石岭隧道监控量测方案.docx

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石岭隧道监控量测方案

1编制依据3

2工程概况及地质情况3

工程概况3

工程地质4

3隧道监控量测目的5

4管理机构及职责6

管理组织机构6

.

管理机构职责7

量测仪器设备及人员配置9

设备配置9

测量人员配置10

5信息化管理等级和工作流程10

隧道安全等级管理10

监控量测工作流程图12

6监控量测项目12

:

必测项目12

选测项目13

7测点布置及量测方法14

洞内、外观察14

量测工具14

量测方法14

拱顶下沉及水平收敛量测15

量测工具16

!

量测方法16

浅埋段地表沉降量测19

量测工具19

量测方法20

8监控量测频率20

9量测位移等级管理22

10量测数据的整理分析24

【

1编制依据

（1）《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）；

（2）《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753—2010）；

（3）《工程测量规范》（GB50026-2007）；

（4）《铁路隧道设计规范》（TB10003—2005）；

^

（5）《杭黄、皖赣铁路隧监控量测管理办法》杭黄安〔2014〕133号；

（6）《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》（铁建设〔2010〕120号）；

（7）《新建杭州黄山铁路工程施工图》。

2工程概况及地质情况

工程概况

新建杭州至黄山铁路为双线客运专线铁路，设计时速250km/h。

石岭隧道位于浙江省淳安县左口乡境内。

测区内通过剥蚀低山区，地势较陡，自然坡度30ﾟ~50ﾟ，地表植被发育茂密，山体山间凹地发育。

隧道起讫里程DK179+~DK181+330，全长米，为双线隧道，进口标高为，出口标高为，最大埋深约116m。

隧道围岩级别和长度如表2-1所示：

！

表2-1隧道围岩级别及长度

隧道名称

进出口里程

长度（m）

围岩分级计算长度（m）

!

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

石岭隧道

DK179+

DK181+330

!

840

520

474

工程地质

本区以北东向构造为主，北西、南北向构造次之的基本构造格架。

隧址区断裂构造较发育。

石岭隧道穿越5条断裂破碎带，断层及其影响带附近，岩体破碎，赋水性较好；沟谷浅埋段上覆松散较厚，顶板较薄，容易与地表水通联，尤其雨季施工时，地表水渗入，易产生局部突水情况。

F1断层：

断层与线路相交于DK179+590处，走向与线路夹角约60°，趋向大里程，倾角约75°，断层影响带宽30m。

断层破碎带及影响岩体破碎，地下水发育，导水性较好，对围岩级别有影响。

|

F2断层：

断层与线路相交于DK179+860处，走向与线路夹角约60°，趋向小里程，倾角约76°，断层影响带宽30m。

断层破碎带及影响岩体破碎，地下水较发育，导水性较好，对围岩级别有影响。

F3断层：

断层与线路相交于DK180+190处，走向与线路夹角约90°，趋向小里程，倾角约85°，断层影响带宽30m。

断层破碎带及影响岩体破碎，地下水较发育，导水性较好，对围岩级别有影响。

F4断层：

断层与线路相交于DK180+480处，走向与线路夹角约70°，趋向大里程，倾角约80°，断层影响带宽50m。

断层破碎带及影响岩体破碎，地下水较发育，导水性较好，对围岩级别有影响。

F5断层：

断层与线路相交于DK181+100处，走向与线路夹角约87°，趋向大里程，倾角约85°。

断层影响带宽60m。

断层破碎带及影响岩体破碎，地下水较发育，导水性较好，对围岩级别有影响。

3隧道监控量测目的

实时监控量测不但可以及时提供隧道拱顶下沉、周边收敛、围岩内部位移、钢支撑受力情况、锚杆轴力、支护和衬砌内应力等信息，用于判断施工工艺的可行性，设计参数的合理性，提出更加恰当的施工方法和合理的支护措施。

因此，实施隧道信息化动态施工控制，既能达到安全快速施工，又能节省工程造价的目的，且具有如下重要的意义：

（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；杜绝因监控量测管理不到位而造成安全事故，尤其要杜绝施作初期支护后因监控量测管理不到位而造成的坍塌事故。

*

（2）在施工过程中对前进的开挖工作面附近围岩性质、状态进行目测，掌握围岩动态，以及围岩的施工力学性能，了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布，及时改进支护。

