调查未发现明显的构造形迹。
3、水文地质条件
隧址区地表水不发育，穿越段无地表河流、水塘或其它长期性地表积水。
地表水主要为雨季暂时性坡面片流、漫流，汇于坡面凹沟向低洼沟谷地带排泄，其自然排泄通道顺畅，对隧道建设影响小。
隧址区地下水可分为第四系松散层孔隙滞水及岩溶裂隙水。
根据邻近工点水质分析结果：
PH=7.3，游离CO2=5.76mg/L，［Cl-］=1.79mg/l，［SO42-］=4.0mg/l，［HCO3-］=178.67mg/l，［Ca2+］=16.68mg/l，［Mg2+］=6.96mg/l，［K++Na+］=43.1mg/l，总硬度70.29mg/l，总矿化度103.17mg/L，水化学类型为HCO3-Ca型水。
依据《公路工程地质勘察规范》（JTGC20-2011）进行判定：
环境水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。
隧址区分布地层主要为石炭系中统（C2）和下统（C1）灰岩，地下水接受大气降水入渗补给，浅部风化带裂隙较发育，但受开启性及充填物制约，水量不大；
但洞口浅埋段雨季渗淋现象较明显。
4、隧区不良地质体及特殊性岩土
隧道穿越区属构造岩溶峰丛洼地地貌，拟建隧道穿越山岭地带，不良地质作用主要为岩溶。
隧道区溶蚀漏斗发育，其中ZK53+355左200m~ZK53+432左200m、ZK53+422左30m~ZK50+469左15m、YK53+507右88m~YK53+577右94m和YK53+674右168m~YK53+737右143m四段呈串珠状分布在路线两侧，对隧道施工影响最大。
岩溶发育类型按埋藏条件可以分为裸露型。
勘察期地质调查无地表水或地下水分布，现状边坡基本稳定。
对隧道施工影响较大的溶蚀漏斗分布如下表：
表2.2-1隧道区溶蚀漏斗一览表
分布位置
溶蚀漏斗
直径（m）
埋藏类型
与路线关系
影响程度
ZK53+355左200m~ZK53+432左200m
98
裸露型
左幅以北172m
小，有可能产生岩溶塌陷，影响左幅的稳定。
ZK53+422左30m~ZK50+469左15m
52
左幅以北6m
大，有可能产生岩溶塌陷，影响左幅的稳定。
YK53+507右88m~YK53+577右94m
94
左幅以南42m
较小，有可能产生岩溶塌陷，影响右幅的稳定。
YK53+674右168m~YK53+737右143m
71
左幅以南127m
小，有可能产生岩溶塌陷，影响右幅的稳定。
ZK53+702左105m~ZK53+745左91m
66
右幅以北65m
隧道穿越区主要基岩以碳酸盐岩岩层为主，地表覆盖厚度不一的红黏土，即红黏土复浸水特征为Ⅰ
2监测依据
《云南省蒙自至文山至砚山高速公路两阶段施工图设计》、国家标准《公路隧道施工技术规范》、《隧道》铁路工程设计技术手册、《工程测量规范》（GB50026-93）和《公路隧道新奥法指南》。
3监测目的和意义
（1）监控量测可在施工期了解施工情况，确保施工安全和质量，为工程施工服务。
认识各种因素对隧洞受力和变形等的影响，有针对性地改进施工工艺和修改施工参数提供数据依据。
主要体现在以下几个方面：
1）对开挖过程控制，调整开挖坡度、梯度、进尺、钻爆法施工参数等，为安全施工提供可靠依据。
经对监测资料分析和反馈后，再进一步修改设计和施工方案，确保安全，加快施工进度。
2）了解支护效果，并根据监测数据反馈分析预测下一步的支护结构的受力和变形，根据受力和变形发展趋势和建筑物情况，决定是否需要采取其他保护措施，为优化经济合理的支护参数提供依据；
并为其他隧道的安全施工、运行提供依据和参照。
3）分析各种因素对地表和围岩变形的影响，以便有针对性地改进施工工艺和施工参数，预测、预报施工安全和隧道结构稳定性，减小地表和围岩变形，保证工程安全；
