白城隧道监控量测实施方案.docx
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白城隧道监控量测实施方案
目录
1.监控量测编制依据1
2.工程概况1
2.1工程简介1
2.1.2施工范围及内容1
2.1.3设计概况1
2.1.4监控量测计划及预留变形量1
3.监控量测目的2
4.1人员配置3
4.2监控量测设备3
4.3.3监控量测流程4
5.监控量测项目及日常管理5
5.1监控量测项目5
6.断面布设原则5
6.1拱顶下沉和水平收敛断面5
6.2地表沉降断面6
7.测点布设原则6
7.1拱顶下沉和水平收敛测点6
7.2地表沉降测点7
8.监测频率8
8.1洞内、外观察8
8.2拱顶下沉和水平收敛监测8
8.3地表沉降监测8
8.4监控量测技术要求8
9.监测管理值9
9.1管理等级及对措施9
9.2变形总量管理值9
9.3变形速率管理值10
9.4初期支护表观现象10
9.5变形时态曲线特征10
10.监测方法12
11.测试精度要求12
12.监测信息反馈13
13.监测工作管理13
新建蒙西至华中铁路工程MHTJ-3标
白城隧道监控量测实施方案
1.监控量测编制依据
1）新建蒙西至华中铁路煤运通道工程项目管理规定；
2）铁路隧道工程施工技术指南（TZ204-2008）；
3）铁路隧道工程施工质量验收标准（TB10417-2003）；
4）铁路隧道监控量测技术规程（TB10121-2007）；
5）蒙西华中工技〔2015〕55号文；
6）蒙西华中铁路隧道施工监控量测实施方案（试行）。
2．工程概况
2.1工程简介
蒙西至华中地区铁路运煤通道MHTJ-3标白城隧道位于靖边县内，西起海则滩，东至石干沟，其北侧为萝莉窑子，南侧为东敖包疙瘩。
2.1.2施工范围及内容
白城隧道进口里程为DK206+365，出口里程为DK209+710，隧道全长3345m，隧道最大埋深为81.05m。
白城隧道设置1座斜井，斜井与正洞相交于里程DK208+000，长465m，交角于54°。
2.1.3设计概况
白城隧道起讫里程DK206+365～DK209+710，全长3345m，为单洞双线隧道，最大埋深81.05米。
隧道全段位于直线上。
隧道纵坡为人字坡，坡度及坡长依次为4.5‰/1935、-3‰/900、-11‰/510。
隧道洞顶DK206+974.5线路左侧8m及DK206+996线路右侧28m有高压线塔、DK207+143.5下穿包茂高速，埋深37.29m；DK208+363下穿海机线，埋深76.42m；DK208+370下穿长庆北干线，埋深75.67m。
DK206+624.6下穿天然气管道，埋深约17.01m、DK206+693下穿白城子供水管线，埋深19.79m。
隧道全长3345m，其中Ⅵ级围岩305米，V级围岩2730米，洞口明挖段310米。
2.1.4监控量测计划及预留变形量
监控量测是新奥法原理核心，通过施工现场量测，及时掌握围岩和支护结构在施工过程中应力、应变的动态变化，判断支护的稳定程度，确保施工安全，为评价和修订初期支护参数、确定二次衬砌施作时间提供信息依据。
白城隧道为黄土隧道，施工过程中监控量测当做一件工序进行工程中加强施工监测工作，并贯穿于工程的始终。
监控量测工作时间：
拟定为2015年10月15日至2018年3月31日。
根据黄土隧道的经验数据以及实际情况，初步定于洞口段50m范围内开挖预留20cm～30cm沉降量，进洞后根据现场实际观测情况调整为15cm～20cm，直至隧道埋深达到50m以上时，预留沉降量采取10cm～15cm。
隧道围岩情况一览表
表2.1-1隧道正洞各围岩分布及施工方法
序号
起点里程
终点里程
围岩级别
延米数
施工方法
1
DK206+365
DK206+575
明洞
210
明挖法
2
DK206+575
DK206+600
Ⅵ