对围岩稳定性、安全性作出评价来指导现场施工；

（3）验证支护结构型式、支护参数的合理性，对支护结构、施工方法的合理性及其安全性作出评价及建议，为确定二次支护时间提供依据；

（4）积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据，为修改变更设计、调整施工方法提供科学依据；

（5）实现监控量测数据采集、传输分析、预警发布与处理全过程信息化管理。

APP采集软件、现场网络条件、专用电脑及客户端等软硬件系统应执行《铁路隧道监控量测数据接口暂行规定》（工管办函〔2014〕75号）。

4管理机构及职责

管理组织机构

（1）一分部组建隧道围岩监控量测工作小组，一分部总工为组长，工程部长、安质部长、为副组长。

监控量测工作小组负责监控量测组织、实施、协调。

（2）一分部成立围岩监控量测测量小组，小组长由分部测量队长担任，负责具体数据的采集和上传，隧道作业班组配合点位的埋设和保护。

要求测量小组组员要业务熟悉，责任心强，每小组编制3-4人，经过培训合格后方可上岗。

配备专用车辆进行人员接送。

人员不得随意更换以确保监控量测工作和数据资料的连续性。

<

监控量测组织机构图如下：

组长：

蔡小平

副组长：

丁支文董玉伟

监控量测小组主要人员

李林军信明伟廖世元毛高彬

>

项目总工

《

图1监控量测组织机构图

管理机构职责

*

（1）建立本标段监控量测信息平台，完善监控量测管理组织体系及责任分工，人员设备配备应满足要求。

（2）按监控量测方案组织实施，明确施工现场布点、实测、上传数据核对等工作负责人，项目客户端管理配置专业人员，配备符合要求的仪器和设备。

确保监控量测项目及频率符合规范及现场实际要求，保证监控量测数据的真实、及时和完整。

（3）落实根据监控量测管理等级采取的相应施工措施。

出现预警后，及时采取措施消除预警。

（4）负责在实施监控量测工作前，填写监控量测日志表，详细记录监控量测实施部位里程位置，工况环境及地质简明情况。

表4-1监控量测日志表

序号

日期时间

~

量测部位

备注

上导里程

中导里程

下导里程

仰拱里程

;

…

说明：

1.监控量测日志表由监控量测实施人员填写

2.备注栏中填写对量测有影响情况如：

点位损坏、数据传输、停测原因等，以及向上级管理人员汇报，掌子面工程地质进行直观描述，初期支护观察情况等简要说明。

（5）负责在规定的时间内完成数据采集和上传，在每个掌子面完成量测后实时上网传输。

根据软件分析结果，对出现异常的部位（平台预警部位）及时采取有效措施进行处理，并将处理措施及时录入信息管理平台。

（6）专人负责终端机管理，专机专用，终端机不得进行其他工作。

同时建立管理台帐和日报、周报、月报制度，结合地质情况分析监控量测数据的变化规律，预警后采取工程措施的效果，对施工安全进行评价。

在月报中对安全管理基准（变形速率和累计变化量）进行分析评估，并对预留变形量提出调整建议。

认真执行杭黄、皖赣铁路隧道围岩变形监控量测周报、月报制度。

每周四将上周四至本周三的量测资料报送监理单位和杭黄公司安质部。

每月25日前向监理单位和杭黄公司报送月报资料。

周报和月报重点内容：

结合地质情况分析变形规律；分析各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；提出预警基准调整建议；现场监控量测管理中好的经验和存在问题（针对客户端、手机用户、网页）;监控量测系统平台使用过程中的优化改进建议等。

