浅议隧道监控量测实践应用.docx

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浅议隧道监控量测实践应用

甘肃林业职业技术学院测绘工程系2012届

毕业生论文（设计）

浅议隧道监控量测实践应用

班级：

093工程测量3班

毕业学生：

XXXX

指导老师：

XXXX

2012年6月17日

目录

1绪论

1.1、工程概况··························································1

1.2、全新的隧道施工概念···············································2

1.3、检测依据及目的···················································3

2隧道施工监控量测内容

2.1监控量测要求·······················································4

2.2监控量测项目·······················································4

2.3监控量测频率·······················································5

3监控量测点布设要求·················································6

4必测项目的监控量测方法

4.1隧道现场调查························································6

4.2洞内围岩观察························································7

4.3周边位移监测·························································9

4.4拱顶下沉监测·······················································12

5隧道施工质量检测

5.1锚杆锚固质量无损检测··············································14

总结····································································15

致谢····································································

1绪论

随着我国改革开放不断深化，国民经济蓬勃发展，在山区公路建设中突破过去传统的修路思想，不采取盘山绕行，不破坏沿线生态环境，不增长公路里程用设置隧道避免因采取高边坡路基带来的滑坡、塌方、滚石、泥石流等自然灾害，确保了行车的安全可靠，亦缩短了行车时间，同时又适应了建设与自然的和谐发展。

新奥法作为一种全新的隧道施工概念，其基本原理是运用各种手段（开挖法——弱爆破，支护形式——早封闭，监控量测——勤量测）抑制围岩变形，最大限度地发挥围岩自身的承载能力．使隧道施工更安全、更经济。

而隧道经济性与安全性就是通过现场监控量测所获得的围岩、支护系统的应变和应力信息及时反馈并应用于隧道设计和施工中来实现的。

关键字:

监控量测收敛仪水准仪照相机

1.全新的隧道施工概念

随着新奥法（NATM）在隧道施工中的广泛运用，现场监控量测作为新奥法的灵魂也越来越得到了广泛的重视。

因此，快速、准确地进行现场监控量测和信息反馈是应用新奥法施工的关键。

隧道监控的作用有以下几点：

（1）通过施工和环境监测进行信息反馈及预测预报，优化施工组织设计，指导现场施工，确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会、经济和环境效益。

（2）掌握围岩动态，了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布，对围岩稳定性作出评价。

（3）验证支护结构型式、支护参数，评价支护结构、施工方法的合理性及其安全性，确定支护时间而监控量测是信息化设计与施工的重要内容，应将监控量测纳入工序管理,为隧道施工的有机组成部分。

由于地下工程的受力特点及其复杂性，通过施工现场的监控量测所得到的信息，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、调整围岩类别、变更支护设计参数、调整预留变形量等修正设计提供原始依据，同时将量测等到的结果迅速反馈到设计施工中去，以提高隧道施工的安全性、经济性。

为了适应公路隧道大规模建设发展的需要，提高公路隧道设计、施工水平，确保安全运营，给今后隧道工程的建设积累经验，在昆明城区三环岗头山隧道中进行施工期的监控量测。

1.1检测依据及目的

为保证公路隧道施工质量，及时发现施工中存在的缺陷，尽早进行缺陷处理，开展本项检测。

施工质量检测依据：

《公路工程质量检验评定标准》（土建工程）（JTGF80/1—2004）；

《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）；

《公路隧道施工技术规范》（JTG042—94）；

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086—2001）；

《公路隧道工程施工图设计资料》；

施工质量检测目的：

探测隧道衬砌质量，查明隧道锚杆长度、锚固情况，隧道衬砌背后的回填情况是否符合设计要求，了解隧道衬砌的潜在隐患，作为隧道竣工验收、以及隧道结构状态评估和病害整治设计的重要依据。

2隧道施工监控量测内容

2.1监控量测要求

隧道监控量测是“新奥法”的重要组成部分，新奥法中量测工作是监视设计、施工是否正确的眼睛，是监视围岩是否安全稳定的手段，始终伴随着施工的全过程。

因此有如下要求:

（1）能快速埋设测点；

（2）每一次量测数据所需时间应尽可能短；

（3）测试数据应准确可靠；

（4）测试元件应具有良好的防震、防冲击波能力；

（5）测试数据直观，不必复杂计算即可直接应用；

（6）测试元件埋设手能长期有效工作；

（7）测试元件应满有足够的精度。

2.2监控量测项目

监测的项目和具体内容按现行《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）规定及绍诸高速公路全线各隧道的特殊要求所拟定。

