青岛胶州湾隧道监测方案.docx
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青岛胶州湾隧道监测方案
青岛胶州湾隧道左线工程
监测方案
1项目背景
1.1概况
青岛胶州湾隧道项目全长7.12km，跨越海域长3.95km，设双向六车道。
隧道部分采用三孔隧道形式穿越海域，两侧为主隧道，中间一孔为服务隧道。
青岛胶州湾隧道为我国大陆第二条海底隧道，又是最长的海底隧道，建设规模大，世人关注，社会影响极大。
其中，本工程左线主隧道与分离式匝道过度段设置的特大断面，最大跨度28.3m、埋深15米。
汇合段为大断面隧道，汇合前为小间距隧道。
图1-1左线大断面平面图
图1-2青岛胶州湾隧道位置示意图
图1-3青岛胶州湾隧道总体图
图1-4青岛胶州湾隧道横断面图
1.2左线大断面工程环境
ZK2+898.74～ZK2+925段：
本段隧道埋深16～18m，洞顶以上有7～14m微风化基岩，微风化基岩多为块状砌体结构或块（石）碎（石）状镶嵌结构，岩质坚硬，围岩透水性弱，自稳能力好，围岩级别为Ⅱ～Ⅲ级。
ZK2＋925～ZK2+953段：
本段岩性较复杂，岩体受构造影响严重，岩体多呈碎裂结构，局部存在构造角砾夹泥，围岩自稳能力较差，围岩级别为Ⅳ级。
ZK2＋953～ZK3+043段：
本段隧道埋深16～17m，洞顶以上有7～13m微风化基岩，微风化基岩多为块状砌体结构或块（石）碎（石）状镶嵌结构，岩质坚硬，围岩透水性弱，自稳能力好，围岩级别为Ⅱ～Ⅲ级。
ZK3＋043～ZK3+106.96段：
本段隧道埋深17～21m，洞顶以弱风化基岩为主，厚度12～16m，岩体多为块（石）碎（石）夹少量泥质风化物的松软结构，岩质软硬不等，围岩透水性弱～中等，自稳能力较差，围岩级别为Ⅳ级。
图1-5青岛胶州湾隧道纵断面图
1.3各个监测断面参数及围岩等级
匝道与左线主隧道交叉口部形成的大断面段共有7个不同断面DZ1~DZ7，其中DZ7断面跨度18.6m、高13.2m、长47m、Ⅳ级围岩；DZ6断面跨度21.3m、高14.9m、长27m、Ⅳ级围岩；DZ5断面跨度22.8m、高15.4m、长27m、Ⅱ~Ⅲ级围岩；DZ4断面跨度24.3m、高16.2m、长53m、Ⅱ~Ⅲ级围岩；DZ3断面跨度26.5m、高17.8m、长28m、Ⅳ级围岩；DZ2断面跨度27.3m、高18.1m、长14m、Ⅱ~Ⅲ级围岩；DZ1断面跨度28.2m、高18.6m、长12m、Ⅱ~Ⅲ级围岩。
2现场监控量测
2.1监控量测目的
在采用浅埋暗挖法进行隧道施工的过程中，不可避免地要导致沿线的地层扰动和土体损失，使其影响范围内的地表及其下伏围岩产生变形，因此施工监测的主要目的是：
1、认识各种因素对地表和围岩变形的影响，以便有针对性地改进施工工艺和施工参数，预测、预报施工安全和隧道结构稳定性，减小地表和围岩变形，保证工程安全；
2、为研究地层、地下水、施工参数和地表土体变形的关系积累数据；为研究地表沉降与土体变形的分析预测方法等积累资料，并结合超前地质预报，为改进设计和调整施工参数提供依据；调整开挖及支护参数、修改施工设计，使设计达到优质安全、经济合理；
3、优化设计与施工，为后续工程提供依据。
2.2监控量测依据及原则
1编制依据
（1）公路隧道设计规范（JTGD70－2004）；
（2）公路隧道施工规范（JTJ042-94）；
（3）工程测量规范（GB50026-93）；
（4）《城市测量规范》（CJJ8-99）；
（5）《建筑变形测量规程》（JGJ/T8-97）；
（6）《国家一、二等水准测量规范》（GB12879-91）；
（7）锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）。
2监测工作原则
（1）严格执行相关技术规范和技术标准；
（2）监测工作以获得定量数据的专门仪器测量或专用测试元件监测为主，以现场目测检查为辅；
（3）监测工作部署科学合理，监测技术成熟先进，各项保证体系完善，保证措施切实可行；
（4）各项监测工作严格按照监测方案规定的监测频率实施，当变形超过有关控制标准或场地条件变化较大时，根据需要进行加密观测，当有危险事故征兆时，启动紧急预案；
（5）量测数据必须完整、可靠，对施工工况有详细描述，为业主提供可靠依据。
2.3监控量测项目
复杂地质条件下的复合式衬砌，预设计时通常采用工程类比法。
因此，可以通过监控量测数据，反映施工过程中围岩的动态信息，并据此判定隧道围岩的稳定状态，以对设计支护结构参数和施工的合理性进行判断，实施动态反馈设计。
施工过程中需对隧道周围的地表环境、围岩变形、围岩与结构的相互作用、爆破振动的影响等项目进行监测。
