隧道监控量测方案.docx

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隧道监控量测方案

隧道监控量测方案

一、工程概况

1、我合同段XXX隧道左幅起讫桩号为ZK143+890～ZK144+750,长860m，最大埋深约87m；右幅起讫桩号为YK143+860～YK144+762，长1005米，最大埋深约91m。

隧道限界宽10.25m，限界高为5m。

左右线明洞段均为5米，左线V级围岩298m，Ⅳ级围岩336m，Ⅲ级围岩216m；右线V级围岩316m，Ⅳ级围岩334m，Ⅲ级围岩242m。

地质资料表明本隧道不良地质现象主要表现为小型浅层崩塌及危岩体，进洞口隧道下方坡脚发育有小型岩质崩塌。

基本同时受构造影响，小型的断层、褶皱发育，岩体极破碎。

隧道区主要接受垂直大气降雨补给，总体水量较丰富，设计图纸提供最大涌水量为QO=49.9m3/d

2、XXX隧道左幅起讫桩号为ZK145+862～ZK146+405.814，长543.814m；右幅起讫桩号为YK145+866～YK146+400，长534m。

隧道限界宽10.25m，限界高为5m。

左右线明洞段均为5米，左线V级围岩142m，Ⅳ级围岩396.814m；右线V级围岩202m，Ⅳ级围岩343m。

隧道总体围岩较差，大部分为中风化及强风化石英片岩，节理裂隙较发育，呈碎裂结构，岩体完整性、稳定性较差，隧道出洞口及部分洞身受断层、褶皱等构造的影响，节理发育。

施工时拱部无支护可能产生较大的坍塌。

隧道于ZK146+200～ZK146+400，YK146+220～YK146+400段发生小涌水的可能性较大。

总之，我合同段隧道处于节理发育、比较碎裂的复杂岩层上，需要保证隧道施工安全，针对我合同段长坪及长岭隧道需进行地质超前预报及监控量测。

工程概况表0

隧道名称

里程桩号

总长（m）

围岩级别及长度（m）

备注说明

肖竹段

明洞

III

IV

V

XXX

ZK143+890～ZK144+750

860

5+5

216

336

298

分离式

YK143+860～YK144+762

902

5+5

246

334

316

XXX

ZK145+862～ZK146+405.814

543.8

5+5

397

142

分离式

YK145+866～YK146+400

534

5+5

343

202

二、监测目的

1．掌握隧洞围岩和支护的动态信息，并及时反馈，指导施工作业；

2.通过对隧洞围岩和支护的变位、应力量测，验证支护系统的设计；

3.通过对隧洞围岩、支护的观察和动态量测，达到合理安排施工程序，确保施工安全；

4.进行日常施工管理和资料累积。

三、编制依据

《两阶段施工图设计》

《招标文件项目专用本》

《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）

《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》（2007年版）

《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）

《公路隧道施工技术规范》（JTJF60-2009）

《公路隧道通风照明技术规范》（JTJ026.1-1999）

《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）

《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-2008）

《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

《公路建设项目环境影响评价规范》（JTGB03-2006）

《公路环境保护设计规范》（JTJ/006-98）

《公路隧道施工技术细则》（JTG/TF60-2009）

《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）

《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98）

《公路建设标准强制性条文》（公路工程部分）

四、拟投入的监控量测设备

