隧道监控量测方案.docx

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隧道监控量测方案

新建怀化至邵阳至衡阳铁路HSHZQ-4标段岩鹰鞍隧道、袁丰隧道监控量测实施方案

编制：

复核：

审批：

中铁二十局集团怀邵衡铁路第二项目分部二〇一四年十一月

1工程概况

怀邵衡铁路第二项目分部主要隧道工程有两个：

岩鹰鞍隧道和袁丰隧道。

岩鹰鞍隧道位于湖南省邵阳市洞口县长塘乡附近，全长5302m，起始里程DK84+526~Dk89+828；袁丰隧道位于洞口县洞口镇袁丰村附近，隧道全长415m，起始里程DK90+810~DK91+225；还有一个辅助坑道——蜡梨坪斜井，位于洞口县洞口镇华南村蜡梨坪附近，全长689m，综合坡度8.2％。

主线隧道都是双线单洞隧道，最大埋深700m。

岩鹰鞍隧道起始里程DK88+934.97~DK89+828段位于半径R=4500m的左偏圆曲线上；DK84+118.81~DK85+464.08段位于半径R=6000m的左偏圆曲线上，其余段落位于直线上。

袁丰隧道起始里程DK90+810~DK91+225段位于半径R=3500m的左偏圆曲线上，隧道线间距4.4~4.506m，线间距加宽值为0~0.4m。

岩鹰鞍隧道位于湘西山地，地形复杂，地势陡缓多变，山体高程跨度较大，从400m~1100m，相对高差接近700m；整体地势为西高东低。

袁丰隧道中心里程DK91+004左11.32m处有500KV高压塔一座，在隧道开挖施工前应建立独立的变形监测基准网，施工过程中应加强此处地表监控量测工作。

两座隧道都属于III级风险隧道，隧道围岩复杂多变，施工工艺较复杂。

其中V级围岩段采用三台阶临时仰拱法、四步CD法施工，IV级围岩段采用三台阶法、三台阶临时仰拱法施工；III级围岩段采用台阶法施工；明洞采用明挖法施工。

隧道围岩多变，工艺繁杂，因此为了保证工程施工安全和质量，隧道围岩监控量测是很重要的环节。

隧道施工进入F4断层后更给施工增加了难度，新加迂回导坑和高位泄水洞工艺施工；此时监控量测工作更为关键和重要，实时监测数据确保隧道区全贯通。

F4断层地处湘西山区，地形复杂，地势陡缓多变。

山脉受区域构造影响总体呈东北走向，隧道穿越区属构造侵蚀中低山区，地形起伏，山体高程为400m~1100m，相对高差约700m，山脊多呈马鞍形。

左侧为V字形深切沟谷，主沟与线路走向大致平行或小角度相交，冲沟地表水较发育。

2016年1月4日蜡梨坪斜井小里程工作面施工至DK87+998掌子面时，掌子面右侧起拱线位置出现涌水涌沙，溃口面积约0.8m㎡，掌子面为石英质砂岩，节理裂隙发育，岩层较破碎。

因F4断层较长（348m），为有效排放F4断层地下水，保证正洞施工安全，进一步探明F4断层地质情况，考虑在正洞断层段左侧增设一处迂回导坑。

导坑长491.5m，与正洞左线线间距38.5m（净距28.4m）净空断面5m宽；为实现F4断层上盘富水区分水降压的目的，降低正洞及迂回导坑的超前注浆施工难度，确保施工安全，在迂回导坑和正洞间设置高位排水洞，本次设计暂按259m考虑，高位泄水洞与正洞线间距约为18.6m（净距8.4m），高位泄水洞与迂回导坑同步施工，全段实施超前探测预报工作，施工过程应遵循“先探测后开挖的原则，迂回导坑进入断层前先采用超前帷幕注浆进行加固，注浆完成后再对注浆效果进行检验，当注浆效果达到设计要求后，再进行开挖。

