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洞身监控量测施工作业指导书

目录

1监控量测的目的1

2监控量测的计划内容1

3监控项目及量测点的布置2

3.1洞内外观察2

3.2围岩及支护状态观察4

3.3拱顶下沉及水平相对净空变化量测4

3.4地表下沉量测7

4项目量测频率8

5监控量测控制基准及位移管理等级8

6监控量测资料的整理与反馈9

7工程安全性评价及应对措施11

8确保监测质量的措施12

9量测中注意事项12

1监控量测的目的

1.1采用新奥法设计与施工的隧道,从始至终进行监控量测工作,监控量测是施工过程中必不可少的施工程序。

监控量测的目的为:

确保施工结构安全及结构的长期稳定性;验证支护机构的效果,确认或调整支护参数和施工方法;确定二次衬砌施作时间;监控工程对周围环境的影响;

积累量测数据,为信息化设计与施工提供依据。

1.2本标隧道按照监控量测设计及《铁路隧道监控量测技术规程》(TB10121-2007J21-2007)等相关规定进行施工监控量测,了解围岩稳定状态和支护、衬砌可靠程度,确保施工安全及结构的长期稳定性,为围岩级别变更、初期支护和二次衬砌的参数调整提供依据。

本段所有隧道除必测项目外,根据工程地质、水文地质条件对选测项目提出量测要求。

隧道地质条件的复杂性和隧道结构的特性,要求在施工阶段根据超前预测预报、施工监控量测资料的分析对设计进行修正,监控量测资料是调整支护结构、施工方法等设计资料的依据。

根据监控量测设计编制监控量测实施细则,报送监理、业主批准后实施,并成立现场监控量测小组,建立相应的质量保证体系,监控量测人员要求相对稳定,确保监控量测工作的连续性,监控量测小组负责及时将监控量测信息反馈施工,当管理等级为Ⅱ、Ⅰ级时及时反馈设计单位,对设计进行修正。

2监控量测的计划内容

监控量测计划根据隧道的规模、地形地质条件、支护类型和参数、开挖方式等制定。

根据隧道所处的地形地质情况确定监控量测的内容,并根据实测资料对有关标准进行修正。

监控量测作业流程见图2-1。

 

 

图2-1监控量测作业工艺流程图

监控量测计划的内容包括:

监控量测项目及方法、量测仪器的选择、测点布置、量测频率、数据处理及量测作业人员的组织等。

3监控项目及量测点的布置

监控量测可分为必测项目和选测项目,必测项目在采用新奥法隧道施工中必须进行,选测项目根据围岩性质、隧道埋深、开挖方式等条件确定。

见表3-1。

3.1洞内外观察

洞内外观察分开挖工作面观察、已施工区段观察以及地表观察,开挖工作面观察在开挖后进行一次,内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、围岩变形等,当地质情况基本无变化始,每天进行一次,观察后灰质开挖工作面略图并做好地质素描,数码成像,填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡。

表3-1监测项目及仪器表

项目名称

量测内容

常用测量仪器

必测项目

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、挂尺或全站仪各种类型收敛计

3

水平净空收敛

收敛仪、全站仪

4

浅埋段的地表下沉

水准仪、铟钢尺或全站仪

选测项目

1

围岩压力

各种类型压力盒

2

钢架内力

应力计、钢筋计

3

喷射混凝土内力

混凝土应变计

4

锚杆轴力

钢筋计

5

二次衬砌内力

混凝土应变计、钢筋计

6

初期支护与二次衬砌间接触压力

压力盒

7

围岩内部位移

多点位移计

8

隧底隆起

水准仪、铟钢尺或全站仪

9

爆破震动。

震动传感器、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

对已经施工区段观察每天至少一次,观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架、二次衬砌的状况,以及施工质量是否符合规定要求。

洞外观察重点在洞口段和洞身浅埋段,包括洞口地表情况、地表沉陷、边仰坡的稳定、地表水渗透的观察。

浅埋隧道地表沉降观测在隧道开挖钱布设。

地表沉降观测点和隧道内测点布置在同一断面里程。

一般条件下地表沉降测点间距按表3-2要求布置。

 