4）预测施工引起的地表和土体变形，根据地表变形发展趋势和周围建筑物、地下管线沉降情况，决定是否需要采取保护措施，并为确定经济、合理的保护措施提供依据；
确保地表建筑物和底线管线安全；
5）为研究地层、地下水、施工参数和地表沉降与土体变形的关系积累数据，为改进设计和调整施工参数提供依据；
掌握和收集地下水位变化动态和超前注浆对地表的影响因素，防止地下水资源的流失和施工污染，保护生态环境；
（2）安全运行的需要
公路隧道开挖之前的地质条件、岩体形态等不易完全掌握，通过施工期的监测，能够直接显示获取隧道性状变化，达到了解隧道围岩稳定性和支护结构的工作状态的目的。
当公路隧道支护后，隧道支护结构由于周边围岩应力卸荷将产生应力重新分布，支护结构将产生较大的变形和应力，需通过监测设施来了解隧道支护结构的应力、变形等监测物理量的变化规律，判断支护结构工作是否正常，以便采取措施。
建立预警机制，保证工程安全，避免发生结构和环境安全事故。
4监测内容
依据施工图设计中监控量测方面的内容，结合现场实际情况，确定以下必测项目和选测项目。
4.1必测项目
地质与支护状态观察
地表沉降观测
洞内收敛量测
拱顶下沉量测
4.2选测项目
围岩内部位移量测
锚杆内力量测
钢支撑内力量测
喷混凝土应力量测
二次衬砌压应力量测
4.3监测断面布置
两条隧道Ⅲ级围岩约2810m，共布设120个断面，Ⅳ级围岩约1069m，共布设80个断面，Ⅴ级围岩共132m，共布设15个断面，共计215个断面。
量测项目
单位
数量（个）
一、必测项目
地质及支护状态观测
-
浅埋地段地表沉降
断面
8
周边位移
水平收敛及周边位移
215
二、选测项目
围岩内部位移
10
二衬压力量测
40
混凝土应力量测
50
30
4.4工程量清单
表1工程量清单
5监测方法
5.1地质及支护状态观察
细致的目测观察，对于监视围岩稳定性是既省事而作用又很大的监测方法，它可以获得与围岩稳定状态有关的直观信息，应当予以足够的重视，所以目测观察是新奥法量测中的必测项目。
（1）观察目的
1）预测开挖面前方的地质条件。
2）为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据。
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。
（2）观察内容
1）掌子面地质水文条件、岩性、结构面产状、有无断层，是否偏压、围岩类别，掌子面自稳情况，地下水的影响情况等，并做好记录。
2）对初期支护效果观察包括：
锚杆的锚固效果、喷层的光洁度、喷层有无裂缝，裂缝的部位、长度、宽度、深度，喷层是否把钢支撑全部覆盖。
5.2地表沉降观测
（1）监测目的
了解隧道开挖过程中隧道顶部地表的最大沉降值，为调整隧道开挖速度和支护强度参数提供依据，以确保隧道支护结构和周边环境的安全。
（2）监测仪器设备
使用精密水准仪、铟钢尺进行监测。
用精密水准仪以二级沉降监测的精度（观测点测站高差中误差≤0.5mm）来施测，组成变形监测的高程监测控制网。
仪器在开始使用前均需检定，作业过程中严格遵守规范。
每次观测都采用相同的观测仪器，相同的观测人员按相同的观测线路进行。
监测精度Δh＝0.1mm。
（3）测点布置
1）监测基准点的设置
沉降监测是根据监测基准点高程进行的，基准点的形式和埋设可参考三等水准点的要求进行，其数目不少于3个，以便组成水准控制网。
对基准点定期进行校核，防止其本身发生变化，以保证沉降监测结果的准确性。
基准点应在沉降监测的初次观测之前1个月埋设好。
图1基准点埋设方法示意图（单位:
mm）
埋设基准点应考虑如下因素，见图1：
a.基准点应布设在监测对象的沉降影响范围以外，保证其坚固稳定。
b.尽量远离道路和空压机房等，以防受到碾压和震动的影响。