2编制依据和原则

2.1编制依据

1>、《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007/J701-2007）；

2>、《铁路隧道工程技术指南》（TZ-204-2008）；

3>、《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304-2009）；

4>、《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）；

5>、《双线隧道复合式衬砌参考图》怀邵衡遂参01（W）；

6>、《双线隧道复合式衬砌参考图》怀邵衡遂参01（Y）；

2.2编制原则

1>、严格执行相关技术规范和技术标准；

2>、保证施工质量和竣工工期，保证人员设备安全，保证环境可控在规定范围内；

3>、施工部署科学合理，施工工艺成熟先进，各项保证体完善，保证措施具体可行；

4>、充分估计施工中的风险因素，发现施工中存在的安全隐患，提前做好周密详尽的预防措施。

3监控量测组织

分部组件由分部项目经理、总工和安全总监组织带头，测量队长和架子队队长、副总工以及架子队测量班长成立专职监控量测小组；架子队监控量测组负责具体实测数据并及时上传，及时做周报月报的上报；各隧道做个工班配合架子队小组现场埋设布点，并按小组要求对所布点位进行保护，如有缺失及时补点。

量测小组由熟悉监控量测的专门人员负责，人员尽量保证稳定。

隧道施工进入F4断层带，并新增迂回导坑和高位泄水洞，围岩级别为VI级，此时的监控量测工作更为重要和关键，下面章节将对断层带的监测布点、监测频率、人员设备配备、等项目做详细说明。

下面就监控量测的小组组织机构做一个图表式的说明。

F4断层带施工工期紧，强度大，对人员的要求更为严格，更需要投入更大的精力。

形成分部领导小组和架子队实测小组后，总框架明确了，剩下就是实施的具体安排。

人员分工和安排将在第四节详细说明。

图一：

监控量测组织图

4人员仪器设备

考虑现场生产情况，更快速圆满的保证隧道安全正确贯通，计划成立三个监控量测小组，分别是：

第一小组，岩鹰鞍隧道出口监控量测小组，配置2人；第二小组，蜡梨坪斜井大小里程迂回导坑和高位泄水洞施工面设置3人；第三组，袁丰隧道监控量测小组，配置2人。

小组共配备一台数据终端处理计算机，独立共享2M宽带，调整时间间隔共用，合理调配及时完成监控量测并上传数据。

每个小组各配置LeicaTs06全站一台，共用PAD一台（合理调配）。

所有仪器都经省级以上计量检定部门检定合格并在有效检定期内使用，仪器测角精度2″，测距精度2mm+2ppm。

组名

段落

组员

第一小组

袁丰隧道

王泽征、王岳峰

第二小组

岩鹰鞍出口

陈伟伟、王泽征、王岳峰

第三小组

迂回导坑、泄水洞

杜鹏程、陈伟伟、刘少飞

按以上分组，分组做好数据采集、上传、分析、判识及安全性评价等。

确保监控量测项目及频率符合要求，保证数据的真实、及时和完整。

小组组织机构中项目经理、总工、工程部长、监控量测负责人及其他工序管理。

掌握管段内全部测点每日观测结果，对出现异常情况做到及时处理。

5测点埋设

5.1地表点位布设要求

地表沉降观测应根据隧道埋深、地质条件、地表情况（有无既有构筑物）、施工所用开挖方式等因素确定。

地表沉降点与隧道内测点布置在同一断面里程，沿隧道中线布设。

布设点纵向间距按照下表执行：

隧道埋深与开挖宽度

纵向测点间距（m）

2B

20~50

B

10~20

H≤B

5~10

表一：

地表沉降点纵向间距表

地表沉降观测的重点工作洞口段地表沉降观测和浅埋段地表沉降观测，地表沉降观测点的横向距离为2m~5m，在隧道中线附近的点应该适当的加密，隧道两侧观测范围不应小于H+B，地表有构筑物是应适当加宽；地表沉降观测应该在开挖工作面前方H+B处开始，直至衬砌结构封闭、沉降基本停止为止。