25
CD法
3
DK206+600
DK206+775
Vb土
175
CD法
4
DK206+775
DK207+095
Vb土
320
三台阶大拱脚临时仰拱法
5
DK207+095
DK207+195
Vc土
100
双侧壁导坑法
6
DK207+195
DK208+845
Vb土
1650
三台阶大拱脚临时仰拱法
7
DK208+845
DK209+330
Vb土
485
三台阶大拱脚临时仰拱法
8
DK209+330
DK209+570
Ⅵ
240
三台阶大拱脚临时仰拱法
9
DK209+570
DK209+610
Ⅵ
40
三台阶大拱脚临时仰拱法
10
DK209+610
DK209+710
明洞
100
明挖法
3.监控量测目的
1）确保施工安全及结构的长期稳定；
2）验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为支护参数和施工方法提供依据；
3）确定二次衬砌施做时间；
4）监控工程对周围环境影响；
5）积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据；
4.人员、设备配置
4.1人员配置
根据我项目特点成立专职监控量测小组，成员及职责如下表；
序号
人员名称
职务
职责
备注
1
毕清泉
项目经理
负责监控量的全部工作
2
王江红
项目总工
负责监控量测的工作安排、监督落实
3
宋盛林
测量主管
负责监控量测的现场实现
4
尚志刚
监测员
负责数据读取、数据分析，评估
5
李奔腾
监测员
负责数据读取、数据分析，评估
6
申飞
监测员
负责数据读取、数据分析，评估
7
张磊
监测员
负责数据读取、数据分析，评估
8
彭飞
监测员
负责数据读取、数据分析，评估
9
张翰林
监测员
负责数据读取、数据分析，评估
10
陈大伟
监测员
负责数据读取、数据分析，评估
11
王宁博
监测员
负责数据读取、数据分析，评估
12
崇传来
监测员
负责数据读取、数据分析，评估
13
倪初繁
监测员
负责数据读取、数据分析，评估
4.2监控量测设备
监控量测为采用无尺量测法进行观测，主要采用尼康NIVO2.M全站仪进行现场量测。
洞内观察分开挖工作面观察、已施工区段观察以及地表观察，开挖工作面观察在每次开挖后进行一次，内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、围岩变形等，观察后绘制开挖工作面略图并作好地质素描，填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡，主要量测设备见表4.2-1。
表4.2-1监控量测设备配置表
编号
名称
测试精度
数量
主要特点
1
尼康NIVO2.M
2秒
3台
可靠、方便、稳定
2
膜片式回复反射片
若干
3
数码相机
3个
4
手机
1部
5
APP监控量测软硬件系统
1套
6
台式电脑
1台
7
水准仪
0.5～1mm
3套
8
监控量测标识牌
若干
4.3监控量测流程
（1）在PC机客户端，设置监测断面和测定布置图、预警基准值。
（2）将测点信息上传至公司服务器。
（3）手机端从电脑端下载测点信息后，使用手机控制全站仪三维变形非接触式量测的方法（固定一个能反光的且能满足精度要求的靶心）进行采集及存储。
（4）数据上传至服务器进行数据处理及分析、预警推送。
（5）PC机客户端和移动智能设备客户端数据利用，预警处理。
监控量测信息化管理流程图4.3-1
5.监控量测项目及日常管理
5.1监控量测项目
根据施工图纸及业主要求，我项目确定以下项目作为本项目隧道监控量测重点项目进行日常管理，详见下表；
蒙华铁路隧道施工监测必测项目表5.1-1
序号
监测项目
监测范围
常用仪器
1
洞内、外观察
全线隧道
（正洞和辅助导坑）
现场观察、罗盘仪等
2
拱顶下沉
全站仪
