隧道监控量测方案.docx
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隧道监控量测方案
厦深铁路（广东）利用外资土建XSGW-1标
隧道监控量测方案
中铁八局厦深铁路（广东段）利用外资
土建XSGW-1标项目经理部
2008年12月1日
1．工程概况2
2．监控量测目的2
3．监控量测项目2
4．监控量测断面间距3
5．监控量测断面布置4
6．监控量测频率4
7．监测方法5
8．监控量测管理5
8.1监测控制标准5
8.2监控量测体系6
9．监控量测保证措施7
10．监测资料整理、数据分析及反馈7
11.工程安全性评价及应对措施9
12.附图9
1．工程概况
红龙山隧道起止里程：
DK247+378~DK248+255全长877m；
乌山坎隧道起止里程：
DK258+628~DK259+105全长477m；
隧道正洞穿越段为剥蚀丘陵区，设计围岩级别为Ⅳ级和Ⅴ级。
隧道有部分地段穿越沟谷，不良地质为冲沟，DK247+860~DK247+975推测为断层破碎带，岩性主要为全~弱风化花岗岩，地表为粉质黏土。
2．监控量测目的
现场监控量测是判断围岩和隧道的稳定状态、保证施工安全、指导施工生产、进行施工管理和提供设计信息的重要手段。
根据隧道施工特点，结合设计文件，隧道施工过程中，将按照现行规范要求进行监控量测，以量测资料为基础及时修正支护参数，使支护参数与地层相适应并充分发挥围岩的自承能力，围岩与支护体系达到最佳受力状态，并在施工中进行信息化动态管理，随时掌握初期支护的工作状态，指导和确定衬砌施作时间。
3．监控量测项目
结合本隧道具体条件，确定开展监控量测的项目有：
洞内外观察、拱顶下沉、净空变化、地表沉降以及沉降缝两侧底板不均匀沉降为必测项目；而围岩压力、初期支护与二次衬砌间的接触应力、钢架内力、二次衬砌内应力、锚杆轴力、孔隙水压力以及水量作为选测项目。
具体内容如下：
监控量测必测项目表
序号
监测项目
测试方法和仪表
测试精度
备注
1
洞内、外观察
现场观察、地质罗盘
采用表格见附表1
2
净空变化
徕卡高精度全站仪
0.1mm
全站仪采用非接触观测法
3
拱顶下沉
高精度全站仪
1mm
全站仪采用非接触观测法
4
地表沉降
高精度全站仪
1mm
浅埋隧道必测（H0≤2b）
7
沉降缝两侧底板
不均匀沉降
三等水准测量
1mm
沉降缝两侧底板（或仰拱填充层面）沉降
监控量测选项目表
序号
监测项目
测试方法和仪表
测试精度
备注
1
围岩压力
压力盒
0.001MPa
局部
2
初支与二衬接触压力
压力盒
0.001MPa
局部
3
钢架内力
钢筋计
0.1MPa
局部
4
二次衬砌内应力
混凝土应变计
0.1MPa
局部
5
锚杆轴力
钢筋计
0.1MPa
局部
6
喷混凝土受力
混凝土应变计
10με
局部
7
孔隙水压力
水压计
局部
8
水量
流量计
局部
4．监控量测断面间距
围岩级别
断面间距（m）
V
5~10
IV
10~30
周边位移及收敛、拱顶下沉的量测断面间距（m）
条件
洞口附近
埋深<2B
施工进展100m前
施工进展100m后
V
5
5
5
10
IV
10
注：
B表示隧道开挖宽度
地表下沉量测断面间距表
埋置深度H
量测断面间距（m）
H＞2B
20
B＜H＜2B
10
H＜B
5
注：
B表示隧道开挖宽度
5．监控量测断面布置
每个量测断面根据开挖方法布置拱顶下沉测点和水平净空收敛量测基线。
详见“监控量测测点布置示意图”。
6．监控量测频率
洞内观察分为开挖工作面观察和支护表面状况观察两部分。
开挖工作面观察在每次开挖后进行，地质情况基本无变化时，可每天进行一次。
对支护的观察每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的表面外观状况等。
洞外观察包括边仰坡稳定、地表水渗透等观察。
各项量测项目量测频率应根据位移速度和量测断面距开挖面距离，分别按量测频率表确定。
当按表选择量测频率出现较大差异时，宜取量测频率较高的作为实施的量测频率。
量测频率表
变形速度（mm/d）
量测断面距开挖工作面距离
量测频率
≥5
0～1B
2次/d
1～5
（1～2）B
1次/d
0.5～1