监测项目包含如下内容：

（1）必测项目

①洞内围岩和支护状况观察；②周边位移监测；③拱顶下沉监测；④锚杆或锚索内力及抗拔力。

（2）选测项目

①洞口浅埋段地表下沉监测；②围岩内部位移监测；③喷砼应力监测；④围岩压力监测；⑤钢拱架应力监测；⑥二衬应力监测。

2.3监控量测频率

监控量测项目的选择遵循“严守施工规范，服务隧道施工，紧贴隧道实际，保证经济安全”的原则，保证必测项目及时、准确地实施，并根据工程实际揭露的围岩条件和隧道施工情况，合理开展有针对性的、有代表性的选测项目。

表1隧道现场监控量测项目及量测方法

序号

项目名称

方法及工具

布置

量测间隔时间

1～15d

16d～1个月

1～3个月

大于3个月

1

地质和支护状况观察

岩性、结构面产状及支护裂缝观察或描述，地质罗盘等

开挖后及初期支护后进行。

每次爆破后进行

2

周边位移

各种类型收敛计

每10～50m一个断面，每断面2～3对测点。

1～2

次/天

1

次/2天

1～2

次/周

1～3

次/月

3

拱顶下沉

水平仪、水准尺、钢尺或测杆

每10～50m一个断面。

1～2

次/天

1

次/2天

1～2

次/周

1～3

次/月

5

地表下沉

水平仪、水准尺

每5～50m一个断面，每个断面至少7个测点，每隧道至少2个断面。

中线每5～20m一个测点。

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天。

开挖面距量测断面前后＞5B时，1次/周。

3监控量测点布设要求

3.1布点原则

（1）针对该高速公路隧道地质围岩及结构特点，并根据隧道监控量测以往类似工程的监控量测经验和各类量测项目的作用意义，在相关隧道规范指导下进行量测断面的布置设计。

（2）根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或业主及监理认为有必要监控的地段，设置监控量测断面。

（3）应重点监测围岩质量差或局部不稳定块体、节理或地下水发育地段，以及特殊工程部位（如洞口处）。

监测点的安装埋设应尽可能靠近隧道掌子面，以便尽可能完整获得围岩开挖后初期力学形态变化和变形情况。

（4）选测项目的布设结合隧道自身特点，重点突出。

3.2测点埋设时间

（1）测点埋设时间，应根据地质条件、量测项目和施工方法等确定。

（2）测点应距开挖面2m的范围内尽快安设，并应保证爆破后24h内或下一次爆破前测读初次读数。

4必测项目的监控量测方法

4.1隧道现场调查

4.1.1现场调查目的

应用超前地质预报的地质理论分析并判定隧道存在的主要不良地质的性质、类型、成因特征、大约位置、大约规模、可能引发的地质灾害及其对隧道施工的影响程度。

4.1.2调查方法

采用以下分析方法和步骤：

（1）熟悉勘察设计文件、资料和图纸。

其目的是对整个隧道所处地质环境有一个基本了解和宏观把握。

（2）地面地质补充调查。

其目的是核实隧道地质条件，确定隧道超前地质预报重点区段和重点问题。

对隧道的地质情况进行深入调查，在地形图上圈定地层出露位置、量测岩性产状、判定断层性质产状、统计节理裂隙发育状况、确定不良地质作用、了解特殊性岩土分布性状等，从而了解设计文件中对地质条件的认识是否正确，围岩级别判定是否适宜，并编制出长期地质预报报告，指导中短期地质预报更具针对性地实施。

（3）洞内地质调查和掌子面地质素描。

其目的是核实隧道围岩级别，建议隧道支护参数。

掌子面地质素描的主要目的是判定隧道围岩级别，应采用与现行隧道规范中围岩分级的规则相一致的“地质与支护状况观察记录表”所列各项内容应，素描图主要是对结构面的展布情况和隧道轮廓、掌子面是否有台阶进行描绘，对结构面产状要标明。

分析流程上图所示。

4.1.3信息反馈

（1）通过现场地质调查，全面掌握隧道沿线的地质情况，分析隧道经过不良地质体的可能性；

（2）统计节理裂隙发育状况、确定不良地质作用、了解特殊性岩土分布性状等；

（3）复核设计文件中对地质条件的认识是否正确，围岩级别判定是否适宜；

（4）编制出长期地质预报报告，指导中短期地质预报更具针对性地实施。

4.2洞内围岩观察

4.2.1观察目的

通过观察实际揭露的隧道掌子面地质情况，掌握隧道实际围岩状态，分析隧道掌子面的稳定状态，预测前方隧道围岩情况，并提出必要的预警；通过观察隧道洞内初期支护的状态，及时发现各种异常现象并进行跟踪观察，评价初期支护的稳定性。