c.力求通视良好，与观测点接近，其距离不宜超过100m，以保证监测量精度。
d.避免将基准点埋设在低洼容易积水处。
2）监测点的设置
测点布置在洞口浅埋地段，共设置12个观测横断面，每2～3m一个测点。
图2地表沉降观测布置图
（4）监测频率
开挖面前后＜30m，2次/1天
开挖面后30～80m，1次/2天
开挖面后＞80m，1次/7天
（5）注意事项
1）施工前应作好监测准备工作：
如设置测点，引入高程控制点，配置水平高的监测人员及水平仪等仪器。
2）在布置测点时应注意在位移量较大的地段将测点布置密一点。
3）地表量测与地下洞室各项监测应同步进行，以利于资料的相关分析。
4）量测数据及分析结果全部纳入竣工资料，备查。
（6）量测数据的整理
1）绘制每一横断面沉降槽随时间的变化关系图；
2）绘制每一横断面最大沉降量随时间的变化关系图；
3）绘制每一横断面最大沉降量与开挖面距离关系图；
4）对横断面沉降槽垂直位移进行回归分析；
5）对纵断面沉降槽垂直位移进行回归分析；
6）根据隧道顶部地表沉降及拱顶沉降值对土体内部垂直位移进行回归分析；
7）根据回归分析数据求出每一断面沉降稳定值；
主要成果曲线如图3~5所示。
图3横断面沉降随时间变化图
图4横断面最大沉降量随时间变化关系图
图5横断面最大沉降量随开挖面距离关系图
（7）处理措施
1）在整理资料时，若发现地表位移量过大或下沉速度无稳定趋势时，对下部结构应采取补强措施。
◆增加喷混凝土厚度，或加长加密锚杆，或加挂更凑密更粗的钢筋网；
◆提前施作二次衬砌，要求通过反分析较核二次衬砌强度；
◆提前施作仰拱。
2）在整理资料时，若发现地表下沉速度具有稳定趋势时，应据此求出隧道结构初期支护及二次衬砌上的最终荷载，以便对结构的安全度作出正确的判断
3）若经过对各种量测数据联合反分析后，发现初期支护或二次衬砌结构安全系数较大，在经过设计人员同意后，可对下一段与此地质类型相近的支护参数作适当调整。
5.3周边位移及拱顶下沉量测
（1）周边位移监测
1）监测目的
地下工程开挖后，净空收敛也是反映围岩与支护结构力学形态变化的最直接、最明显的参数，通过监测可了解围岩和支护结构的稳定状态。
2）监测仪器
使用收敛计进行监测。
3）测点布设原则
周边位移监测最重要的是合理确定监测断面的数量，而断面数量的确定应从国家隧道施工技术规范相关内容和设计图纸要求这两方面充分考虑。
并应遵守如下原则：
a.设计单位有指导意见的，按设计单位的指导意见考虑布置；
b.若设计单位没有指导意见的，按规范规定选择具有代表性地段进行布置。
当然，在施工过程中可根据实际情况做适当调整。
每个断面上周边位移的测线数量，根据隧道地质条件和施工方法的不同而不同，测线数量布置一般如表2所示。
表2周边位移量测断面的测线数
地段
开挖方法
一般地段
特殊地段
洞口附近
埋深小于2B
有膨胀压力
或偏压地段
全断面开挖
一条水平线
三条或六条
短台阶法
二条水平线
四条或六条
多台阶法
每一台阶一条水平测线
每一台阶三条水平测线
周边位移测点与拱顶下沉测点布置在同一个断面上。
在同一断面内，收敛基线的布设，应根据断面大小、开挖方法选择不同的布置形式。
结合本项目隧道开挖方法，周边收敛位移量测断面测点布置图如下图6、图7。
安装测点时，在被测断面上用风钻机或冲击钻成孔，孔径为40-80mm深度20cm，在孔中填塞水泥砂浆后插入收敛预埋件，尽量使两预埋件轴线在基线方向上并使销与孔轴线处于垂直位置，上好保护帽，待砂浆凝固后即可进行监测。
图6上下台阶法开挖周边收敛位移量测断面测点布置示
图7全断面法开挖周边收敛位移量测断面测点布置示意图
4）收敛观测方法
b.将收敛计钢尺挂钩分别挂在两个测点上，收紧钢尺，将销钉插入钢尺上适当的小孔内，用卡钩将其固定；
c.转动调节螺母使钢尺收紧到观测窗中的线条与面板成一直线为止；