（7）监控量测点的布设要保证及时布设测点且牢固可靠，反射贴片与全站仪激光束基本正交。

：

（8）认真落实变形异常段的处理措施。

（9）明确施工现场布点、实测、上传数据核对等工作负责人。

项目客户端管理作为监控量测工作信息化的核心，人员配置必须具有工程技术、监控量测、电脑操作、网络管理等方面的知识，且熟练操作本信息化系统。

（10）各分部应设一专业监控量测工程师，负责掌握每天标段内所有测点的监控量测运行情况，发现问题及时报告相关领导。

一分部项目总工程师、安质部长及工程部长每天应掌握管段内的预警信息并及时组织处理，消除预警。

量测仪器设备及人员配置

设备配置

（1）仪器的配备严格按照相关设计文件进行配备。

使用的全站仪（标称精度不得低于2″，2mm+2ppm）状态良好，经鉴定合格后方可使用，不定期对仪器进行自检。

…

表4-2设备配置表

序号

设备名称

规格型号

数量

用途

1

全站仪

~

2〞索佳SET250RX

1

数据的采集

2

电子水准仪

天宝DiNi03

2

数据的采集

@

3

手机

2

数据的上传

4

车辆

%

2

人员的接送

（2）与通信运营单位达成协议，在每个隧道作业面安装远端机，保证各隧道工点网络的畅通。

（3）一分部总工、工程部部长、安质部长，配备专用电脑，安装围岩数据处理PC客户端；主要管理人员配备手机并安装手机客户端。

测量人员配置

表4-3测量人员配置表

小组

~

人数

负责范围

人员

量测小组

4

石岭隧道

李林军、信明伟、廖世元、毛高彬

5信息化管理等级和工作流程

@

隧道安全等级管理

采用变形总量和变形速率对隧道安全进行等级管理

（1）位移管理等级（见表5-1）及采取措施（见表5-2）。

表5-1位移管理等级

安全等级

变形量/mm

正常

*

（绿色）

预警二级（黄色）

预警一级（红色）

备注

围岩级别

Ⅲ

＜40

40～80

`

＞80

不包括高地应力软岩和膨胀岩隧道

Ⅳ

＜50

50～100

＞100

Ⅴ、Ⅵ

＜75

75～150

＞150

注：

“～”含义为包括上、下限值

！

表5-2措施对应表

安全等级

处理措施

正常（绿色）

正常施工

预警二级（黄色）

加强监测，必要时采取网喷混凝土等措施进行补强

预警一级（红色）

[

暂停施工，增设横、竖支撑进行抢险，后续施工时，应加强支护，调整施工工法。

（2）测点位移速率≥5mm/d时，由分部总工应与监理工程师联系一起在施工现场进行原因分析，并采取处理措施；当速率连续2天＞10mm/d时，由监理单位组织施工单位进行原因分析和制定处理措施并上报杭黄公司安质部部批准；当测点位移速率大于15mm/d由杭黄公司组织设计、监理、施工等单位进行原因分析，并制定处理措施。

变形总量应控制在管理等级范围内，当变形总量未达到控制基准时，采用变形速率的大小对稳定状态进行判断和控制。

（3）监控量测数据整理、分析和反馈应符合下列要求，监控量测信息化系统工作流程见图5-1.

（4）每次监控量测后应及时通过网络将数据上传到服务器。

（5）通过专用软件分析处理数据，自动生成事态曲线图进行回归分析，预测可能出现的最大值，并与位移管理等级进行比较。

（6）出现红色预警时，由建设单位组织设计、监理、施工单位研究制定相应措施.

…

监控量测工作流程图

图5-1监控量测信息化系统工作流程图

6监控量测项目

必测项目

杭黄铁路站前Ⅶ标管段所有隧道现场监控项目及内容如下（表6-1）：

！

表6-1监控量测必测项目

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、数码相机

2

衬砌前净空变化

隧道净空变化测定仪（收敛计、全站仪）

|

3

拱顶下沉

水准测量的方法，水准仪、钢挂尺或全站仪

1mm

一般进行水平收敛量测

4

地表下沉

水准测量的方法，水准仪、铟钢尺或全站仪

@

1mm

浅埋隧道必测（H0≤2b）

注：

H0—隧道埋深；b—隧道最大开挖宽度。

上述四项内容均属于监控量测必测项目，这类量测是为了确保在施工过程中的围岩稳定和施工安全而进行的经常性量测工作。

量测方法简单，量测密度大，量测信息直观可靠，是贯穿在整个施工过程中，对监视围岩稳定，指导设计和施工有巨大的作用。

土建施工完成量测工作亦告结束。

其布置原则是根据隧道不同的地质条件、施工方法设置，但不能少于《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204-2008）和《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）的规定。

选测项目

选测项目应根据工程规模、地质条件、隧道埋深、开挖方法及其他特殊要求，有选择地进行（表6-2）。

表6-2监控量测选测项目

】

序号

监控量测项目

测试方法和仪表

测试精度

备注

1

地表下沉

水准测量的方法，水准仪、铟钢尺或全站仪

!

1mm

H0＞2b时

2

隧底隆起

水准测量的方法，水准仪、铟钢尺或全站仪

1mm

3

；

围岩内部位移

多点位移计

4

围岩压力

压力盒

：

5

二次衬砌接触压力

压力盒

6

钢架受力

!

钢筋计、应变计

7

喷混凝土内力

混凝土应变计

10με

"

8

锚杆轴力

钢筋计

9

二次衬砌内力

混凝土应变计、钢筋计

/

10

爆破振动

振动传感器、记录仪

临近建筑物

11

！

围岩弹性波速度

弹性波测试仪

11

12

孔隙水压力

水压计

！

13

水量

三角堰、流量计

14

纵向位移

、

多点位移计、全站仪

注：

H0—隧道埋深；b—隧道最大开挖宽度。

7测点布置及量测方法

洞内、外观察

量测工具

地质罗盘、地质锤、放大镜、数码相机或摄像机等。

?