包括：

①预测开挖面前方的地质条件及围岩级别；

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。

4.2.2观察方法

掌子面地质观察采用目测配合数码相机进行观测，及时绘制掌子面地质素描，记录围岩的岩性、产状、节理等详细特征，断层、破碎带等不良地质特征，地下水的水量、分布、压力、类型等特征，填写掌子面地质观察记录；初期支护状态采用目测观察为主，对初期支护喷砼、钢支撑、锚杆出现的外鼓、裂缝、剥落、扭曲等异常现象，用数码相机、塞尺、卷尺等进行跟踪观测并做好原始记录。

观测中，如发现异常现象，要详细记录发现的时间、距开挖工作面的距离以及附近测点的各项量测数据。

4.2.3测试仪器

收敛仪，水准仪，数码相机。

4.2.4观察内容

（1）对开挖后没有支护的围岩：

①岩质种类分布状态，近界面位置的状态；

②岩性特征（岩石的颜色、成分、结构、构造）；

③地层时代归属及产状；

④节理性质、组数、间距、规模、节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，充填物的类型和产状等；

⑤断层的性质，产状，破碎带宽度、特征；

⑥石岩层情况；

⑦溶洞的情况；

⑧地下水类型，涌水量大小，涌水压力、水的化学成分，湿度等；

⑨开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象。

（2）开挖后已支护段：

①初期支护完成后对喷层表面的观测及裂缝状况的描述和记录；

②有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象；

③喷混凝土是否产生裂隙或剥离，要特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏；

④钢拱架有无被压曲现象；

⑤是否有底鼓现象。

4.2.5观察频率

目测应在隧道开挖工作面爆破后及初期支护后进行，每次爆破后须进行掌子面地质情况观察，每个监测断面应绘制隧道开挖工作面及两帮素描剖面图。

4.2.6成果分析与信息反馈

（1）通过掌子面地质观察，分析围岩稳定状态，评估出现局部掉块、塌方、涌水等灾害出现的可能性，出现异常情况，第一时间通报承包商，及时指导施工，并将异常情况、相关建议汇报业主和监理；

（2）编制隧道实际地质状况系列图册，参考前期勘察资料，预测前方围岩状态，每周向承包商预报前方围岩状况；

（3）对初期支护出现的异常情况，分析出现异常情况的原因，根据具体原因、问题的严重性向承包商、监理和业主汇报，并提出处理建议；

（4）针对初期支护异常情况，开展跟踪监测，绘制空间分布图和时间发展曲线，预测发展趋势，及时预警。

（5）编制地质与支护状况现场观察记录表。

4.3周边位移监测

4.3.1量测内容

量测隧道内壁两点连线方向的相对位移，同时通过对连线长度的测量，对所测断面的超、欠挖量进行测定。

4.3.2量测目的

隧道周边收敛能够直观反映隧道围岩与支护结构的稳定性，通过周边收敛量测，为隧道支护结构稳定性分析提供依据；通过计算周边收敛位移速率和预测最终位移值，为二次衬砌浇筑选择最佳时机；为隧道施工工艺、支护衬砌参数优化提供参考。

具体表现为以下四点：

（1）周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直观反应，量测周边位移可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息；

（2）根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机；

（3）判断初期支护设计与施工：

方法选取的合理性，用以指导设计和施工；

（4）对超、欠挖量进行测定，判定开挖质量，用以指导施工。

4.3.3量测方法

设置监控量测断面，每个断面分别在侧墙（由施工开挖方法确定）设置测点，利用收敛计，采用一根在重锤作用下被拉紧的普通钢尺作为传递位移的媒介，通过百分表测读隧道周边某两点相对位置的变化。

4.3.4测试仪器

收敛计，型号如表2所示。

表2使用仪器

主标准设备

标准名称

型号规格

测量范围

测量精度

备注

数显收敛仪

JSS30A

0.5m～10m

±0.1mm

杭州（分辨率0.01mm）

4.3.5测点布置

周边位移测点顶端采用圆形钢筋圈，嵌入围岩部分亦采用螺纹钢筋。

每量测断面设置1～2对测线，如表3所示。

表3周边收敛测线数

开挖方法

全断面法

短台阶法

多台阶法

一般地段

一条水平侧线

二条水平侧线

每台阶一条水平测线

特殊地段

三条、四条或六条

图2洞周位移量测测点布置图

测线布置如图2所示。

（6）量测频度

宜根据位移速度和距工作面距离选取，如表4所示。

表4量测频度

变形速度（mm/d）

量测断面距开挖工作面的距离

量测频率

B为隧道宽度

≥10

（0～1）B

1～2次/天

10～5

（1～2）B

1次/天

5～1

（2～5）B

1次/2天

＜1

＞5B

1次/周

注：

①从不同测设得到的位移速度不同，量测频率应按速度高的取值；②若根据位移速度和距工作面距离两项指标分别选取的频率不同，则从中取高值；③后期量测时，间隔时间可加大到几个月或半年量测一次。