为保证隧道监测的准确与及时，拟投入如下监控量测设备，并根据工程实际需要及时调整。

拟投入的监控量测设备表               表1

类别

序号

量测项目

设备名称

规格

数量

必测项目

1

地质和支护状态

地质罗盘、规尺、数码相机

各2台

2

周边位移

收敛计

JSS30A

2个

3

拱顶下沉、仰拱隆起、地表沉降

水准仪、铟规尺

DSZ2

2套

选测项目

4

锚杆内力

测力锚杆

2.5m、3m、4m

36套

锚杆拉拔仪

HC-20T

1台

其他仪器

9

数据采集

动态应变仪

SDY2104

1台

10

数据处理

计算机

天骄E1011T

1台

超越

2台

11

采集传感器数据

振弦频率计

2台

12

数据处理

打印机

HPLJ1010

1台

联想3110

1台

EPSON

1台

根据设计要求和业主需要增加其他的量测设备。

五、监控量测项目及频率

按设计和规范要求的项目及频率进行，汇总见下表：

表2隧道现场监控量测项目及量测方法

序号

项目名称

方法及工具

布置

量测频率时间

1

应侧

地质及支护状态观察

岩性、结构面产状及支护裂缝观察和描述，地质罗盘及规尺等。

开挖后及初期支护后进行

每次爆破后

2

周边位移

各种收敛计

V级围岩每1～20米一个；IV级围岩每20～40米一个

爆破24小时内进行

1-15天

16天-1月

1-3个月

3个月以后

1-2次/天

1次/2天

1-2次/周

1-3次/月

3

拱顶下沉量测

水平仪及水准尺,钢尺或测杆

V级围岩每1～20米一个；IV级围岩每20～40米一个

爆破24小时内进行

0～18m

1～36m

3～90m

>90m

1-2次/天

1次/2天

1-2次/周

1次/周

4

仰拱隆起量测

水准尺及水平尺

V级围岩每1～20米一个；IV级围岩每20～40米一个

仰拱开挖后12小时内进行

1次/天

1次/2天

1-2次/周

1次/周

5

地表沉降

水平仪及水准尺

洞口段，浅埋段（h0≤2b）

开挖面距量测断面<2B时，1-2次/天

开挖面距量测断面<5B时，1次/2～3天

开挖面距量测断面>5B时，1次/3～7天

6

选测

锚杆内力量测

各类测锚杆、锚杆测力计及拉拔器

每一级围岩选一组，每组1～5根

锚杆施作后开始-

0～18m

0～18m

0～18m

0～18m

1～2次/天

1～2次/天

1～2次/天

1～2次/天

表3隧道现场检测项目及工作量统计

监测项目

长坪隧道

长岭隧道

III级围岩

IV级围岩

V级围岩

小计

III级围岩

IV级围岩

V级围岩

小计

必侧

地质和支护状态观察（断面数）

94

135

124

353

/

149

67

216

周边位移（断面数）

/

18

31

49

/

19

18

37

拱顶下沉（断面数）

/

18

31

49

/

19

18

37

仰拱隆起（断面数）

/

18

31

49

/

19

18

37

地表下沉（断面数/测点）

/

/

/

2/30

/

/

/

1/15

选测

锚杆内力（断面数/根数）

2/4

2/6

2/10

6/20

/

2/6

2/10

4/16

（一）、必测项目

1、隧道地质及支护状况变化情况观察

（1）、目的

主要是检查隧道的地质情况（围岩岩性、节理发育情况、岩层产状、破碎程度、地下水发育情况、不良地质情况）是否与原地勘资料相符，隧道支护结构在正常情况下和爆炸后的变化是否在设计和规范允许的范围内，对出现异常和不相符的及时向业主提交报告，以方便设计单位对支护参数进行修改，并对隧道围岩的发展趋势进行预测，对承包人的施工方法和方案（台阶长度、各工序超前长度、爆破参数、进尺长度等）提出建议。

（2）、量测方法

由专业地质人员进行肉眼观察，手工素描记录，采用地质罗盘、钢尺、水压、水量测量仪、测缝计等量测工具（必要时可采用数码摄像机录制地质剖面及支护状况）。

在每次爆破和初期支护后立即进行，尤其在地质情况发生变化、爆破参数发生改变时对初期支护和二次衬砌的变化加强量测，对观察内容作出详细记录，并绘制相应地质素描图，校核围岩分类，并预测前方围岩性质及可能出现的地质构造。