量测方法

（1）洞内观察

洞内观察可分为开挖工作面观察和已施工区段观察两部分，分别观察工作面状态、围岩变形、围岩风化变质情况、节理裂隙、断层分布和形态、地下水情况以及喷射混凝土的效果。

①开挖工作面观察应在每次开挖后进行一次，当地质情况基本无变化时，可每天进行一次。

观察后应绘制开挖工作面略图（地质素描），填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡在观察中如发现地质条件变化，应立即通知施工负责人采取紧急措施。

②对已施工区段的观察也应每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况。

由地质工程师采用地质罗盘和目视的手段结合经验进行记录与判断，每一检测断面应填写记录表。

记录表模板见附表1“开挖工作面地质状况记录表”：

（2）洞外观察

洞外观察的重点在洞口段和洞身浅埋段；正常情况下每3天观察一次，特殊情况下如洞口附近施工、雨季时，每天1次。

观察内容包括对洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定、地表水渗透的观察，并做好记录。

！

拱顶下沉及水平收敛量测

量测工具

综合考虑多方面因素，采用无尺量测技术量测，利用全站仪高精度量测距离和角度的功能，现场在围岩上布设测点，精确测量围岩上各测点的相互关系。

量测精度为1mm。

全站仪测收敛测线AB的示意见图7-1“全站仪收敛测量示意图”。

图7-1全站仪收敛测量示意图

全站仪收敛测量的计算，现场采用自由测站方式，以全站仪机身为原点O，观测点分别A和B，测点分布示意图如上。

利用三角关系可得，收敛计算公式如下：

Lab=[（L2oc+L2od-2×Loc×Lod×cos∠COD+（Lbc-Lad）2）]1/2

拱顶下沉和侧墙位移采用全站仪进行二维测量。

）

量测方法

（1）测点布置

拱顶下沉量测的监测点原则上设置在拱顶轴线附近；水平收敛监测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，埋设3个点，可设一条水平测线；当采用台阶开挖方式时，可在拱腰和边墙位置各设一条水平测线。

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

拱顶下沉量测应与水平收敛量测在同一量测断面内进行，监测断面尽量垂直于隧道纵向中轴线。

净空变形量测应在开挖面施工后及时安设，并在开挖支护后2小时内取得初始读数，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。

隧道各不同施工方法测线布置见图7-2“拱顶下沉量测及水平收敛量测的测线布置示意图”。

（a）（b）

（a）适用于全断面开挖布设；（b）适用于台阶法开挖布设

<

（C）适用于四步CD法开挖布设

图7-2拱顶下沉量测及水平收敛量测的测线布置示意图

拱顶下沉及水平收敛的监控量测断面按表7-1的要求布置。

表7-1必测项目量测断面间距和每断面测点数量

围岩级别

:

断面间距（m）

每断面测点数量

净空变化

拱顶下沉

Ⅴ

5

@

2条基线

2点

Ⅳ

10

1条基线

1点

Ⅲ

30

~

1条基线

1点

Ⅱ

50

1条基线

1点

注：

①洞口及浅埋地段断面间距取小值；

②各选测项目量测断面的数量，宜在每级围岩内选有代表性的1～2个；

！

③软岩隧道的观测断面适当加密。

（2）埋设件标准

进行无尺量测技术量测，测点应采用膜片式反射器作为测点靶标，靶标粘附在预埋件上。

测桩埋设深度40cm，钻孔直径2cm，用快凝水泥或早强锚固剂固定。

非接触性埋设件由钢筋加工厂统一加工制作，其制作标准见图7-3“非接触性埋设件示意图”。

a预埋件图

B安设图

！

图中L不小于40cm，必须埋入围岩内

图7-3非接触性埋设件示意图

（3）精度保证措施

对于使用全站仪收敛测量关键如何确保测量精度，因为洞内施工中可能受到各种因素的影响。

现场主要对以下几点重点控制：

①精平控制；目的在于准确测量相对高差，使用这个方法测量时可以不测仪高。

②确保测点清晰；洞内光线不好，有必要使用较好的辅助光源；

③预埋反光片测点时要事先估计好测站大概位置，确保反光片与测站基本垂直。

④为保证测量精度，在测站点位置的选择上尽量避免小角度量测。

?