地表沉降的量测频率应该和拱顶下沉及相对净空的量测频率相同，布置图如下所示：

图二：

地表沉降点横向布置示意图

5.2洞内点位布设要求

拱顶下沉观测点和净空变化观测点应该布设在同一里程断面上，拱顶下沉观测点尽可能布设在拱顶纵轴线附近。

断面间距应依围岩类别有所区分，具体如下表所示：

围岩级别

断面间距（m）

VI

≯5

V

5

IV

10

III

15~30

表二：

洞内监测点布设断面间距表

注：

洞口及浅埋地段间距取小值，软岩隧道的观测断面适当加密，在洞口相交点应加密测点断面，且点位可以不在同一个断面上，II级围岩视具体情况确定是否布点及断面间距。

F4断层地带属于VI级围岩，布点严格按照表二要求进行。

不同断面的测点应布设在相同的部位，对应布点，测点应该对称布设，以便于观测，下表为净空变化测量参数表：

开挖方法地段

一般地段

特殊地段

全断面法

一条水平测线

台阶法

每个台阶一条水平测线

每个台阶一条水平、两条斜测线

分部开挖

每个分部一条水平测线

每个分部一条水平、两条斜测线；其余分部一条水平测线

表三：

净空变化观测测线数目表

具体布置图如下所示：

图三：

台阶法测点布置图

图四：

三台阶法测点布置图

图五：

三台阶法临时仰拱测点布置图

5.3点位埋设要求

隧道监控量测使用LeicaTs06型全站仪进行测量，测点使用隧道监控量测专用反射片，规格为20mm*20mm，反射片粘贴在预埋件上。

预埋件为φ20mm的螺纹钢筋，植入岩层深度不小于30厘米，植入后预埋件必须稳固。

外露长度为5-20mm。

刚劲在钢筋加工厂进行加工，切面切割为一个斜面，反射片粘贴在钢筋切面上，保证平稳牢固并且尽量使反射面垂直隧道中心，面向隧道外侧。

隧道内监控两点点位要做标示牌，便于查到。

标示牌要注明点名、埋设时间、测量人员及现场负责人，尺寸为30cm*20cm，如下图所示作为参考：

图六：

监控量测测点标示牌

5.4测点测线编号

工区编码，隧道工点编码由铁路总公司工程管理中心统一下发；断面编码，测点编码由客户端程序自动生成；测点编号顺序规则为:

监测点编号沿铁路大里程方向依次布设，线路中线位置测点编号为00，左侧编号为奇数，右侧编号为偶数，由中心线向外依次增大。

6监控量测方法及精度要求

6.1监控量测方法及流程

隧道监控量测使用全站仪进行观测，观测所使用的仪器设备必须经过国家仪器设备鉴定中心鉴定合格并有鉴定证书后方可使用，在监控量测实施前，要按规定对仪器进行检查校准，保证观测精度，减小仪器对观测结果的影响。

地表沉降观测点布设在隧道外，点位高差变化较大，仪器架设的高度对观测竖直角有很大的影响，为了保证观测的精度，仪器最好架设在固定的位置，取高度平均位置作为固定观测位置，减少仪器仰角和俯角太大对观测结果造成的影响。

隧道净空变化测量和拱顶下沉测量分别观测测点的三维坐标和拱顶的高程，实施监控量测工作前，提前通知现场监理人员进行旁站监理；按要求时间完成数据的采集，并及时上传至数据终端，根据终端软件计算分析结果，做出安全性评价意见，保证隧道施工的安全和质量。

终端机由监测小组长专人使用和保护，现场采集并且及时上传数据后，小组长要按周报月报分析制度及时建立管理台账及周报和月报，结合地质情况分析监控量测数据的变化规律，如果出现预警数据及时采取措施，对施工安全进行评价。

周报每周五16:

00前报送监理站；月报每月25日18:

