隧道施工中监控量测的应用交流多图.docx

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隧道施工中监控量测的应用交流多图

隧道施工中监控量测应用经验交流

舟山太平岗隧道由中交第四公路工程局第四工程公司承建，原设计全长985米，进口桩号为K0+050，出口桩号为K1+035，项目进场后经研究决定从出口端单端掘进，隧道出口挖方量较大，对当地原始地貌、环境破坏严重，我部本着保护环境早日进洞施工增创效益的理念，积极与监理、设计、业主单位沟通，最终调整为进口桩号为K0+050，出口桩号为K1+056，变更后隧道长1006米。

此次调整后进洞难度增大，洞口覆盖层厚度最少处只有2米，稳定性较差，给进洞带来一定困难，实际施工过程中部分地段地下水发育，穿越多个破碎带，但我部科学管理，精心组织，狠抓围岩量测工作，通过围岩量测发现其先兆，及时采取应急措施，避免了事故的发生。

太平岗隧道在公司及项目全体职工的努力下，于2011年5月进洞施工，2012年5月完成隧道开挖及二衬施工。

下面我将结合本项目隧道施工特点与大家交流下围岩量测的作用与经验。

一、监控量测工作的意义

监控量测是隧道新奥法设计、施工的重要组成部分，一般在设计文件中，对监控量测的目的是如下解释的：

（1）掌握围岩和支护动态，进行日常施工管理；

（2）了解支护构件的作用和效果；

（3）确保隧道施工的安全性、经济性；

（4）将监控量测结果反馈于设计和施工，以便修改设计，安全施工和运营。

从施工角度来说，围岩量测最大的作用就是能够根据沉降量、沉降速率等数据的变化有效的对隧道的塌方、大变形进行预警，保证施工安全。

隧道的塌方、大变形等不良灾害并不是突然产生的，在此之前是可以通过围岩量测发现其先兆的，如果采取的应急措施比较及时，事故是可以避免的。

可以说，围岩量测是隧道塌方的最好的预警措施，隧道发生塌方、大变形等事故，与围岩量测工作没做到位有直接关系。

其次是可以对施工方法及支护参数提供有效的指导，隧道施工方案一般都是根据围岩状况及施工经验来确定的，但方案是否合理，还要通过围岩量测数据进行验证。

浅埋的隧道出口地表下沉及周边收敛明显

洞内塌方冒顶

以上几副图是我部隧道施工中由于不良地质引起的一些情况，从第一幅已经施工完毕的洞口图可以看出洞口埋深超浅，土体稳定性极差，施工中极易失稳；第二幅图是已经完成初期支护的洞口通过对地表下沉、周边收敛的观测，发现变形速率过快，我部快速反应，及时施做了临时仰拱等措施，使得变形得到控制，未造成严重后果。

第三四幅图为塌方冒顶，在施工过程中我部通过监控量测反应出来的数据发现围岩变形速率反常，在未出现明显塌方前已经积极与各部门沟通并采取了对已施工段增设复拱未施工段加大工字钢尺寸等补强措施，虽然未控制住，但此次塌方得益于监控量测预警，我部人员及时撤离并对洞外地表范围做了封闭等措施，未造成人员伤亡，使经济损失降至最低。