试验段主要监测项目内容见表2-1。
表2-1大断面、小间距监测项目
序号
监测项目
监测仪器
测点布设
监测频率
1
围岩及支护状态观察
目测记录及必要的辅助工具
每一开挖环一个断面
开挖后立即进行
2
初支与围岩间应力、初支与二衬间应力、二衬混凝土应变
应变计、钢弦式压力盒、频率接收仪
每个地段布置一个断面，每个断面布置5个测点
1-15天
1-2次/天
16天/1个月
1次/2天
1-3个月
1-2次/周
3个月以后
1-3次/月
3
钢拱架内力
钢筋计、频率接收仪
每个地段布置一个断面，每个断面布置5个测点
同上
4
爆破振动监测
UBOX-5016爆破振动智能监测仪
沿离爆破最近房屋墙角进行全程监测，将爆破参数提供给施工单位，以便调整参数，保证施工安全
爆破时监测
备注：
（1）上述各监测项目原则上应尽量同断面布设，以进行监测数据的综合分析。
2.4监控量测方法
（1）观察
①目的
细致的目测观察，对于监视围岩稳定性是既省事而作用又很大的监测方法，可获得与围岩稳定状态有关的直观信息，可通过这些信息，预测开挖面前方的地质条件，为判断围岩、隧道的稳定性提供依据，同时也可以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。
②内容
（1）地层的工程地质特性及其描述；
（2）地下水类型，涌水量大小，涌水位置，涌水压力；
（3）开挖工作面的稳定状态，有无剥落现象；
（4）初期支护完成后对喷层表面的观察、裂缝状况的描述和记录喷混凝土是否产生剥离，要特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏；
（5）有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象；
（6）钢拱架有无被压曲和其他变形现象；
（7）对已施做完的二衬进行观察，有无开裂现象；
（8）是否有底鼓现象。
（2）围岩压力及初支与二衬间的压力
压力盒布设在围岩与初支之间，即测得围岩压力；压力盒布设在初支与二衬之间，即测得两层支护间压力。
把测点布设在具有代表性的断面的关键部位上（如拱顶、拱腰、边墙等），并对各测点逐一进行编号。
埋设压力盒时，要使压力盒的受压面向着围岩。
测点布置如图2-1所示。
1、围岩与初支间的压力监测
①监测目的
通过对监测数据的分析，了解暗挖施工过程中开挖卸载后隧道围岩的应力变化规律，对施工进行反馈指导。
②监测仪器
XYJ-2型钢弦式压力盒、频率接收仪
③监测实施
（1）测点埋设
在每个监测断面沿隧道拱顶、拱腰及边墙埋设5个压力传感器。
（2）压力盒固定方法
考虑围岩级别的影响，将压力盒焊接在初支的格栅钢架上，要求压力盒平面与隧道壁面（切线方向）平行布置。
如图2-2。
图2-1测点布置图
图2-2焊接在初支格栅钢架上的监测仪器（钢筋计、压力盒）
（3）数据处理
对选测断面中的压力盒测得的数据可采用如下公式进行计算：
，（MPa）
其中：
K——压力盒的标定系数；MPa/Hz2
f——实测频率；Hz
f0——初始频率；Hz
2、初支与二衬间的压力监测
把压力盒布设在初期支护与二衬之间，即测得两层支护间的压力。
把测点布设在具有代表性的断面的关键部位上（如拱顶、拱腰、边墙等），并对各测点逐一进行编号，测点的布置同上。
布置后的压力盒如图2-3所示。
图2-3布设在初支与二衬间的压力盒（紧贴防水板）
（3）二衬混凝土应变
①监测目的
主要量测二次衬砌混凝土的微应变，以此评价支护结构的受力状况及合理性，为今后同类设计提供依据。
②监测仪器和方法
采用混凝土应变计、频率接收仪进行量测。
埋设前检验传感器的稳定性，混凝土应变计采用直接法用细铁丝绑接在二衬的第一层钢筋上（靠近围岩的钢筋为第一层），仪器安装后（二衬施作前）的三次读数平均值作为微应变测试的初始值。
③监测实施
测点布置：
测点布置与围岩压力监测相同。
布置后的混凝土应变计如图2-4所示。
图2-4布设在二衬第一层钢筋上混凝土应变计
④量测数据处理与分析
对选测断面中的应变计测得的数据可采用如下公式进行计算：
ε
，（µε）
其中：
K——应变计的标定系数；µε/Hz2
f——实测频率；Hz
f0——初始频率；Hz
根据微应变值绘制二衬混凝土应变-随时间的变化曲线，以及二衬混凝土应变随二衬支护距离的变化曲线图。
（4）钢拱架内力量测
①监测目的
主要量测初支钢拱架受力情况，分析初期支护的工作状态。
②监测仪器和方法
CL-XZ-B型钢筋计、ZX-100T振弦频率仪
③监测实施
测点布设在具有代表性的隧道断面的关键部位上（如拱顶、拱腰、边墙等）如图2-1。
每一断面宜布置5个测点，并对各测点逐一进行编号。