表3-2地表沉降测点纵向间距

隧道埋深与开挖宽度

纵向测点间距(m)

2B<H0<25B

20~50

B<H0≤28

10~20

H0≤B

10

注:

H0-隧道埋深;B-隧道开挖宽度

地表沉降测点横向间距为2~5m。

在隧道中线附近测点应适当加密,隧道中线量测量测范围不小于H0+B,地表有控制性建(构)筑物时,量测范围适当加宽。

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,立即通知施工负责人采取应急措施,并派专人进行不间断的观察。

3.2围岩及支护状态观察

开挖面地质描述,包括围岩岩性、岩质、断层破碎带、节理裂隙发育程度和方向、有无松散坍塌、剥落掉块现象、有无渗漏水等;初期支护状态包括喷层是否产生裂隙、剥离和剪切破坏、格栅支撑是否压屈进行观察分析。

以上情况详细描述、记录,并予以评估,可为支护参数选择的参考及量测等级选择的依据。

3.3拱顶下沉及水平相对净空变化量测

3.3.1拱顶下沉及水平相对净空变化量测在同一断面进行,并采用相同的频率,监测断面按下表要求布置。

如位移出现异常情况,加大量测频率。

表3-3必测项目监控量测断面间距

围岩级别

断面间距(m)

ⅤⅥ

5~10

10~30

10

注:

Ⅱ级围岩视具体情况确定。

拱顶下沉观测点原则上设置在拱顶轴线附近。

当隧道跨度较大是,结合施工方法在拱部增设测点。

3.3.2测点布置图见图3-4所示。

3.3.3净空量测断面的间距根据围岩类别、断面尺寸、埋深及工程重要性等确定。

宜为10~50m,在Ⅱ级的隧道中可适当加大测点间距。

3.3.4净空变形量测在每次开挖后尽早进行,初读数在开挖后12h内读取,最迟不得大于24h,且在下一循环开挖前,必须完成初读数。

3.3.5测点牢固可靠,易于识别并妥为保护。

拱顶量测后视测点必须埋设在稳定岩面上,并和洞内水准点建立联系。

3.3.6量测应选择精度适当、性能可靠、使用及携带方便的仪器。

变形量测可选用电阻式或电感式仪器,仪器使用前必须经过严格标定。

 

 

图3-4测点布置根示意图

3.3.7水平相对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。

在地质条件良好、采用全断面开挖方式时,可设一条水平测线。

当采用台阶开挖方式是,可在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。

3.3.8拱顶下沉量测应与水平相对净空量测在同一量测断面内进行,可采用水准仪等测量下沉量。

当地质条件复杂,下沉量大或偏压明显时,除量测拱顶下沉外,尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。

3.3.9拱顶下沉量测与水平净空相对变化量测宜用相同的量测频率,应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见表3-5。

表3-5量测频率表

变形速度(mm/d)

量测断面距开挖工作面的距离(m)

量测频率

≥5

(0~1)B

(1~2)次/d

1~5

(1~2)B

1次/d

0.5~1

(1~2)B

1次/(2~3)d

0.2~0.5

(2~5)B

1次/2d

<0.2

>5B

1次/周

3.4地表下沉量测

3.4.1地表下沉量测应根据隧道埋置深度、地质条件、地表有无建筑物、所采用的开挖方式等因素确定。

地表下沉量测的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内,沿隧道中线,地表下沉量测断面的间距可按下表3-6采用。

表3-6地表下沉量测断面间距表

隧道埋深(m)

量测断面间距(m)