二、围岩量测的具体实施方法

以下从量测项目及仪器选择、围岩量测实施流程、必测项目的具体实施等方面进行叙述。

1、量测项目及仪器选择

序号

项目

仪器选择

备注

1

地质素描

现场查看、数码相机、罗盘仪

2

拱顶下沉

水准仪、钢挂尺或全站仪

3

净空变化

收敛仪或全站仪

4

地表沉降

水准尺、铟瓦尺或全站仪

2、围岩量测实施流程

施工准备→确定埋设断面→测点埋设→数据采集

→数据整理分析及反馈→资料归档

3、量测具体实施

（1）地表沉降

隧道洞口及浅埋地段需进行地表沉降观测，在选定的量测断面区域，首先应设一个通视条件较好、测量方便、牢固的基准点。

地面测点布置在隧道轴线及其两侧,每个断面共7～11个测点，测点间距2-5m，隧道中间附近应适当加密，隧道中线两侧量测范围不应小于H0+B（见图1）。

测点用全站仪定位到隧道中心位置，应埋设水泥桩，用精密水准仪配铟瓦水准尺进行观测（见图2、3）。

隧道开挖距测点前30m处开始测量，隧道开挖超过测点50m、并待沉降稳定以后停止测量。

作为必测项目，施工单位应视施工需要加密沉降观测点。

地表沉降观测应该注意以下事项：

（1）基准点不要选择隧道经过的山体上，要保证基准点的稳固。

（2）基准的高度要选择好，可以使用水准仪一镜可以测量全部的沉降观测点，不要频繁的转站。

（3）测量顺序应先读后视读数，然后依次观测各沉降点，每个点读一次数，再读后视读数（必要时应动一下水平仪的位置），如此往复3次，成果取平均值。

应该将高程数据引测到基准点上，可以对隧道埋深情况进行了解。

图二：

测量人员进行地表沉降观测

图三：

地表沉降点的埋设

（2）拱顶下沉

拱顶下沉点与净空变化点应布置在同一断面上，原则上设置在拱顶轴线附近，当隧道跨度较大时，应结合施工方法在拱部增设测点。

数据采集使用水准仪与钢挂尺或全站仪来完成。

使用水准仪与钢挂尺来进行测量时，点应布设成挂钩形式，以方便悬挂钢尺（见图4、图5）。

图六：

使用水平仪进行拱顶下沉观测

当隧道断面大，拱顶的高度较高，如果使用水准仪进行测量，悬挂钢尺时非常不方便，实测中使用全站仪免棱镜方式测量，拱顶沉降点的布设应预埋Φ22钢筋外露支护面2cm，外露的钢筋头应打磨平整并贴上反光贴片。

图七：

使用全站仪进行拱顶下沉观测

图八：

拱顶下沉测点（反光贴片）

（3）周边收敛

在预埋设点的断面位置，隧道开挖爆破以后,沿隧道周边的拱顶、拱腰和边墙部位分别埋设测桩。

测桩埋设深度30cm，钻孔直径φ42，用快凝水泥或锚固剂固定，如果采用螺丝状测桩头则需设保护罩，采用挂钩式测桩则需避免隧道施工人员悬挂风管、电线或杂物等造成破坏或移动。

采用收敛仪量测周边收敛，初始读数应在开挖后12h内读取，最迟不得超过24h，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读取。

（见图9～图11）

图九：

收敛埋设示意图

图十：

量测人员使用收敛仪进行周边收敛量测

图十一：

量测人员使用收敛仪进行周边收敛量测

使用收敛仪应注意如下事项：

1.仪器螺旋旋到最紧处为归零位置，由于测量人员的手劲不同，每个人使用时归零的位置都是不同的，所以经过初次归零后，不要频繁的归零，如果产生偏差后需要归零，则需要同一人来进行。

2.仪器在测量时，钢尺是处于悬空的状态，为了降低钢尺自重产生的误差，要给予钢尺足够的拉力，要特别注意的是，每次测量时钢尺使用的拉力必须是固定值，千万不可变换钢尺的拉力。

3.读数时，不要用手扶着钢尺，要使尺处于自然悬空的状态。

4.如果收敛仪在使用过程中损坏，换了新的收敛仪，不能用两台收敛仪的读数相减求收敛值，但是收敛值可以叠加。

（4）测点布设与数据采集要点

点位布设与数据采集的方案，要综合考虑实施难度、测量的精度、费用等方面，做出最优的选择。

如果实施的难度大，量测人员的作业量过大，可能会造成量测过程中敷衍了事、资料造假现象。

例如使用收敛仪来测量时，台阶法开挖中上台阶可以很方便的量测，待下台阶开挖后量测难度就加大，使用梯子已经无法接触到收敛点了，需要使用装载机、挖掘机等机具将测量人员送到较高的位置，方可测量。