4.3.6成果分析与信息反馈

（1）每次观测后现场计算位移发展增量，出现异常情况，重新测量排除操作失误后立即报告相关部门；

（2）每次测回数据交数据处理员输入计算机，进行位移增量、位移发展速率的计算，绘制位移～时间曲线（如图3）和位移发展速率～时间曲线（如图4），并应用函数拟合和灰色预测等方法进行位移发展短、长期预测；

（3）当隧洞周边水平收敛速度以及拱顶或底板垂直位移速度明显下降，隧洞周边水平收敛速度小于0.1mm/d～0.2mm/d，拱顶或底板垂直位移速度小于0.07mm/d～0.15mm/d，隧道各项位移已达预计总量的80%～90%以上时，向有关部门报送二次衬砌施工报告。

（4）变形管理及预警请参阅第七章监测报告与预警机制。

图3位移～时间曲线图4位移发展速率～时间曲线

4.4拱顶下沉监测

4.4.1量测内容

拱顶下沉量量测，是指对隧道拱顶的实际位移值进行量测，是相对于不动点的绝对位移，其必须与设计拱顶标高进行比较。

4.4.2量测目的

隧道拱顶下沉直观反映隧道围岩与支护结构的稳定性，通过拱顶下沉量测，为隧道支护结构稳定性分析提供依据；通过计算拱顶下沉位移速率和预测最终位移值，为二次衬砌浇筑选择最佳时机；为隧道施工工艺、支护衬砌参数优化提供参考。

具体表现在以下四点：

（1）通过拱顶位移量测，了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性；

（2）根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机；

（3）指导现场设计与施工；

（4）防止沉降侵入二衬空间。

4.4.3量测方法

在隧道拱顶设置测点，安设隧道拱部变位观测计，将钢尺或收敛计挂在作为隧道拱部变位观测计上作为标尺，后视点可设在稳定的部位，用水准仪观测。

量测方法如图4所示。

4.4.4测试仪器

精密水准仪、铟钢尺，必要时采用隧道位移实时监测系统进行实时监测，检测设备如表5所示。

表5使用设备

主标准设备

标准名称

型号规格

测量精度

备注

精密水准仪

AT-G2

±0.4mm

带光学测微器往返测精度

4.4.5测点布置

现场拱顶下沉量测是在隧道开挖毛洞的拱顶及轴线左右各1～2m共设1个带挂钩的锚桩，测桩埋设深度30cm，钻孔直径φ42，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头需设保护罩。

测点布置见图6。

埋设要求请参阅附录。

图6拱顶下沉测点布设图

4.4.6信息反馈

（1）每次观测后现场计算位移发展增量，出现异常情况，重新测量排除操作失误后立即报告相关部门；

（2）每次测回数据交数据处理员输入计算机，进行位移增量、位移发展速率的计算，绘制位移～时间曲线和位移发展速率～时间曲线，并应用函数拟合和灰色预测等方法进行位移发展短、长期预测。