d.读取钢尺百分表中的数值，两者相加即为测点间距离；
e.每次测量完毕后，先松开调节螺母，然后退出卡钩，将钢尺取下，擦净收好，并定期涂上防锈油脂；
f.将每条测线前后两次测线距离相减即可算出各测点间相对位移（即隧洞位移收敛值）。
5）周边位移监测提交成果
a.绘制位移量随时间变化的曲线；
b.绘制位移速度随时间变化的曲线；
c.绘制位移量与开挖面距离关系曲线；
d.找出位移一时间回归曲线，求出最终净空位移量；
（2）拱顶下沉监测
了解断面变化情况，判断拱顶的稳定性，防止塌方。
使用水准仪和铟钢尺进行监测。
3）测点布置
与周边位移设在同一个断面，测点布置示意图如下图8所示。
图8拱顶下沉断面测点布置示意图
4）监测方法
在拱顶固定一带倒三角环的测桩，测试时将水准仪安放在标准高程点和拱顶测点之间，铟钢尺底端抵在标准高程点上，并将铟钢尺调整到水平位置，然后通过水准仪后视铟钢尺记下读数为
，再前视普通钢卷尺（注意钢卷尺在每次测试时均要保持相同的张紧力）记下读数位
，若标准高程点的高程为
，则本次测试拱顶测点的高程为
，两次不同测试的拱顶高程差即为两次间隔时间内的拱顶下沉。
测试方法示意图如图9所示。
测桩长度要考虑喷射混凝土的厚度，不能将测桩埋入喷射混凝土的厚度内。
图9拱顶下沉测试方法示意图
5）注意事项
a.在施工初期阶段，或地质较差时，或位移下沉量及速度较大时，应适当增加量测断面及量测频率。
b.测点设置应可靠，并应妥善保护，测量仪器使用前应严格标定。
c.各测量项目应尽可能布置在同一断面，测量点应尽可能选择具有代表性的地方，以便对测量数据的分析及为以后的工作提供经验。
6）数据处理分析
Ⅳ、Ⅴ级围岩，应根据量测结果确定二次衬砌施作的适当时间，施作过早可能使二次衬砌承受过大的荷载。
b.在监测过程中，若发现净空位移过大或收敛速度无稳定趋势时，对结构应采取补强措施。
c.若发现净空位移收敛速度具有稳定趋势时，应据此求出隧道结构初期支护及二次衬砌上的最终荷载，以便对结构的安全度做出正确的判断。
d.若经过对各种量测数据联合反分析后，发现初期支护或二次衬砌结构安全系数较大，在经过设计人员同意后，可对下一段与此地质类型相近的支护参数作适当调整。
e.对围岩级别的变更及对支护参数的调整均必需有相应的量测数据并得到设计方认可。
（3）注意事项及监测数据处理
1）在施工初期阶段，或地质较差时，或位移下沉量及速度较大时，应适当增加量测断面及量测频率。
2）测点设置应可靠，并应妥善保护，测量仪器使用前应严格标定。
3）各测量项目应尽可能布置在同一断面，测量点应尽可能选择具有代表性的地方，以便对测量数据的分析及为以后的工作提供经验。
（4）对测量资料的整理
1）绘制位移量随时间变化的曲线；
2）绘制位移速度随时间变化的曲线；
3）绘制位移量与开挖面距离关系曲线；
4）找出位移---时间回归曲线，求出最终净空位移量；
（5）围岩稳定标准
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。
对Ⅳ、Ⅴ级围岩，应根据量测结果确定二次衬砌施作的适当时间，施作过早可能使二次衬砌承受过大的荷载。
（6）特殊情况处理
在监测过程中，若发现净空位移过大或收敛速度无稳定趋势时，对结构应采取补强措施。
根据我国现行公路隧道施工技术规范的规定，隧道周边允许相对位移值见表3。
结构补强的主要措施如下：
1）增加喷混凝土厚度，或加密锚杆，或加挂钢筋网；
2）提前施作二次衬砌，要求通过反分析较核二次衬砌强度；
3）提前视作仰拱。
表3隧道周边允许相对位移值（%）
覆盖层厚度
围岩级别
＜50m
50～300m
＞300m
Ⅲ
0.1～0.3
0.2～0.5
0.4～1.2
Ⅳ
0.15～0.5
0.8～2.0
Ⅴ
0.2～0.8
