隧道监控量测专项施工方案.docx
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隧道监控量测专项施工方案
武汉市花山大道新建工程光谷五路至武九铁路段施工总承包项目经理部
隧道监控量测
专项方案
中国核工业中原建设有限公司
批准：
审核：
校核：
编制：
姚冰
二〇一〇年十月
目录
1.编制依据1
2.编制原则1
3.工程概况1
3.1工程概况1
3.2主要设计技术指标1
3.3隧道施工方法1
4.监测内容2
4.1一般规定2
4.2监控量测项目和技术要求3
5.监控量测方法7
6.量测数据处理与运用9
7.组织管理12
8.保证措施12
1.编制依据
武汉市花山大道新建工程施工设计图纸；
《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）；
《公路隧道施工技术细则》（JTG/TF60-2009）；
《公路工程质量检验评定标准》（JTG/TF80/1-2004）
2.编制原则
1、确保施工安全和隧道结构稳定。
2、确保地面结构物及地下管线的正常使用及地面交通畅通。
3、调整开挖及支护参数、修改施工设计。
4、优化设计与施工，为后续工程提供技术依据。
3.工程概况
3.1工程概况
花山大道东湖高新段自光谷五路至武九铁路（K-1+720～K3+920），长约4200米，全线包含宝盖山隧道（582米）；长山隧道（东线长406米、西线长463米）。
宝盖山隧道K1+237-K1+304段处于浅埋层段，地表分布较薄的粉质粘土夹碎石层，其下为中-微风化石英砂岩夹泥层；长山隧道左线隧道洞身K3+100-K3+125段及右线K3+165-K3+195段均位于溶洞中，围岩级别为VI级，溶洞充填不均，结构稳定性差，整体性差，围岩极易坍塌变形；隧道的其余地段地基稳定，地势较平坦，排水条件良好，地质较简单。
3.2主要设计技术指标
公路等级：
一级；正线数目：
双线；
隧道设计行车速度：
80km/h；
隧道建筑限界：
隧道内行车道为单向三车道，净高5.0m。
汽车荷载等级：
公路—I级。
隧道衬砌结构型式：
采用基于新奥法理论的复合式衬砌；
隧道安全等级一级；
3.3隧道施工方法
隧道开挖采用光面爆破或预裂爆破技术，尽量减少对围岩的扰动和地表周边地区生态环境的破坏，保证开挖成形质量，以充分发挥围岩的自承能力和减少超挖回填。
浅埋、偏压及洞口段，应遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤测量”的原则进行施工。
Ⅲ级围岩采用台阶法开挖；Ⅳ级围岩采用隧道环形导坑留核心土法开挖；Ⅴ级及VI围岩采用隧道双侧壁导坑法开挖，以确保施工安全。
4.监测内容
4.1一般规定
1）验监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，应按设计要求进行布点和监测，并根据现场施工情况及时调整量测项目和内容。
量测数据应及时分析处理，并将结果反馈到施工过程中。
2）监控量测应纳入施工工序，并贯穿施工的全过程，为施工管理及时提供以下信息：
（1）围岩稳定性、支护结构承载能力和安全信息。
（2）二次衬砌合理的施作时间。
（3）为施工中调整围岩级别、完善设计方案及参数、优化施工方案及施工工艺提供依据。
3）监控量测的管理必须科学合理，施工中应按监测计划实施，工程竣工后将监测资料整理归档并纳入竣工文件中。
4）施工现场应成立专门的监控量测小组，责任落实到人，并建立相应的质量保证体系，确保监控量测的有效实施，监测资料完整清晰。
5）现场监控量测工作应包括现场情况的初始调查、编制实施性监控量测计划、测点布设及取得初始监测值、现场监测、提交监测结果、报送周（月）报和编写总结报告。
6）根据监测精度要求，应减小系统误差，控制偶然误差，避免人为错误。
应经常采用相关方法对误差进行监测分析。
7）监控量测组负责测点的埋设、日常测量、数据处理和仪器保养维修及送检等工作，并及时将监控量测信息反馈于施工和设计。
4.2监控量测项目和技术要求
1）隧道监控量测的项目应根据工程特点、规模和设计要求综合选定。
量测项目可分为必测项目和选测项目两大类（见表4-1和表4-2）。
必测项目在采用喷锚构筑法施工时必须进行；选测项目应根据工程规模、地质条件、隧道埋深、开挖方法及其他要求进行选择。