3
水平收敛
全站仪
4
地表沉降
隧道浅埋段
全站仪或电子水准仪
6.断面布设原则
6.1拱顶下沉和水平收敛断面
本项目隧道均为Ⅴ级、VI级围岩，检测断面间距为5m。
各断面布设间距误差控制在“断面间距的10%”以内。
6.2地表沉降断面
地表沉降监测断面间距表6.2
隧道埋深与开挖宽度
断面间距（m）
2B＜H0≤2（H+B）
20
B＜H0≤2B
10
H0≤B
5
备注：
1）H0为隧道埋深，H为隧道开挖高度，B为隧道开挖宽度；
2）地表沉降测点在隧道开挖前布设；
3）地表沉降断面与洞内监测断面尽量布置在同一断面。
7.测点布设原则
7.1拱顶下沉和水平收敛测点
1）测点布设按施工方法区分，CD法、三台阶、双侧壁导坑按图7.1所示进行布置，其他特殊地段施工方法的测点布设根据现场实际情况进行布置。
图7.1-1拱顶下沉和水平收敛测点布置示意图
洞内测点用3cm×3cm正方形反光贴，贴在5cm×5cm钢板上，钢板与钢筋焊接，预埋在喷射混凝土内，确保稳固，并设置测点标示牌，详见附图7.2监控量测点位及标示牌示意图。
图7.1-2监控量测点位及标示牌示意图
2）拱顶下沉和水平收敛测点布置在同一断面上。
3）初支与围岩密贴，测点埋设在钢架、格栅等初期支护上。
4）测点在初支支护后立即埋设。
5）初始读数在测点埋设12h内读取。
6）拱顶下沉测点埋设在拱顶轴线附近，数值采用绝对高程，周期性复核后视点，保证其数据可靠性。
7.2地表沉降测点
1）测点在隧道开挖前布设，横向间距为2～5m，按图7.2所示进行布置，在隧道中线附近测点适当加密。
图7.2-1地表沉降横向测点布置示意图
2）隧道中线两侧监测范围不小于
错误！
未找到引用源。
。
当对地表沉降有特殊要求时，监测间距适当加密，范围适当加宽。
3）基准点设置在隧道施工影响范围以外稳定处，并设置复核性测点，保证其数据可靠性。
8.监测频率
8.1洞内、外观察
每施工循环记录一次，必要时加大观察频率。
8.2拱顶下沉和水平收敛监测
1）一般为1次/天。
2）台阶法施工，下部开挖过程中，频率为2次/天。
3）出现异常情况时，根据现场管理要求，加大监测频率。
4）当变形趋于稳定时，监测频率按表8.2-1进行。
表8.2-1变形趋于稳定时的监测频率
支护状态
平均变形速率
持续时间
监控频率
初支全环封闭
＜2mm/d
＞3天
1次/3天
初支全环封闭
＜1mm/d
＞7天
1次/7天
初支全环封闭
＜1mm/d
＞15天
1次/15天
5）在初期支护稳定后，可停止该断面的监测。
初期支护稳定须同时满足以下条件：
①初期支护表观现象正常；
②拱顶下沉和水平收敛平均变形速率小于1mm/d，且持续1个
月以上；
③变形时态曲线已经收敛。
8.3地表沉降监测
1）一般为1次/天。
2）出现异常情况时，加大监测频率。
3）在二次衬砌施工通过监测断面
错误！
未找到引用源。
距离后（H0为该断面隧道埋深，B为该断面隧道开挖宽度），且地表沉降变形时态曲线已经收敛，可停止该断面监测。
8.4监控量测技术要求
（1）量测数据必须准确可靠。
隧道开挖后其变形和应力变化较快，必须根据施工情况快速准确的进行量测，才能掌握围岩变化的第一手资料，从而为进一步的判断和监控提供准确的资料，高精度的仪器设备和高素质的专业技术人员是必要的保证。
（2）数据处理和预测预报要快速准确。
隧道监测的目的是为了保证隧道施工的安全，在隧道施工中根据量测信息化数据，对围岩的进一步变形和应力发展情况做出预测预报，可以及时发现隧道施工中隐藏的不安全因素，从而能在有效的时间内采取加固措施以避免安全事故的发生。
（3）由于白城隧道的特殊地质岩性，预留变形量设置为20cm。
后期根据观察结果，在进行调整。
（6）现场监测的测点埋设、数据采集采用专门表格记录
9.监测管理值
采用变形总量、变形速率、初期支护表观现象和变形时态曲线等4项对隧道施工安全进行综合等级管理。