2、周边位移净空收敛测试

（1）、目的

周边位移收敛监测是隧道施工监控量测的重要项目，收敛值是最基本的量测数据，通过对围岩周边的水平净空收敛量及其速度进行观察，掌握围岩内部随时间变形的规律，从而判断围岩的稳定性和为确定二次支护的时间提供依据；保证结构总变形量在规定允许值之内，更好地用于指导施工。

（2）、量测方法

主要采用收敛计（收敛计测试精度为±0.06mm）,测点的纵向间距应视需要而定，或在有代表性的地段选取若干个测试断面。

凡是地质条件差或重要工程，应从密布点，其测试频率如表１所示。

围岩表位移观测点的埋设采用钢筋混凝土钻孔浇注而成，埋没深度不小于0.2m。

测点在观测断面距离开挖面2.0m的范围内埋设，并在爆破后24小时内下一次爆破前测读初读数。

其测线布置根据不同的施工方法和地质情况采用一条、二条、三条或四条,xx1#、2#隧道净空位移量测测线布置如表4和图1、图2所示。

初测收敛断面应尽可能靠近开挖面，距离宜为1.0米，收敛测桩应牢固地埋设在围岩表面，其深度不宜大于20cm；收敛测桩在安装埋设后应注意保护，避免因测桩损坏而影响观测数据的准确性。

因收敛计是机械式仪器，为了减少观测时的人为误差，观测时应尽可能由固定人员和观测设备操作，并测读三次取其平均值，以保证观测精度。

表4净空收敛量测频率表

测试断面布置

量测间隔时间

1～15d

16d～1月

1月～3月

>3个月

每10～50m一个断面，每断面2～３对测点

1～2次/d

1次/d

1～2次/周

1～3次/月

表5净空收敛量测频率表

测试地段

一般地段

特殊地段

开挖方法

洞口附近

埋深小于2B

有偏压地段

全断面开挖

一条水平测线

三条测线

台阶法开挖

二条水平测线

二条测线

四条测线

四条测线

在隧道洞口段施工，或地质条件变差、量测值出现异常情况，量测频率应加大；必要时1h或更短时间量测一次；对于地质条件好的且收敛值稳定的隧道，可加大断面间距；对于围岩较差，收敛值长期不稳定，应缩小量测断面的间距。

净空变化位移量测的频率同时可参照表4所示的位移变化速度及距开挖面的距离来确定。

表6净空位移和拱顶下沉的量测频率（按距开挖面距离）

距工作面距离（m）

量测频率

0～1B

2次/d

1B～2B

1次/d

2B～5B

1次/2～3d

5B以上

1次/3～7天

注：

B为隧道开挖宽度。

3、拱顶下沉量测

（1）、目的

拱顶下沉量测也属于位移量测，通过测量观测点与基准点的相对高差变化量得出拱顶下沉量和下沉速度，其量测数据是判断支护效果，指导施工工序，保证施工质量和安全的最基本资料；拱顶下沉值主要用于确认围岩的稳定性，事先预报拱顶崩塌。