0.6～1.6
1.0～3.0
注：
①相对位移值是指实测位移值与两侧点距离之比，或拱顶下沉与隧道宽度比；
②脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值；
③Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ级围岩可按工程类比初步选定允许值范围；
④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。
5.4围岩内部位移
（1）目的
为了探明支护系统上承受的荷载，进一步研究支架与围岩相互作用之间的关系，不仅需要量测支护空间产生的相对位移（或空间断面的变形），而且还需要对围岩深部岩体位移进行监测：
①确定围岩位移随深度变化的关系；
②找出围岩的移动范围，深入研究支架与围岩相互作用的关系；
③判断开挖后围岩的松动区、强度下降区以及弹性区的范围；
④判断锚杆长度是否适宜，以便确定合理的锚杆长度。
（2）量测仪器
围岩内部位移量测的仪器，主要使用位移计，它可量测隧道不同深度处围岩位移量，随着岩土工程的发展，位移计被广泛应用于地下空间围岩稳定性监测。
目前较多采用机械式位移计，按位移计可以测取位移量的个数多少。
位移计可分为单点位移计和多点位移计，而单点位移计只能量测围岩内某一深度处的位移量，多点位移计可在围岩内部不同深度埋设多个测点，同时量测围岩内不同深度处位移量，在工程实践中被广泛采用。
多点位移计的工作原理是将隧道围岩内部不同深度处某些点的位移状态通过与之固定的某种传递介质（杆、弦）引至岩体外部，以便进行量测。
每个位移点由锚头、位移传递杆和量测端头组成，量测时以基准面为表面基准，每次测量出围岩内部各测点到表面基准的距离，同一测点在不同时刻量测得到的距离差值即为该点在此时间内围岩表面与围岩内部测点之间的相对位移，测点相对位移用专用的百分表直接测得。
（3）提交成果
根据围岩内变位曲线判断围岩内强度下降区和松动区的限界，绘制围岩内变位曲线，对围岩的稳定性进行判定。
5.5锚杆内力
为了观测锚杆加固效果和荷载的形成与变化，了解锚杆与周边围岩之间的相互作用，判断隧道结构的稳定性。
（2）监测仪器及精度
使用钢筋计和频率计进行监测，钢筋计分辨力为0.07％F.S.。
（3）测点布设原则
沿隧道周边分别在拱顶、拱腰及拱脚打5～3个钻孔，孔径φ60mm，如图10-11所示。
钻孔深度视围岩级别不等，一般IV、Ⅴ级围岩3.5m，II、III级围岩3.0m。
每个钻孔内安装一根测力锚杆，每个锚杆上预置4个钢筋计，如图10-12所示。
图10IV、Ⅴ级围岩锚杆应力观测点布置示意图
图11II、III级围岩锚杆应力观测点布置示意图
图12测力锚杆布置示意图
（4）测量方法
安装完毕用频率计测定并记录下每个钢筋计的读数作为初值
；
下次用频率计测定的读数作为测量值为
，根据仪器测定公式换算得到该次测量时对应位置锚杆的应力值。
（5）提交监测成果
锚杆应力观测点布置图；
锚杆应力观测记录及报表；
锚杆应力－时间历时关系曲线。
锚杆应力－锚杆深度历时关系曲线。
5.6二次衬砌应力
主要量测两层衬砌之间的相互作用力，以此评价支护结构的受力状况及合理性。
使用压力传感器和频率计进行监测，土压力计分辨力为0.05％F.S.
在每一断面上，沿隧道周边拱顶、拱腰及边墙埋设至少5个压力传感器，将钢弦式压力传感器分别埋设在喷射混凝土与二次衬砌之间。
喷射混凝土与二次衬砌之间的压力盒是在挂防水板之前进行安设，测取二次模筑混凝土衬砌所受的压力。
混凝土达到初凝强度后开始测取读数。
每个断面至少5个量测位置，二衬压力量测计划设置7个测点，量测采
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