变形总量与变形速率控制在管理等级范围内，及时巡视观察初支表观有无异常，同时结合变形时态曲线形态进行综合分析处理。
9.1管理等级及对措施
表9.1-1管理等级及对措施
管理等级
对措施
正常（绿色）
正常施工
预警二级（黄色）
加强监测，密切关注发展情况,分析原因，调整施工，使隧道变形趋稳,并制定急方案和对策
预警一级（红色）
暂停施工，加强监测，启动急预案，采取相工程措施
9.2变形总量管理值
表9.2-1黄土地段变形总量管理等级
变形总量/（mm）
管理等级
正常
（绿色）
预警二级
（黄色）
预警一级
（红色）
拱顶下沉
Ⅴ
＜110
110～150
≥150
水平收敛
Ⅴ
＜45
45～60
≥60
备注：
本表所建议变形总量管理等级不包含特殊施工工法（如预切槽法等），并结合现场施工情况进行动态调整。
9.3变形速率管理值
表9.3-1黄土地段变形速率管理等级
变形速率/（mm/d）
管理等级
正常
（绿色）
预警二级
（黄色）
预警一级
（红色）
开挖过程中
拱顶下沉
Ⅴ
＜15.0
15.0～30.0
≥30.0
水平收敛
Ⅳ、Ⅴ
＜5.0
5.0～10.0
≥10.0
仰拱封闭后
拱顶下沉
水平收敛
Ⅳ、Ⅴ
＜2.0
2.0～4.0
≥4.0
备注：
本表所建议变形总量管理等级不包含特殊施工工法（如预切槽法等），并结合现场施工情况进行动态调整。
9.4初期支护表观现象
隧道施工过程中对隧道初期支护表观进行观察，当初期支护出现表9.4-1所述现象时，及时进行信息反馈，并采取相工程措施。
表9.4-1需要采取工程措施的初期支护表观现象
序号
初期支护
表观现象
1
喷混凝土
初期支护混凝土出现开裂、剥落、掉块等现象
①纵向开裂超过3榀钢支撑间距；
②环向开裂超过已施工支护周长的1/3；
③裂缝宽度超过1mm。
2
钢拱架等
扭曲、异响、拱脚下沉等。
9.5变形时态曲线特征
（a）正常（b）预警二级（c）预警一级
图9.5-1变形时态曲线特征图
当变形处于初期匀速变形阶段和平稳发展阶段时，隧道处于相对安全的状态；围岩变形过程中，在围岩不失稳的正常情况下，在量测断面附近进行开挖施工时，受施工扰动，存在一定的变形加速现象，属于正常加速，其余变形加速属于异常加速。
异常加速是围岩失稳的征兆，隧道施工安全存在威胁，要进行预警。
对位移监控量测结果进行回归分析，预测该测点可能出现的最终值及影响范围，以评估结构或建筑物的安全状况，必要时据此优化施工方法，
根据围岩收敛—时间曲线和拱顶下沉—时间曲线走向选用指数函数作为回归函数，由于指数函数作为非线性函数，但可将其线性化，方法如下：
…………….式
（1）
对其两边取自然对数，得：
令
则
……………式
（2）
式中：
a、b——回归常数；
t——初读数后的时间（d）；
u——位移值（㎜）。
把围岩收敛、拱顶下沉的数据列表，根据上面的公式
（1）和公式
（2）分别求出t’和u’在表中列出，然后进行回归分析。
从回归分析结果可得到回归常数a、b，代入式
（1）则分别得到水平收敛、拱顶下沉观测数据的回归方程、判定系数：
取t=∞时，可得到水平收敛、以及拱顶下沉的终值（极限值）u0。
对比水平收敛速度是否小于0.2mm/d，拱顶下沉速度是否小于0.15mm/d，将终值（极限值）与控制基准进行比较，确定变形管理等级，判定围岩是否稳定。
如果上述条件均满足要求，则可以判定围岩是稳定的，已趋于缓和，可以施做二次衬砌，如果不满足要求及时将信息上报，确定支护参数。
举例说明：
后附草木沟隧道DK026+028断面详细数据分析
表9.5-1变形时态曲线在管理等级中的体现
序号
管理等级
体现
1
正常（绿色）
无变形异常加速，变形特征曲线趋于收敛
2
预警二级（黄色）
变形异常加速，变形特征曲线无收敛迹象，日均变形速率差值连续2天增大，且均大于2mm/d时。
3
预警一级（红色）