表4-1.监控量测必测项目
序号
监测项目
常用量测仪器
备注
1
洞内、外观察
现场观测、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、全站仪
4
地表沉降
水准仪、铟钢尺或全站仪
隧道浅埋段
表4-2.监控量测选测项目
序号
监测项目
常用量测仪器
1
围岩压力
压力盒
2
钢架内力
钢筋计、应变计
3
喷混凝土内力
混凝土应变计
4
二次衬砌内力
混凝土应变计、钢筋计
5
初期支护与二次衬砌间接触压力
压力盒
6
锚杆轴力
钢筋计
7
隧底隆起
水准仪、铟钢尺或全站仪
8
围岩内部位移
多点位移计
9
爆破振动
振动传感器、记录仪
10
孔隙水压力
水压计
11
水量
三角堰、流量计
12
纵向位移
多点位移计、全站仪
2）隧道开挖后应及时进行地质素描，有条件时应进行数码成像技术。
3）初期支护完成后应进行喷层表面裂缝的观察和记录。
4）分部开挖法施工的隧道，每个分部施工中应根据工程特点在表4-1、表4-2中所列项目选择必测项目。
5）浅埋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里程断面。
一般条件下地表沉降测点纵向间距应按表4-3要求布置。
表4-3.地表沉降测点纵向间距
埋深与开挖宽度
纵向测点间距（m）
2B﹥H0﹥2.5B
20---50
B﹤H0≤2B
10---20
H0≤B
5---10
注：
H0—隧道埋深；B—隧道最大开挖宽度。
6）地表沉降测点横向间距为2～5m，在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧范围应不小于H0+B，地表有控制型建筑物时，量测范围应适当加宽，测点布置见下图。
地表沉降横向测点布置示意图
7）拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面上。
监测断面及测点按表4-4要求布置。
拱顶下沉测点原则上设置在拱顶轴线附近。
表4-4.必测项目监测断面间距
围岩级别
断面间距（m）
Ⅴ-Ⅵ
5-10
Ⅳ
10-30
Ⅲ
30-50
注：
Ⅱ级围岩视具体情况确定间距。
8）净空变化量测侧线数，参照表4-5布置。
表4-5.净空变化量测侧线数
地段
开挖方法
一般地段
特殊地段
全断面法
一条水平侧线
----
台阶法
每台阶一条水平测线
每台阶一条水平测线，两条斜侧线
分部开挖法
每分部一条水平侧线
上部每分部一条水平侧线，两条斜侧线，其余分部一条水平侧线
9）选测项目应根据设计和施工的特殊要求确定，监测断面应视需要而定，优先在施工初始阶段布置。
10）不同断面的测点应布置在相同部位，测点应尽量对称布置，以便数据的相互验证。
11）必测项目的监测频率应根据测点的距开挖面的距离及位移速度分别按表4-6和表4-7确定。
表4-6.按距开挖面距离的监测频率
监测断面距开挖面距离
监测频率
（0-1）B
2次/d
（1-2）B
一次/d
（2-5）B
一次/2-3d
﹥5B
一次/7d
注：
1、B—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。
3、由位移速度决定的监测频率和由距开挖面的距离决定的监测频率之中，原则上采用较高的频率值。
表4-7.按位移速度确定的监测频率
位移速度
监测频率
≥5
2次/d
1-5
一次/d
0.5-1
一次/2-3d
﹤0.5
一次/7d
12）监控量测控制基准应包括隧道内位移、地表沉降、爆破振动的控制基准。
（1）地表沉降控制基准根据地层稳定性、周围建筑物的安全要求分别确定，取最小值。
（2）爆破振动控制基准根据支护结构、边坡稳定性、周围建筑物的安全性确定。
（3）位移控制基准根据测点距开挖面的距离，可参考表4-8要求确定。
表4-8.位移控制基准
类别
距开挖面1B（U1B）
据开挖面2B（U2B）
据开挖面较远
允许值
65%U0
90%U0
100%U0
注：
B—隧道最大开挖宽度；U0—极限相对位移值。
13）位移管理等级按三级管理，相应的位移管理等级见表4-9。
表4-9.位移管理等级
管理等级
距开挖面1B
距开挖面2B
Ⅲ
U＜U1B/3
U＜U2B/3
Ⅱ
U1B/3≤U≤2U1B/3