（2）、量测方法及量测频率

拱顶下沉观测采用精密水准仪、铟钢尺及钢挂尺，测量观察点与基准点之间的高差，从而计算出拱顶下沉量，观测精度为（0.1mm）。

拱顶下沉测点的布置应与周边位移收敛一致，位于同一断面上，拱顶下沉观测频率如表5所示。

表7拱顶下沉观测频率表（按位移速度）

位移速递（mm/d）

量测频率

≥5

2～3次/d

1～5

1次/d

0.5～1

1次/2～3d

0.2～0.5

1次/3d

＜0.2

1次/3～7天

备注：

当水平收敛位移速度为0.1～0.2mm/d时，可以认为围岩基本稳定，此时可以停止观测。

图1、隧道拱顶沉降与周边收敛测线布置图

图2、隧道拱顶沉降与周边收敛测线布置图

4、锚杆内力及抗拔力量测

（1）、目的

了解锚杆实际工作状态,结合位移量测,修正锚杆的设计参数。

（2）、量测方法及量测频率

锚杆抗拔力试验按《公路隧道施工技术规范》的要求采用拉拔仪，每10m一个断面，每断面至少3根锚杆进行测试。

对测试的锚杆在打设时预留不小于20cm的余长或随机抽测时采用焊接进行接长，用于拉拔仪对锚杆抗拔力的测试。

5、地质超前预报

于开挖面上钻机钻长约5～6米的超前钻孔。

在钻进过程中，根据钻进的时间、速度、压力、成分以及卡钻、跳钻等判断岩性、构造地质及地下水的情况，掌握地质条件。

（二）、选测项目

1、地表下沉观测

（1）、目的

对因隧洞施工影响可能引起的地面建（构）筑物及地表沉降量、沉降速度进行观测。

通过量测了解地表下沉的范围、量值、地表及地中下沉随工作面推进的规律、地表及地中下沉稳定的时间

（2）、量测方法及量测频率

根据开开挖断面、埋深及岩性情况，一般在Ⅲ～Ⅴ级围岩中且覆盖层厚度小于40m的段落，应进行地表沉降观测。

观测点间距5～10m，采用钻孔钢筋混凝土埋设。

如有建筑物，沉降观测点则应埋在基础上或墙脚；地面沉降点尽可能埋入基岩中，若因表土层太厚，无法埋入，则按《建筑变形测量规范》要求采用混凝土墩方式埋设。

在距隧道两侧80m以外稳固、不易受到破坏、且通视条件较好的地方埋设基准点，基准点的埋设采用Φ8钢筋混凝土钻孔灌注，埋入基岩的深度不小于0.3m，同时上设保护盖。

每组基准点由2～3个基准点组成，各基准点之间的距离大于50m。

采用精密水准仪和铟钢尺进行量测，仪器精度为0.1mm，观测精度按二级变形测量的精度要求进行，即允许观测误差为±0.5mm。

开始量测前布置好测点和基准点，并测量测点及基准点联网的相对高程。

其测点布置为每5～50m一个断面，每断面至少7个测点，每隧道至少2个断面。

中线每5～20m一个测点。

观测间隔时间为开挖面距量测断面前后小于2倍隧道宽度时1～2次/d；开挖面距量测断面前后小于5倍隧道宽度时1次/2d；开挖面距量测断面前后大于5倍隧道宽度时1次/周。

见图3《隧道地表下沉测点布置图》：

图3、隧道地表下沉测点布置图

2、钢支撑内力及外力测试

（1）、目的

通过对钢支撑主要构件应力发展情况进行量测，以获得钢支撑的实际工作状态，以便确定钢支撑内部应力的发展是否正常及其承载能力，同时检验隧道在偏压情况下钢支撑的状态，当钢支撑的应力发展时态曲线出现不正常变化时，及时提醒设计单位和施工单位修改支撑参数或采用措施，以保证施工安全。

（2）、量测方法及量测频率

钢支撑内力及外力的量测采用测力计。

在初期支护钢支撑安装好后，在其表面焊接测试钢筋，测试钢筋与测力计相接，测力计与应变测试仪相连，根据规定的测试频率对钢支撑的应变发展情况进行测试，然后根据所测得的应力计算出钢支撑的应力发展情况，钢支撑应力的测试精度为0.1Mpa。

钢支撑内力及外力测试频率如表6所示。

表8钢支撑内力及外力观测频率表

断面布置

量测间隔时间

1～15d

16d～1月

1月～3月

大于3个月

每10～50m榀格栅拱，一对测点

1次/d

1次/2d

1～2次/周

1～3次/月

备注

当隧道地质条件变差，或量测值出现异常情况，量测频率应加大；对于地质条件好的且收敛值稳定的段落，可加大监测断面布置的间距；对于围岩较差，收敛值长期不稳定，应缩小量测断面的间距。