变形异常加速，变形特征曲线无收敛迹象，日均变形速率差值连续3天增大，且均大于2mm/d时。
10.监测方法
1）洞内、外观察
洞内开挖面观察：
开挖工作面观察在每次开挖后进行，及时绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状况记录表，并与勘查资料进行对比，此项工作由地质预报单位或专业地质工程师进行整理。
洞内已施工地段观察：
喷射混凝土、钢拱架或格栅钢架变形等工作状态。
主要观察内容如下：
①初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况的描述和记录，要特别注意喷混凝土是否开裂和剥落。
②钢拱架或格栅钢架有无扭曲变形、整体下沉等现象；
③拱架或围岩有无异响。
洞外观察重点在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等，同时还对地面建（构）筑物进行观察。
2）拱顶下沉和水平收敛监测
拱顶下沉和水平收敛监测采用全站仪配合反射膜片进行。
测点埋设：
采用直径不小于20mm的螺纹钢，尾端（隧道洞内方向）进行45°斜切形成斜切面或者端部焊接钢板，斜切面处或钢板上面粘贴测量专用反射膜片（不小于1cm×1cm）。
标识要求：
测点布设以后，在测点位置用红色油漆做醒目标识，每个断面左右侧各布设1个标示牌，及时记录展示相关信息，监测点上严禁悬挂物品。
保护要求：
测点及时进行布设，并做好保护，防止破坏。
现场监测与施工必须紧密配合，施工现场提供监测工作时间，保证监测工作的正常进行，监测测点的埋设计划列入工程施工进度控制计划中。
破坏与松动处理要求：
如果测点被破坏，在被破坏测点附近补埋，重新进行数据采集；如果测点出现松动，则及时加固，重新读取初读数。
3）地表沉降监测
地表沉降监测可采用全站仪或精密水准仪进行，沉降测点埋设时先在地表钻孔，然后埋入沉降测点，外露1～2cm，四周用混凝土填实。
测点一般采用直径20～30mm，长50～100cm半圆头钢筋制成。
11.测试精度要求
拱顶下沉、水平收敛、地表沉降测试精度为±1.0mm。
采用测距精度不小于2±2ppm的全站仪，自由设站非接触进行监测能满足测试精度要求，但当设站点与监测点距离增大时，测量中误差会逐步增大。
因此，施测时设站点与监测点距离不宜过大，控制在100米范围以内，同时保障测试环境的其他要求。
12.监测信息反馈
1）用隧道施工监测信息化平台系统，及时反馈监测信息。
2）根据反馈信息，分析监测数据，核查现场情况，提出相的工程对策与建议。
3）按周、月或季进行阶段分析，分析总结监测数据，了解和掌握支护结构变形规律，对施工情况进行评价，形成阶段分析报告，指导后继施工。
图12.1监测信息反馈程序框图
13.监测工作管理
1）监测工作根据合同文件和经审查批准的实施方案严格进行。
2）监测工作以项目实际情况为出发点，监测程序、报告和方法等规范。
3）监测数据真实、有效，工作保质保量。
4）监测各类报告按合同要求及时提交。
5）针对工程重难点，不定期开展监测技术专题会，结合现场实际情况，优化完善监测工作。
6）定期对监测单位进行考核。
表13-1工程安全性评价分级及相对措施
管理等级
对措施
Ⅲ
正常施工
Ⅱ
综合评价设计施工措施，加强监控量测，必要时采取相工程对策
I
暂停施工，采取相工程对策
4）根据工程安全性评价结果，需要变更设计时，根据吉图珲客专工程变更管理办法及时进行设计变更；
5）工程对策可分为一般措施和辅助施工措施两种；一般措施包括：
稳定开挖工作面措施；调整开挖方法；调整初期支护强度和刚度并及时支护；围岩与支护结构间回填注浆；
辅助施工措施：
底层预处理包括注浆加固、降水、冰结等方法；超前支护包括超前小导管、超前大管棚等方法。
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