（1～2）B
1次/2～3d
0.2～0.5
（2～5）B
1次/3d
<0.2
>5B
1次/7d
注：
B为隧道开挖宽度。
洞口和浅埋段、下穿冲沟及断层破碎带等地段的
洞顶地表沉陷测量频率见下表:
距工作面距离
量测频率
<2B
2次/d
<5B
1次/d
>5B
1次/7d
注：
B为隧道开挖宽度。
7．监测方法
隧道施工监控量测流程参照“监控量测流程图”施作，见附图。
1）地质与支护状态观察
观察内容：
岩性、结构面产状及支护裂缝观察和描述。
方法：
目测和采用地质罗盘。
将观察结果记录于交接班记录中，由专人负责整理。
2）拱顶下沉、周边位移及收敛采用全站仪非接触观测法。
测点在复喷砼终凝后一小时内尽快埋设，洞外地表下沉测点提前埋设，保证及时收集初始数据。
无接触法围岩稳定性量测系统分为数据采集和数据处理两部分。
数据采集由全自动测量机器人及软件控制仪器自动完成量测全过程，数据采集完成后直接导入计算机利用数据处理软件对数据进行平差、成图、回归分析、曲线拟合等处理，最终得到围岩变形、收敛的准确报告，以图形和表格形式打印出来，据此来判断围岩的稳定性。
隧道开挖支护后，在测点位置打入锚杆，在锚杆头贴上返光片。
返光片和棱镜的作用相同。
用全站仪测出至各返光片的距离和角度，计算出测点之间的收敛值。
3）浅埋、下穿冲沟及断层破碎带地表下沉量测采用全站仪量测。
洞外地表下沉测点提前埋设，保证及时收集初始数据。
4）围岩压力、初支与二衬接触压力、钢架内力、二次衬砌内应力、锚杆轴力及喷砼受力分别使用压力盒、砼应变计、钢筋计进行量测。
安装：
根据测点应力计算值，选择量程，在安装前对量具进行拉、压受力状态的标定。
安装时使量具处于不受力状态。
5）孔隙水压力及水量分别使用水压计和流量计进行量测。
8．监控量测管理
8.1监测控制标准
根据有关规范、规程、设计资料及类似工程经验，制定监控量测变形管理等级，据此指导施工。
观察及量测发现异常时，应及时修改支护参数。
一般正常状态须同时满足以下条件：
净空变化速度小于0.2mm/d时，喷射混凝土表面无裂缝或仅有少量微裂缝，围岩基本稳定；位移速度除在最初1～2天允许有加速外，应逐渐减少。
当净空变化速度持续大于1.0mm/d时，加强初期支护。
位移管理等级
管理等级
管理位据开挖面1B
管理位据开挖面2B
施工状态
Ⅲ
UU可正常施工
Ⅱ
U1B/3≤U≤2U1B/3
U2B/3≤U≤2U2B/3
综合评价设计施工措施，加强量测，必要时相应工程对策
Ⅰ
U>2U1B/3
U>2U2B/3
暂停施工，采取相应工程对策
注：
U为实测位移值；U1B为最大允许位移值。
8.2监控量测体系
1）详见附图“监测管理流程图”
2）监控量测小组
为了真实反映监测结果，及时了解围岩稳定情况，迅速指导现场施工，施工监测由项目总工负责，组成专业监测小组，具体负责各项监测工作。
组长：
冯德礼
副组长：
周业诚
组员：
颜海吴春光王书奎黄德松
3）监测管理
积极配合监理工程师做好对监测工作的检查、监督和指导，工程完成后，根据监测资料整理出本标段的监测分析总报告纳入竣工资料中。
4）现场量测要求
监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，按设计要求进行布点和监测，并根据现场情况及时进行调整量测的项目和内容。
量测数据应及时分析处理，并与工程类比法相结合，及时调整支护参数或施工决策。
拱顶下沉、收敛量测初读数在3～6h内完成，其它量测在每次开挖后12h内取得初读数，最迟不大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。
测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护，严防爆破损坏。
拱顶下沉和地表下沉量测基点与洞内、外水准基点建立联系。
隧道浅埋地段地表下沉的量测与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内。
横断面方向应在隧道中线两侧每隔2～5m布设地表下沉测点，每个断面设7～11点，监测范围应在开挖影响范围以内。