而且两端都要挂尺，操作起来难度很大。

量测的精度要根据实际情况来选择，不要一味的追求高精度而给量测工作增加难度。

一般隧道变形量大，精度要求稍低，变形量小，精度要求稍高。

收敛仪的精度稍高，但施测较为繁琐，全站仪的精度稍低，但操作简便，应酌情选择。

总体来说，隧道围岩量测数据采集量非常大，需要长期的坚持才能见成效。

三、围岩量测数据处理

1.数据处理

根据量测数据绘制位移与时间的关系曲线，可以较直观的看出围岩位移变化的情况，并初步判定围岩是否趋于稳定或出现异常情况。

建议在Excel表格中及时输入量测结果，并利用其图表功能自动生成曲线图，能保证量测数据与曲线图同步，更能及时直观的得到围岩变化情况。

图十二：

拱顶下沉观测记录表

图十三：

周边收敛观测记录表

图十四：

回归分析表（收敛值与时间、收敛值与进尺）

2.围岩量测数据常规结论

隧道开挖后洞内的变形一般分为三个阶段，初期急剧变形阶段、中期缓慢变形阶段、末期趋于稳定阶段。

这是围岩调整自稳的一个正常的过程。

Ⅳ、Ⅴ级围岩初期急剧变形阶段变形量、变形速率较大，达到稳定的时间很长；Ⅱ、Ⅲ级围岩初期迅速变形完成，最终达到稳定的时间很短。

在分析量测数据时，首先关注变形量、变形速率是否过大，可以参照设计及规范的位移管理等级来进行判断。

其次要重点关注曲线的异常变化，出现反拐点，无论是变形速率突然增大，还是突然不收敛，都属于反常情况，一定要查明原因，看是否在可控范围内（如图十五）

图十五：

规范中示意的正常曲线与反常曲线

不同的施工方法可能造成围岩变形中位移与时间变化并非一条单一的曲线，根据实际量测结果总结得到，台阶法开挖时，下断面开挖可能会使已稳定围岩再次出现变形，已趋于稳定的围岩再次出现变形速度增大，然后逐渐稳定。

仰拱开挖时也可能造成围岩位移发生突变，但如及时浇筑仰拱砼和填充可有效控制围岩变形，砼浇筑达到一定强度后（一般2至3天），围岩变形便会迅速稳定，因此位移-时间曲线中间突变部分会接近直线变化。

因此仅靠单一的曲线方程对围岩位移的描述是不能准确反映围岩的动态变化的，因此需要以回归分析方法为基础，加强目测围岩及初支的稳定情况，对围岩变形进行更全面的分析。

分析出现每个区间变化的影响因素，将影响因素分为可控因素和不可控因素，以用于指导施工，消除可控因素影响，减小不可控因素的影响。

如调整施工方法，减小对围岩的扰动，或加强支护参数，保证施工安全。

如下台阶开挖属不可控因素，但可根据控制边墙一次开挖的长度减少围岩的变形，使围岩变形在可控范围内。

仰拱开挖对围岩的影响也可通过施工质量及工序的控制改善，根据实践证明，初期支护拱架的锁脚锚杆可有效减小开挖对围岩变形的影响，因此在拱架施工时，应严格控制锁脚锚杆的施工质量，此外，如初期支护不及时，一次开挖进尺过长，施工方案不合理等对围岩的影响都属于可控因素，可通过调整、改进消除其影响。

4、围岩变形的规律总结

我标段隧道围岩主要为土质、软石，变形一般规律为：

开挖后隧道变形主要是拱顶沉降、浅埋段的地表沉降，而洞内的水平收敛却没有明显的趋势；洞内沉降速率快，沉降量大，持续的时间长，成直线性的下降，而且并没有回归的趋势，相对比较上台阶开挖时一定时间内沉降速率并不是很快，在下台阶开挖后，沉降速率急速加大，在仰拱封闭成环后，又迅速稳定，沉降速率急速变小，当仰拱填充混凝土的强度上来后，就完全稳定。

在地表浅埋段，沉降量与沉降速率基本与洞内相同，伴随地表的环向开裂。

土质、软岩隧道的主要危害为隧道的大变形，预防措施如下：

制订科学合理的施工方案；根据围岩量测的结果确定适当的预留变形量；加强各施工工序的衔接及施工质量；适当缩短仰拱、二衬距掌子面距离。

为保持隧道的稳定，一旦发现沉降量过大、速度过快，有侵入二衬净空的可能，应立即停止掌子面施工，加快掌子面后方仰拱与二衬的施工。

必要时在掌子面施作临时仰拱。

5、对监控量测工作的一些看法及问题

按照规范及设计要求，围岩量测工作应作为一道工序纳入施工管理，但是大部分隧道施工中的围岩量测工作留于形式，未按规范要求布设测点、测点埋设不及时、数据采集频率不足、未进行数据处理、数据处理结果未及时反馈，导致围岩量测结果无法真实的反馈于设计，不能正确的指导施工。

为使围岩量测工作能够充分的发挥作用，一定需要要充分了解、认识到围岩量测工作能起到的实际作用，加大人员设备等方面的投入；对测量人员加强技术培训，使其充分掌握工作的实施流程，仪器的操作方法等；加强理论知识的学习，采取更为科学便捷的数据处理方法；注重积累不同地质的变形规律并加以实践应用；加强围岩量测工作管理，坚决杜绝弄虚作假现象；加强对该项工作的交流，分享各自在围岩量测工作中积累的经验。