3、支护及衬砌表面应力及裂隙量测

采用混凝土应变计、测缝计，主要对支护及衬砌表面应力及裂隙进行量测。

测缝计主要用于测量隧洞围岩和混凝土裂缝开合度的变化情况

（1）混凝土横缝测缝计埋设：

其技术要点为：

传感器轴线尽量与预计的裂缝开合度变化方向一致，传感器两端牢固于裂缝的两侧，不被扰动，确保传感器伸缩部件随裂缝开合，自由伸缩。

在先浇筑的混凝土块上，预埋测缝计套筒，当电缆需从先浇块引出时应在模板上设置储藏箱，用以储藏仪器和电缆。

为了避免电缆受损，接缝处的电缆用布条包上。

当浇筑的混凝土浇到高出仪器埋设位置20cm时，振捣密实后挖去混凝土露出套筒，打开套筒盖，取出填塞物，安装测缝计，回填混凝土。

（2）混凝土与岩体接触缝测缝计埋设：

在岩体中钻孔，孔径100mm，深度0.5m。

岩体有节理存在时，按节理发育程度确定孔深，一般应大于1.0m。

在孔内填满水泥砂浆，砂浆应有微膨胀性，将套筒或带有加长杆的套筒挤入孔中，筒口与孔口平齐。

然后将螺纹口涂上机油，筒内填满棉纱，旋上筒盖。

混凝土浇筑至高出仪器埋设位置20cm时，挖去捣实的混凝土，打开筒盖，取出填塞物，旋上测缝计，回填混凝土。

支护及衬砌表面应力及裂隙量测观测频率表如表7所示。

表9支护及衬砌表面应力及裂隙量测观测频率表

断面布置

量测间隔时间

1～15d

16d～1月

1月～3月

大于3个月

代表性断面布置，根据需要布点

1次/d

1次/2d

1～2次/周

1～3次/月

4、爆破振动监测

（1）、目的

在隧道工程爆破施工中，由于爆破规模、方法和环境不同，爆破所引起的振动、空气冲击波，飞石、噪音和有毒气体对人员、设施和围岩产生不同程度和范围的影响。

本工程与已建隧道右线间距较小，而使得既有隧道在爆破作用下可能出现衬砌开裂，剥落等工程安全现象，严重危及车辆及行人的安全。

利用前期已埋设的观测设备可对施工开挖、爆破等引起的已建隧道变位突变、应力异常等进行监控，确保已建隧道的正常营运、使用。

由此可见，在施工过程中对隧道爆破地震动进行安全监测和分析（特别是小间距隧道），确保围岩、既有隧道以及附近建、构筑物的稳定与安全显得尤为重要。

因此，通过对爆破振动进行测试，一是可以了解和掌握爆破地震波的特征、传播规律以及对建筑物的影响、破坏机理等；二是根据测试结果可及时调整爆破参数和施工方法，制定防震措施，指导爆破安全作业，避免或减少爆破振动的危害作用。