地表下沉量测在开挖工作面前方，直到二次衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。
地表下沉量测频率与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同。
9．监控量测保证措施
将监测管理及监测实施计划纳入施工生产计划中，作为一个重要的施工工序来抓，并保证监测有确定的时间和空间。
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。
施工监测紧密结合施工步骤，监控每一施工步骤对周围环境、围岩、支护结构、变形的影响，据此优化施工方案。
监测组与监理工程师密切配合工作，及时向监理工程师报告情况和问题，并提供有关切实可靠的数据记录。
量测项目人员要相对固定，保证数据资料的连续性。
量测仪器专人使用、专业机构保养、专业机构检校。
量测设备、元器件等在使用前均经过检校，合格后方可使用。
各监测项目在监测过程中严格遵守相应的实施细则，量测数据均经现场检查、室内两级复核后上报。
量测数据的存储、计算、管理均采用计算机系统进行。
10．监测资料整理、数据分析及反馈
1）现场量测所取得的原始数据，不可避免的会具有一定的离散性，其中包含着测量误差。
不经过数学处理的量测数据难以直接利用。
数学处理的目的是：
（1）将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确定量测数据的可靠性；
（2）探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化规律。
判定围岩和支护系统稳定状态。
2）依据回归分析、预测位移、收敛、拱顶下沉及钢筋应力的最终值。
回归分析是目前量测数据数学处理的主要方法，通过对量测数据回归分析可以预测最终位移值和各阶段的位移速率。
隧道监控数据处理采用以下函数作为回归函数：
对数函数
U=A+Bln（t+1）
指数函数
U=Ae-B/t
U=A（e-Bt0-e-BT）
双曲函数
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）。
3）以位移～时间曲线为基础，根据位移、位移速率等分析、评定围岩和支护的稳定性。
当位移急骤增加，每天的相对净空变化超过10mm时，重点加强观测，并密切注意支护结构的变化；
当位移～时间曲线出现反弯点时，同时支护开裂或掉块，此时尽快采取补强措施以防坍方；
当位移、周边收敛、拱顶下沉量达到予测最终值的80～90％，收敛速度小于0.1～0.2mm/d，拱顶下沉速率小于0.07～0.15mm/d时，可认为围岩基本稳定，可施作二次衬砌；
利用位移、应力反分析程序对围岩及支护结构的稳定性进行分析、评价；
综合以上综合分析、评价及时修正设计，调整支护参数，对施工及时提供建议和措施。
4）根据压力量测和接触应力量测结果，可知围岩压力在横断面的分布情况及围岩压力值随开挖时间变化的规律，与理论计算方法做比较，以取得较为合理的围岩压力计算方法，检算初期支护的受力情况（内力及位移），判别初期支护的工作状态、支护特点，并对初期支护进行安全度评估。
5）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、增加钢架等加固措施，及时向总工程师及监理工程师汇报。
11.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相结合。
根据位移管理等级，将工程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8.监测管理章节中位移管理等级表。
详见附图“工程安全性评价流程图”
12.附图
监控量测测点布置示意图
监控量测流程图
监测管理流程图
否
是
否
是
是
否
是
否
工程安全性评价流程图
安全
不安全
否
否
综合评价设计施工措施，加强监控量测
继续施工
暂停施工
工程对策
位移（应力）是否超过II级管理
位移（应力）是否超过III级管理
位移（应力）是否达过I级管理
监控量测结果
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