U2B/3≤U≤2U2B/3
Ⅰ
U＞2U1B/3
U＞2U2B/3
注：
U—实测位移值。
14）爆破振动控制基准按表4-10控制，并应满足下列要求：
表4-10.爆破振动安全允许标准
序号
保护对象类别
安全允许振速（cm/s）
＜10Hz
10-50Hz
50-100Hz
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
0-4.0
3.5-4.5
4.2-5.0
4
一般古建筑物和古迹
0.1-0.3
0.2-0.4
0.3-0.5
5
水工隧道
7-15
6
交通隧道
10-20
7
矿山巷道
15-30
8
水电站及发电厂中心控制室设备
0.5
9
新浇大体积混凝土：
龄期：
初凝-3d
龄期：
初凝3-7d
龄期:
7-28d
2.0-3.0
3.0-7.0
7.0-12
注：
1、表列频率为主振频率，系指最大振幅所对应波的频率。
2、频率范围可根据类似工程或现场实测波形选取。
选取频率时亦可参照下列数据：
洞室爆破＜20Hz；深孔爆破10-60Hz；浅孔爆破40-100Hz。
3、有特殊要求的根据现场具体情况确定。
⑴、选取建筑物安全允许振速时，应综合考虑建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、第几条件等因素。
⑵、省级以上（含省级）重点保护古建筑与古迹的安全允许振速，应经专家论证选取，并报相应文物管理部门批准。
⑶、选取隧道、巷道安全允许振速时，应综合考虑构筑物的重要性、围岩状况、断面大小、深埋大小、爆源方向、地震振动频率等因素。
⑷、非挡水新浇大体积混凝土的安全允许振速，可按本表给出的上限值选取。
15）测试仪器的精度应满足表4-11及表4-12的要求，测试仪器的量程应满足设计要求，并具有良好的防震、防水、防腐性能。
表4-11监控量测必测项目测试精度
序号
监测项目
测试精度
1
拱顶下沉
0.5-1mm
2
净空收敛
0.5-1mm
3
地表沉降
0.5-1mm
表4-12监控量测选测项目测试精度
序号
监测项目
测试精度
1
围岩与初期支护接触压力
≤0.5%F.S.
2
喷混凝土应变
±0.1%F.S.
3
钢架应力
拉伸≤0.5%F.S.，压缩≤1.0%F.S.
4
初期支护与二次衬砌接触压力
≤0.5%F.S.
5
二次衬砌内应力
±0.1%F.S.
6
围岩内部位移
0.1mm
7
隧底隆起
0.5-1mm
8
爆破振动速度
1mm/s
注：
F.S.——仪器满量程。
5.监控量测方法
1）现场监测应根据设计文件的要求进行测点埋设、日常量测和数据处理，及时反馈信息，并根据地质条件的变化和施工异常情况，及时调整监控量测计划。
2）现场测点读数应读三次，取其平均值，并详细记录。
3）施工过程中应进行洞内、外观察，洞内观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分，其内容如下：
（1）开挖工作面观察应在每次开挖后进行，及时绘制开挖工作面地质素描图、数码成像、填写开挖工作面观察表和施工阶段围岩级别判定卡，并写勘察资料进行对比，记录喷混凝土、锚杆和钢架等的工作状态。
（2）洞外观察重点应在洞口段和动身浅埋段，记录地表开裂、地表塌陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等。
4）隧道净空收敛量测可采用收敛仪或全站仪进行。
（1）采用收敛仪量测时，测点采用焊接或钻孔预埋。
（2）采用全站仪量测时，测点应采用膜片式回复反射器作为测点靶标，靶标粘附在预埋件上，观测方法包括自由设站和固定设站两种。
5）拱顶下沉量测可采用精密水准仪和钢挂尺或全站仪进行，在隧道拱顶轴线附近通过焊接或钻孔预埋测点，测点应与隧道外监测基点进行联测。
6）地表沉降监测可采用精密水准仪、铟钢水准尺进行。
基点应设置在地表沉降影响范围之外。
测点采用地表钻孔埋设，测点四周用水泥砂浆固定。
当采用常规水准测量手段出现困难时，可采用全站仪量测。
7）围岩内变形量测可采用多点位移计，多点位移计应钻孔埋设，通过配套的设备读数。
8）振弦式传感器通过频率接收仪获得频率读数，依据频率量测参数率确定曲线，换算出相应量测参数值。
9）光纤光栅传感器通过光纤光栅接收仪获得读数，换算出相应量测参数值。