钢拱架钢筋计轴力测点和压力盒布设在同一个量测断面上，并且布设在同一榀钢架上，分别沿钢架的外侧和内侧成对布设。
钢筋计的布设如图2-2所示。
测点布设时在钢拱架应测部位截去一部分钢筋，把钢弦式钢筋计焊接在原部位，替换截去的钢筋。
安装时应注意尽可能使钢筋计处于不受力状态，特别不应处于受弯状态，将钢筋计的导线沿钢拱架引到测试匣中，待钢拱架在现场安装完成后，所测钢筋计的频率作为初始频率。
④量测数据处理与分析
同压力盒的处理分析一样，根据每次所测的各测点电信号频率，依据钢筋计的频率和钢筋计标定系数直接换算出相应的轴力。
（Mpa）
其中：
K——钢筋计的标定系数；KN/Hz2
f——实测频率；Hz
f0——初始频率；Hz
根据钢筋计轴力得出钢筋计应力，进而绘制应力随时间的变化曲线，以及钢筋计应力随开挖距离的变化曲线图。
综上所述，通过量测资料和分析，不仅可研究隧道支护结构的刚度是否匹配，而且可研究地层压力拱的形态和演变规律，从而为达到地表沉降的最佳控制选择合理的支护结构型式和支护参数。
（5）爆破振动监测
大断面上部地面有较多的军用和民用设施，地下有不少市政管线（供水、供电、煤气管道及通讯光缆等），本区低层建筑多为浅基础，以夯实的人工填土或强～弱风化基岩为持力层，基础埋深一般1～2米，部分深达5～6米，地下管线埋深不超过2米。
由于隧道跨度大，埋深浅，且下穿建（构）筑物，因此隧道开挖必须对爆破振动进行严格控制，并不断优化爆破设计参数，采取多种爆破振动控制手段，确保隧道施工安全及上部建（构）筑物和居民生活少受爆破振动的影响。
①监测目的
一般在爆破待测范围内，根据结构要求布设一定数量的测点进行监测。
监测主要对象为爆破质点所产生的振动速度。
同时由于爆区附近垂直振动比较明显，所以一般多采用质点的垂直速度作为爆破振动安全判据。
②监测仪器
爆破振动监测采用四川拓普测控科技有限公司生产的UBOX-5016爆破振动智能监测仪（如图2-5所示）。
UBOX-5016是一台高精度（16bit）的数据采集设备，通过连机后可对采样率、采样长度、触发方式等采集参数进行设置，设置完成后，即可按照所设定的方式自动进行数据采集和记录。
采集的数据可断电保存，随时可连机通过软件读取。
其数据采集设备包含信号调理和转换、采集控制和USB通信三大功能模块。
图2-5四川拓普UBOX-5016爆破振动智能监测仪
③监测实施
（1）现场准备
每次采集前，必须对仪器进行认真检查，检查的内容包括：
速率、触发方式、触发电平、量程、藕合输入以及采用通道（每台爆破仪最多为3个）等的设置。
与该次爆破的振动参数相适应后，方能进行采集。
（2）现场布点
测点布置在离爆破施工最近的房屋处。
其中，黄色探头接通道1，采集垂直方向的振速；红色探头接通道2，采集水平方向的振速（两探头均用石膏粘结在测点处，以石膏覆盖上探头为准）。
采集中的爆破振动监测仪如图2-6所示。
图2-6四川拓扑爆破振动智能监测仪（UBOX-5016）现场采集图
（3）振动信号采集
现场先布设好爆破振动监测仪，接到爆破通知后，将仪器置于采集状态，仪器将自动对爆破振动进行采集。
（4）数据分析与处理
通过现场采集的若干组爆破振速及有关系数的回归求出K、α值，利用萨道夫经验公式进行微振动爆破设计。
即：
在已知［Ｖmax］、K、α、R的条件下，求出每循环爆破的最大段允许装药量Qmax，即可随时根据监测结果来调整设计。
④爆破振速判别与反馈
依据《爆破安全规程》GB6722-2003中建筑物允许振动速度的规定（详见下表），确定本段隧道爆破时地表民房的安全允许震速标准。
国标GB6722-2003《爆破安全规程》中有关工程爆破时周围环境建筑物的安全允许震动标准见下表。
爆破振动安全允许标准
序号
保护对象类别
允许安全振速/（cm/s）
<10HZ
10Hz-50Hz
50Hz-100Hz
1
土窑洞、土坯房、毛石房屋
0.5-1.0
0.7-1.2
1.1-1.5
2
一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物
2.0-2.5
2.3-2.8
2.7-3.0
3
钢筋混凝土结构房屋
3.0-4.0
3.5-4.5
4.2-5.0
根据爆破振速的实测大小，并结合允许的安全振速，对此次爆破振动的情况作出判断，及时反馈施工单位，必要时对爆破参数进行调整，减小爆破振动对附近建筑物的破坏和居民生活的影响。
大断面初支与二衬间的防水板
大断面二衬支护
二衬后的大断面图
大断面与小间距的施工一景
二衬后的小间距
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