（2）、量测方法及测点布置

目前在国内大都以振速峰值来衡量爆破地震动强度，并作为危害建、构筑物的安全指标。

因此，在本工程的爆破监测中，选用数据采集系统IDTS3850-3爆破振动记录仪，此系统不仅可记录测点的振速，而且可获得地震波的其他主要参数，如频率等。

新建隧道开挖爆破产生的地震动对既有隧道衬砌迎爆面的边墙影响最大，其振动速度明显高于其他部位，是最危险的部位。

因此，在既有隧道的迎爆面边墙布置三个测点。

其他测点根据工程实际需要及业主要求进行布置。

震动监测过程分两个部分进行：

第一部分为施工洞围岩爆破地震动监测；第二部分为既有洞结构爆破地震动监测。

每次测试的具体过程包括以下几个步骤：

①、传感器参数设置，包括量程、预触发值、采样率、通道等；

②、传感器的埋设，在预先设计的位置固定好传感器，并检查其线路通道的有效性；

③数据采集；

④数据处理及结果分析。

根据《爆破安全规程》规定的爆破振速计算公式如下：

V＝K（3√Q/R）a。

式中：

Q一—最大装药量（kg）；

  R一—距爆源中心距离（m）；

  K一—与介质特性有关系数0；

  a一—与地形，地质等有关系数；

根据《爆破安全规程》，对该隧道爆破振速进行控制，刚进行正规循环爆破前应进行爆破试验，试验爆破时为每炮监测，施工方依据监测数据进行参数调整，直到合适的爆破参数。

六、数据处理、分析与应用

（一）、数据采集

1、量测点的初读数最为重要,一般应在开挖12h内或下次爆破前，喷锚支护施作2h后即埋设测点，并进行第一次量测数据采集。

每次测试前检查仪表设备是否完好，如发现故障应及时修理或更换；确认测点是否松动或人为损坏，只有测点状态良好时方可进行量测工作。

按各项量测操作规程安装好仪器仪表，并按相应仪器使用方法读取数据。

2、严格按照隧道施工规范，按时进行监控量测，并用专用表格记录量测数据，根据围岩稳定情况，1～15天内1～2次/天，16天～1个月内1次/天，1～3个月内1～2次/周，大于三个月1～3次/月。

（二）数据分析处理

1、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。

建议采用在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。

2、由于量测的偶然误差所造成的离散性，因此对量测数据采用统计学原理进行分析，并以相应的数学公式进行描述，采用回归分析对量测数据进行处理和计算，得到

、

两个变量之间的函数关系，用这个函数曲线能代表测试点数据的散点分布，并能推算出因变量的变化速率和极限值，主要采用以下指数、对数和双曲三种曲线函数进行线性回归计算，三种曲线函数的原形公式与换算公式如下：

2.1指数函数：

求导：

将其转化为直线函数：

极限公式：

2.2对数函数：

求导：

将其转化为直线函数：

极限公式：

2.3双曲函数：

求导：

将其转化为直线函数：

极限公式：

其中：

A、B—回归常数；

—位移值（mm）；

—初读数后的时间（天）

3、线性回归分析需要分别将三种函数独立进行回归计算，将其转化为直线函数

的形式求出a、b，并通过a、b换算出曲线函数常数A、B值，以指数函数为例，视

为Y，

为X，按直线方程进行回归计算，得到直线方程常数a、b，并计算其相关系数r，指数函数常数

、

，由此可得到指数函数方程。

对三种曲线函数进行回归分析后，根据三种曲线方程的相关系数r，取r最趋近于1的曲线方程代表所分析测点数据的变化情况，一般情况下所选择曲线函数的相关系数r的绝对值应大于0.9。

其a、b、r的计算公式如下：

4、线性回归分析数据处理量大，计算复杂，一般采用工程计算器进行回归计算，常用的工程计算器（如：

CASIO4500、4800、4850）都具有回归分析的功能，可在较短时间能完成量测数据的回归计算。

5、根据回归分析结果选定代表测点的曲线方程,并可根据求导公式计算某一天的位移速率,也可根据极限公式计算其总位移量,通过代表测点的曲线函数方程可消除偶然误差并推断出围岩的稳定情况，或估计二次衬砌施作的时机。

（三）、数据分析及应用

1、下表为假设我合同段xx1#隧道Ⅲ级围岩全断面开挖时一个断面拱顶沉降和周边位移的部分量测数据：

表10

时间t（天）

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

周边位移（mm）

0

4.76

8.54

10.83

13.06

14.54

15.48

16.42

17.24

17.83

拱顶沉降（mm）

0

7.84

14.13

18.23

21.63

23.89

25.33

26.56

27.61

28.36

时间t（天）

10

11

12

13

14

15

17

19

21

23

周边位移（mm）

18.31

18.74

19.12

19.38

19.59

19.78

20.14

20.48

20.81

21.13

拱顶沉降（mm）

29.03

29.54

29.96

30.31

30.54

30.68

30.89

31.01

31.08

31.14

根据以上数据绘制时间—位移曲线，如图5：

（实线为周边位移曲线，虚线为拱顶沉降曲线）