10）钢架应力量测可采用振弦式传感器、光纤光栅传感器，传感器应成对埋设在钢架的内、外侧，并应满足下列要求：
（1）采用振弦式钢筋计进行型钢应力或应变量测时，应把传感器焊接在钢架翼缘内测点位置。
（2）采用振弦式钢筋计进行格栅拱架应力量测时，应将格栅主筋截断并把钢筋计对焊在截断部位。
（3）采用光纤光栅传感器进行型钢或格栅拱架应力量测时，应把光纤光栅传感器焊接或黏贴在相应测点位置。
11）接触压力量测可采用振弦式传感器，传感器与接触面要求紧密接触。
12）混凝土应变量测可采用振弦式传感器、光纤光栅传感器，传感器固定于混凝土结构内的相应测点位置。
13）爆破振动速度监测可采用振动速度传感器和相应的数据采集设备。
传感器固定在预埋件上，通过爆破振动仪自动记录振动速度，分析振动波形和振动衰减规律。
14）孔隙水压监测可采用水压计进行，水压计应埋入带刻槽的测点位置，采取措施确保水压计直接与水接触。
通过数据采集设备获得各测点读数，并换算出相应孔隙水压力值。
15）渗漏水量监测可采用三角堰、流量计进行。
6.量测数据处理与运用
1）监控量测数据的分析处理应包括监测资料的整理、计算和分析。
2）每次观测后应立即对原始观测数据进行核对和整理，包括原始观测值的校正、物理量的计算、填表制图，误差处理、异常值的剔除、初步分析等，并将校验过的数据输入数据库管理系统。
3）监控量测数据的计算分析主要包括以下内容：
（1）拱顶下沉、净空收敛的位移量，绘制时态曲线。
（2）围岩压力与支护间接触压力值，绘制时态曲线和断面压力分布图。
（3）初期支护、二次衬砌应力（应变）值，绘制时态曲线，反算结构内力并绘制断面内力分布图。
（4）地表沉降值，绘制横向和纵向时态曲线。
（5）孔隙水压力值，绘制孔隙水压力的时态曲线及孔隙水压力与深度的关系曲线。
（6）爆破振动速度，绘制振动速度与测点至震源距离关系曲线。
4）在分析检测数据时，根据散点图进行回归分析，可采用如下指数模型：
U=A（e-B/t-e-B/t0）
式中U——变形值；A,B——回归系数
T0——测点初始观测时间（d）T-----测点的观测时间（d）。
5）应力（应变）监测结果可参照位移回归分析进行。
6）爆破振动安全允许距离，可根据爆破振动速度按下式计算。
R=（K/V）1/a×Q1/3
式中R----爆破振动安全允许距离（m）；
Q----炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量（kg）；
V----保护对象所在地质点振动安全允许速度（cm/s）；
K,a----与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，可按表6-1选取，或通过现场试验确定。
表6-1爆破区不同岩性的K、a值
岩性
K
a
坚硬岩
50-150
1.3-1.5
中硬岩
150-250
1.5-1.8
软岩
250-350
1.8-2.0
7）监控量测信息反馈方法可采用经验类比法或理论分析方法。
监控量测信息反馈程序见下图。
监控量测反馈程序框图
8）工程安全性评价采用表6-2相应的工程对策。
工程安全性评价流程见下图。
表6-2.工程对策
管理等级
工程对策
Ⅲ
正常施工
Ⅳ
加强监测
Ⅴ
采取相应工程措施并加强监测
7.组织管理
人员由7人组成，设组长一名，组内按洞内、外监测项目分成两个监测小组，各设一名专项负责人，在组长的指导下分别负责洞内、外的日常监测及资料整理工作。
其余人员在专项负责人的指导下工作。
人员组织及职责见下图。
8.保证措施
监测工作严格按《公路隧道施工技术规范》及《公路隧道施工技术细则》有关规定进行。
1、测点布置力求合理，应能反映出施工过程中结构的实际变形、应力情况及对周围建筑物的影响程度。
2、监测仪器及测试元件必须是正规厂家的合格产品，测试元件要有合格证，监测仪器要定期校核、标定。
3、测点埋设要求位置准确，安全稳固，且有醒目的保护标志。
4、监测数据应及时整理分析，一般情况下，每周报表一次，特殊情况加密。
5、当发现监测数据异常，应立即复测，并检查监测仪器、测试方法及计算过程，确认无误后，立即上报给单位主管、监理及业主，以便采取措施。
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