H>2B

20~50

B

10~20

H

10

3.4.2横断面方向地表下沉量测的测点间距应去2~5m,在一个测量断面内应设7~11个测点。

3.4.3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,直到隧道衬砌结构封闭、下沉基本停止为止。

3.4.4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量测频率相同。

3.4.5各项量测作业均应持续到变形基本稳定后1~3周。

3.4.6锚杆轴力、围岩压力、衬砌应力等的量测,开始时应和同一断面的变形量测频率相同,当量测值变化不大时,可降低量测频率,从每周一次到每月一次,直到无变化为止。

4项目量测频率

项目量测频率见表4-1。

表4-1量测频率表

项目

量测时间间隔

围岩地质及支护状态观察

工作面每次开挖后进行,已支护地段喷砼、锚杆、钢架1次/天

地表沉降

开挖面距量测面<2B时,2次/天

开挖面距量测面2B~5B时,1次/2天,开挖面距量测面>5B时,1次/周

周边位移收敛

变形速度≥5mm/d,量测断面距开挖面距离(0~1)B

变形速度≥1~5mm/d,量测断面距开挖面距离(1~2)B

变形速度≥0.5~1mm/d,量测断面距开挖面距离(1~2)B

变形速度≥0.2~0.5mm/d,量测断面距开挖面距离(2~5)B

变形速度<0.2mm/d,量测断面距开挖面距离>5B

1~2次/天

1次/天

1次/2天

1次/2天

1次/周

拱顶下沉

同上

围岩内位移

1-15天

16—30天

1—3月

3月以上

2次/天

1次/2天

1~2次/周

2次/月

锚杆抗拔力

1~2次/周

1~2次/月

其他项目

根据需要进行

5监控量测控制基准及位移管理等级

5.1监控量测控制基准根据地质条件、隧道施工安全性、隧道结构的长期稳定性以及周围建(构)筑物特点和重要性等因素制定,包括隧道内位移、地表沉降、爆破振动等。

5.2位移控制基准根据测点距开挖面的距离,由初期支护极限相对位移按表5-1要求确定:

表5-1位移控制基准

类别

距开挖面1B(U1B)

距开挖面2B(U1B)

距开挖面较远

允许值

65%U0

90%U0

100%U0

注:

B—隧道开挖宽度;U0—极限相对位移值。

5.3根据位移控制基准,位移管理按下表分为三个等级,见表5-2。

表5-2位移管理等级表

管理等级

距开挖面1B

距开挖面2B

应对措施

U0<(U1B/3)

U0<(U2B/3)

可正常施工

(U1B/3)≤U0≤(2U1B/3)

(U2B/3)≤U0≤(2U2B/3)

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

U0>(2U2B/3)

U0>(2U2B/3)

暂停施工,采取相应工程对策

注:

U0—实测位移值。

5.4地表沉降控制基准根据地层稳定性、周围建(构)筑物的安全要求分别确定,取最小值,钢架内力、喷混凝土内力、二次衬砌内力、围岩压力(换算成内力)、初期支护与二次衬砌间接触压力(换算成内力)、锚杆轴力等控制标准满足《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005)相关规定。

5.5根据控制基准,结合时态曲线形态判别围岩与支护结构稳定性。

5.6一般情况下,二次衬砌的施作应在满足下列要求时进行:

隧道周边水平收敛速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降;隧道位移相对值已达到总相对位移量的90%以上;对浅埋、软弱围岩等特殊地段,视现场具体情况确定二次衬砌施作时机。

6监控量测资料的整理与反馈

6.1量测数据处理与应用

6.1.1将量测记录及时输入计算机系统,根据记录绘制纵横断面地表下沉曲线和洞内各测点的位移u-时间t的关系曲线。

见图6-1。

6.1.2若位移-时间关系曲线如上图中b所示出现反常,表明围岩和支护已呈不稳定状态,加强支护,必要时暂停开挖并进行施工处理。

6.1.3当位移-时间关系曲线如上图中a所示趋于平缓时,进行数据处理或回归分析,从而推算最终位移值和掌握位移变化规律。

回归分析函数在下列函数中选择:

A、对数函数:

u=a+b/lg(1+t)或u=a×lg(1+t)

B、指数函数:

u=a×e-b/t或u=a×(1-e-b/t)