⑤作好测点的保护和核查工作。

这一点主要在于减少其它因素引起的非正常变化和监测数据的不连续性。

浅埋段地表沉降量测

地表沉降量测是保证隧道洞口安全施工的重要措施之一，通过浅埋段地表沉降量测可以判断隧道开挖对地表产生的影响及防止沉陷措施的效果，推测作用在隧道上的荷载范围。

量测工具

地表沉降监控量测采用精密水准仪，量测精度为1mm。

量测方法

（1）测点布置

浅埋段隧道地表沉降测点应在隧道开挖前布设。

地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。

地表沉降测点纵向间距按表7-3的要求布置。

"

表7-3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＜

20～50

B＜H0≤2B

10～20

H0≤B

.

5～10

注：

1.无地表构筑物时取表中上限；

为隧道埋深，B为隧道开挖宽度。

地表沉降测点横向间距为2～5m，在一个量测断面内应设7～11个测点，在隧道中线附近测点应适当加密，基准点应设置在地表沉降影响范围以外。

隧道中线两侧量测范围不应小于22，地表有控制性建（构）筑物时，量测范围应适当加宽。

地表沉降量测应在开挖工作面前方22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和拱顶下沉及水平相对净空的量测频率相同。

地表沉降监控量测的测点布置如图7-4“地表沉降横向测点布置示意图”。

图7-4地表沉降横向测点布置示意图

（2）埋设件标准

；

地表沉降量测的监测点采用地表钻孔埋设，用Ф22钢筋制作，测点四周用混凝土或水泥砂浆固定。

埋设件的标准见图7-5“地表沉降监测点埋设件示意图”。

图7-5地表沉降监测点埋设件示意图

8监控量测频率

每个测点测取读数的频率不少于规范要求，《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204-2008）规定必测项目的监测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度分别按表8-1和表8-2确定。

表8-1按距开挖面距离确定的监测频率

监测断面距开挖面距离（m）

&

监测频率

（0～1）B

2次/d

（1～2）B

1次/d

（2～5）B

1次/2～3d

＞5B

>

1次/7d

注：

—隧道最大开挖宽度；

2.出现异常情况或不良地质时，应增大监测频率；

表8-2按位移速度确定的监测频率

位移速度（mm/d）

监测频率

≥5

~

2次/d

1～5

1次/d

～1

1次/2～3d

＜

1次/7d

同时还要满足工程需要，见表8-3：

*

表8-3按工程需要确定的监测频率表

序号

项目名称

量测间隔时间

1～15天

，

16天～1月

1～3月

3个月以后

1

地质及支护状况观察

每次爆破后进行

2

拱顶下沉、水平收敛

:

1～2次/天

1次/2天

1～2次/周

1～3次/月

3

浅埋段地表沉降

开挖面距量测断面的距离D：

D<1B时，1～2次/天；1B

注：

由距开挖面的距离决定的监测频率、由位移速度决定的监测频率以及由工程需要确定的监测频率中，原则上采用较高的频率值。

|

对于采用分部开挖的地段，如正台阶开挖，上半断面开挖和下半断面开挖不在同一时间，当量测断面工作状态发生改变时的前后一个星期之内或距离测点一倍洞跨以内是按1次/天的频率采集数据，这样比规范要求的次数几乎多了一倍。

如埋设的测点量测期间遭到破坏，恢复以后按新埋测点要求采集读数，这样增加了采集数据的次数和数据采集量。

量测过程中若遇围岩变形速率较快时，量测频率应在规范规定的基础上加密。

为保证监控量测的准确性，各项量测作业均应持续到变形基本稳定后，在以1次/周的量测频率测2～3周后结束，对净空收敛和拱顶下沉变形基本稳定时变形速率＜d。

对于膨胀性围岩和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间，当位移速率＜1mm/d时方可结束。

9量测位移等级管理

围岩稳定性的综合判别，应根据量测结果按下列指标进行：

（1）实测最大位移值或回归预测最大位移值不应大于表9-1、9-2所列指标，并按表9-3变形管理等级指导施工。

表9-1跨度B≤7m隧道初期支护极限相对位移

—

围岩级别

埋深h（m）

h＜50

50

300

拱脚水平相对净空变化值（%）

Ⅴ

\

～

～

～

Ⅳ

～

～

～

Ⅲ

^

～

～

～

Ⅱ

～

～

拱顶相对下沉（%）

-

Ⅴ

～

～

～

Ⅳ

～

～

～

（

Ⅲ

～

～

～

Ⅱ

～

～

~

注：

①硬岩取下限，软岩取上限；

②拱脚水平相对净空变化指两测点间净空水平变化值与其距离之比；拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比；

③墙腰水平相对净空变化