5隧道施工质量检测

5.1锚杆锚固质量无损检测

5.1.1检测设备

采用锚杆锚固质量检测仪（JL-MG型或同等性能仪器）进行检测。

5.1.2检测仪器组成及原理

锚杆质量检测仪由采集仪、发射震源、检波器和分析处理软件组成。

发射震源产生的弹性波，沿锚杆传播并向锚杆周围辐射能量，检波器检测到反射回波，并由检测仪对信号进行分析与存储。

反射信号的能量强度和到达时间取决于锚杆周围或端部的灌浆状况。

通过对信号处理和分析，可以确定锚杆长度及灌浆的整体质量。

5.1.3锚杆锚固质量检测频率

抽检频率为锚杆总数的5%或根据业主要求确定。

5.1.4操作步骤

（1）参数设置

除设置基本工程参数外，应注意以下参数：

锚杆类型：

锚杆灌注类型（砂浆锚杆、中空注浆锚杆等）；

触发方式：

设有通道触发、外触发二种，锚杆检测时应选用通道触发；

传感器类型：

可选择速度计、加速度计（分积分、不积分两种，加速度计一般宜选择积分状态），或者两者同时使用；

放大方式：

分指数放大、线性放大、满屏放大三种，其放大倍数由下一栏给定。

设定指数放大，程序将在入射波峰值至1.2倍估计桩长间按指数方式放大信号，其后则为线性放大；设置满幅放大，将以桩顶和桩底波形同时达到满屏为目标进行线性和指数放大；

信号极性：

改变入射波的显示方向，分波形正向反向两种，可根据个人习惯调整；

阴影显示：

分“打开”、“关闭”两种，打开时即是所谓的“变面积”显示，与一般地震接近，如结合插入显示使用，有利于目测异常点；

硬件滤波范围：

10Hz－10KHz；高通有：

10Hz、200Hz、500Hz、1000Hz四档可设，低通有：

2000Hz、4000Hz、6000Hz、10000Hz四档可设。

（2）连线测试

参数设置完成后即可按操作规程进行锚杆测试。

测试数据根据预先的编号存入仪器存储器，可导入计算机进行数据分析。

5.1.5数据处理与信息反馈

锚杆锚固质量测试完成后，将测试数据导入计算机，用配套分析软件逐个分析每根锚杆的长度和锚固质量，按表6进行锚杆锚固质量评定。

表6锚杆锚固质量弹性波检测分类评价表

质量分类

波形特征

锚固状态

锚固性能

优

波形规则，只有微弱的底部反射波或没有底部反射波

密实

最佳

良

波形较规则，有底部反射波和局部有较弱的反射波

局部欠密实

性能有所降低

合格

波形欠规则，有底部反射波和局部有较强的反射波

局部不密实

或空浆

性能不良

不合格

波形不规则，底部有较强的反射波或底部发射波提前（锚杆欠长），或有多处较强的反射波

多处不密实或空浆

很差或失效

锚杆锚固质量测试完成后3天内将锚固质量测试报告报送相关部门，内容包括：

（1）整体锚固质量情况；

（2）不合格锚杆的分布、不合格类型与原因；

（3）已有缺陷改善措施；

（4）锚杆施工工艺优化建议。

总结

由于隧道工程的特殊性、复杂性和隧道围岩的不确定性，对隧道围岩及支护结构进行监控量测是保证隧道工程质量、安全的必不可少的手段。

通过量测，及时对隧道个别围岩失稳趋势的区段提供了预报，为施工单位及时调整支护参数以及合理确定二次衬砌时间提供了可靠的科学依据。

通过大量量测发现隧道开挖及初期支护后大约30d围岩基本上稳定，于是建议施工单位及时施作二次衬砌。

同时由于监控措施得当，及时的指导施工和修改设计，从而保证了隧道施工的安全、经济、收到了良好的效果。

但由于监控量测工作是一项具体而又复杂的工作，在实际过程中尚需不断积累经验和完善相关理论，因此，对隧道监控量测及数据的整理分析及应用应该做好一下几点：

1监控量测内容的选择，量测断面位置选择和量测测点的布置；

2监控量测数据的采集和施工状态变化情况紧密结合，分析数据变化和施工状态的关系；

3量测数据的应用，量测数据变化的准确分析和判断，量测的及时反馈，指导设计、施工和修改支护参数；

通过监控量测保证隧道安全，预防隧道塌方。

致谢

时光荏苒，岁月如梭。

记忆的雪花翩翩起舞，思绪定格在凤凰花开的季节。

挥洒过汗水，也滴落过泪花，这里有我熟悉的一切，有我热爱的一切。

恍惚中，在美丽的甘肃林业职业技术学院，度过了人生中最为宝贵的年华。

 凤凰涅磐需要经历烈火的煎熬和痛苦的考验。

迈进象牙塔殿堂时的激动，仍时刻在内心回荡，不知不觉中完成了人生中最大的一次蜕变。

蜕变需要经历过磨练，磨练可以让我们更为坚强，去勇敢面对生活中所遇到的困难与磨难。

感谢陈代鑫老师，是您悉心的指导、关心和鼓励下，才使得我养成科学严谨的治学态度，也让我学会了如何去解决所遇到的问题。

感谢您让我懂得了科学探索的奥秘在于永远保持一个乐观积极向上的心态以及脚踏实地勤勉的务实作风，这是获得胜利的无敌通关密码。

在四年的大学生涯里，还得到众多老师的关心支持和帮助，在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！

在大学三年生活中，不断得到各位老师、同学的关心与帮助，使我在学习和生活中不断得到友谊的温暖与亲切的关怀，最重要的是一种精神上的激励，让我非常感动。