C、双曲函数:

u=t/a+b×t或u=a×[1-(1/(1+b×t))2]

式中:

a、b—回归常数;t—初读数后的时间(d);u—位移值(mm)。

 

ab

图6-1位移u-时间t的关系曲线图

6.1.4各测试项目的位移速率明显收敛,围岩基本稳定后,进行二次衬砌的施作。

6.2拱顶下沉、周边收敛测试数据按标准格式记录。

6.3根据现场量测数据绘制位移---时间曲线或散点图,在位移---时间曲线趋平缓时应进行回归分析,以推算最终位移和掌握位移变化规律。

当位移—时间曲线出现反弯点,即位移出现范畴的急剧增加现象,表明围岩和支护已呈不稳定状态,应及时加强支护和必要时应停止进行掘进,采取必要的安全措施。

6.4根据位移变化速率判断围岩稳定状况,变形基本稳定应符合下列条件:

隧道周边变形速率有明显减缓趋势;拱脚水平相对净空变化速度小于0.2mm/d,拱顶相对下沉速度小于0.15mm/d。

6.5围岩及支护的稳定性应根据开挖工作面的状态、净空水平收敛值及拱顶下沉量的大小和速率综合判断,并及时反馈于设计和施工中,根据水平相对净空变化值进行判断时,应符合《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》的有关规定。

6.6量测过程中如发现异常现象或与设计不符时,应及时提出,以便修改支护参数。

7工程安全性评价及应对措施

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,以此作为设计施工变更最重要的依据,做到信息化设计与施工。

根据位移管理等级,将功成安全性评价相应分为三级进行,并采取相应的应对措施,具体位移管理等级及应对措施见位移管理等级表。

工程安全性评价见图7-1。

 

图7-1工程安全性评价流程图

根据监控量测结果所反应的不同情况及其对应的工程管理等级,可采取加强超前预支护、喷混凝土稳定开挖面、调整施工方法、调整初期支护强度和刚度并及时支护,降低爆破振动影响、围岩与支护结构间回填注浆等应对措施,确保施工的顺利进行。

8确保监测质量的措施

8.1为确保施工监测质量,真正做到信息化指导施工,确保施工安全,必须严格按照以下措施进行操作。

8.2成立监测管理小组,实行监测质量专人责任制,由有经验的专业监测人员组成,制定实施性计划使监测按计划有步骤地进行;

8.3工程开工前,充分调查施工现场的地质状况,并确定合理的警戒值,汇编成资料,上报监理部门审批。

施工中,当发现被测对象接近或超过警戒监测值时,应立即报告监理,并提出应急补救措施;

8.4观测前,对所有仪器设备必须按有关规定进行检验和校核,确保仪器的稳定可靠和观测的精度;

8.5观测中,采用增加测回数的办法,保证初始值的准确性;

8.6制定各点位的保护措施。

定期对使用的基准点或工作基点进行稳定性检测,有怀疑时立即进行复核,如有问题应及时处理,监测时采用相同的观测路径及方法;

8.7建立监测复核制度,确保监测数据的真实可靠;

8.8每个工程项目的监测资料必须保持有完整、清晰的监测记录、图表、曲线及监测文字报告;

8.9建立监测成果反馈制度,对大量的监测信息使用计算机绘图和分析,及时将监测信息及监测成果反馈给监理、设计和施工现场,指导施工。

9量测中注意事项

9.1根据地质条件、量测目的、施工进程,由总工程师编制量测计划,组织专门监测队伍,由具体工程技术人员负责实施。

9.2量测点埋设宜尽量靠近开挖工作面,要求不超过2米,能保证爆破24小时内及下一次爆破之前测读初读数。

9.3准确及时做好各项量测原始记录,及时提拱给设计人员,不得随意涂改。

9.4要采取措施保护好在施工中各项量测元件及仪器。

9.5设计与施工人员必须紧密配合,协调一致,及时研究和解决实施过程中出现的问题,确保施工安全。

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