00前报送建设指挥部和监理站。

月报重点内容：

结合F4地质情况和每日现场施工情况，分析总结变形规律。

分析各组隧道掌子面的安全状态；分析各类预警采取的主要工程措施及其控制变形的效果。

月报重点内容：

结合F4断层地质情况和施工现场情况，分析变形规律和各口掌子面的安全状况。

对安全管理基准进行分析评估，并对预留变形量提出处理建议，分析各类预警采取的主要措施及其控制变形的效果。

第四节组织机构中项目总工、工程部部长、测量队长在每天9点前要掌握前一天预警处理信息及处理措施，下午18点前掌握当天12点前平台上预警处理信息及处理措施。

监控量测信息化工作上报周报表

6.2监控量测项目

7量测频率

监控量测频率根据测点距开挖面距离及位移速率分别按表7-1和表7-2施行。

两者确定的观测频率值原则上取较大值观测，现遇F4断层带，应当加大观测频率，确保更有效准确的检测隧道形变。

监控量测断面距开挖面距离（m）

监控量测频率（次/天）

（0-1）B

2/d

（0-2）B

1/d

（2-5）B

1/2~3d

≥5B

1/7d

表7-1：

按距离开挖面距离确定监控量测频率

位移速率（mm/d）

监控量测频率（次/天）

≥5

2/d

1~5

1/d

0.5~1

1/2~3d

0.2~0.5

1/3d

<0.2

1/7d

各项监测必须持续到变形稳定后2~3周结束。

对于膨胀性和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，应延长观测时间继续观测。

8监控量测基准

监控量测基准应该包括隧道内位移、地表沉降等控制基准。

8.1位移控制基准

位移基准根据测点距开挖面的距离确定，初期支护极限相对位移按照表8.1和表8.2确定：

类别

距开挖面1B（U，B）

距开挖面2B（U2B）

距开挖面较远

允许值

65%U0

90%U0

100%U0

表8.1：

位移控制表

注：

B为隧道开挖宽度，U0为极限相对位移值

围岩级别

拱脚水平相对净空变化值（%）

拱顶相对下沉值（%）

III

0.3~0.6

0.12~0.3

IV

0.7~1.2

0.3~0.8

V

1.8~3.0

0.8~1.4

表8.2：

极限相对位移表

8.2地表沉降控制基准

地表沉降控制基准根据地层稳定性和周围构筑物的安全要求分别确定，取最小值。

控制基准应满足《铁路隧道设计规范》相关规定：

1>、根据控制基准和师太曲线形态判别围岩与支护的稳定性。

2>、一般情况下，二衬衬砌的施工应该在满足下列要求下进行：

1隧道水平位移变化速率和拱顶或者底板垂直位移速率明显下降；

2隧道位移相对变化值已经达到总相对位移量的90%以上；

3浅埋和围岩破碎、松散地带，二衬衬砌应该尽早施工。

9数据分析及信息反馈

隧道施工监控量测实现数据采集、数据传输、数据分析、预警发布和数据处理全过程信息化管理，已经纳入铁路标准化建设管理体系。

数据用APP软件采集，连接宽带上传到专用电脑终端客户端，通过相关软件进行处理，可参照《铁路隧道监控量测数据接口暂行规定》（工管办函

[2014]75号）施行。

对于采集到的监控量测数据，要进行检查校对，发现差异较大的数值时要重新采集，确定数据是否正确；当确认无误时，再进行及时上传，并横向和前期数据进行对比，得出累计变化量和本次变化量，绘制出散点图和回归曲线图。

具体分析如下图所示：

图9.1监控量测回归分析图

对数据分析分两类：

一是实时性分析，二是阶段性分析。

实时性分析当前数据的变化量，确定当前有无异常变化，并及时作出应对；阶段性分析是按周、月或者按断面累计值进行分析，掌握数据变化规律和趋势，提交分析报告，指导后续施工。

10保证措施

1>、监控量测工作严格按照《铁路隧道监控量测技术规程》的有关规定施行。

2>、测点布置力求合理，力求反映出施工过程中结构物的实际变形，应力情况及对周围建筑物的影响程度。

3>、施工过程中注意现场观测点的保护，监测过程注意仪器设备的鉴定。

4>、测点埋设位置准确，稳固，有醒目保护标志。

5>、监测数据应及时整理、上传、分析，当发现监测数据异常报警时，应该立即复测，检查寻找问题的根源，确认无误后立即上报主管单位、监理及业主，及时采取有效合理的措施进行处理。

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