隧道监控量测实施方案.docx

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隧道监控量测实施方案

一、工程概况-2-

二、监控量测目的-9-

三、监控量测的内容及方法-11-

四、数据分析与反馈-15-

五、监控量测管理-19-

六、配备本合同工程的测量仪器表-20-

七、监控量测示意图-20-

隧道监控量测实施方案

一、工程概况

1.地形地貌：

隧道位于中低山岩溶峰丛地貌区，区内最高标高在YK34+820，高964.2m。

最低标高在隧道出口，高688.3m，相对高差275.9m。

隧道进口端山坡坡度缓，一般5°到15°，隧道出口端山坡坡度稍陡，一般15°-20°，植被发育，水土保持较好。

2.工程地质条件、水文条件：

根据野外调查及钻探、物探资料，隧道区出露地层：

YK34+381.7-YK34+728为志留系中上统韩家店粉砂质泥岩。

页岩，YK34+728-YK35+360为奥陶系下统桐梓组灰岩、白云质灰岩，YK35+360-YK35+918为奥陶系下统湄潭组泥灰岩、泥岩、页岩，以及第四系残坡积粉质粘土、碎石土。

2.1.2隧道工程概况

本标段共有1座隧道，隧道。

隧道为小净距隧道。

本隧道位于石阡县花桥镇坡背村，属长隧道。

左线起讫桩号ZK34+380～ZK35+780，长1400m，最大埋深约229m；右线起讫桩号YK34+381.7～YK35+918，长1536.3m，最大埋深约240m。

隧道呈241°～214°方向展布。

采用灯光照明，机械通风。

隧道内设置2处行人横洞，1处行车横洞。

行人横洞布置与隧道右线轴线正交，行车横洞考虑车辆转弯及结构受力条件采用60°左右与隧道轴线相交。

隧道左线平面线形依次为R-1220、A-427、R-∞，右线平面线形依次为R-1200、A-420、R-∞；隧道进口线间距16.68m，出口线间距16.73m；隧道左线纵坡为-2.95%、-2.714%单向坡,右线纵坡为-2.95%、-2.69%单向坡。

2.2所在地理位置

本标段为，起点桩号K32+442.4位于石阡县花桥镇马路坡村，再建隧道，至花桥镇，到终点桩号K38+623位于花桥镇冷背，标段长6.187公里。

2.3地形地貌

本段区域位于贵州高原中东部向湘西丘陵过渡的斜坡地带，武陵山脉西南缘，途径铜仁的江口县和石阡县，交通互联主要靠305省道绕行相通，既有公路交通技术等级低，路基质量较差，路面狭窄，弯急坡陡，盘旋于山地半坡，通行能力差，拟建项目石阡县至余庆县尚无公路连接通行，山区地形偏僻荒凉，交通极为不便。

项目区域海拔高程约470～1100m，相对高差100～500m，地形高低差异明显，主要的山峰、河流受构造控制明显，走向往往与构造线方向一致，其走向与断层方向一致，测区以侵蚀、溶蚀构造地形为主。

基本特征为：

岩溶地貌发育于碳酸盐类岩石分布区，主要受岩性及地质构造影响，表现为峰丛洼地、峰林谷底、缓丘沟地、漏斗、落水洞、竖井等；侵蚀构造地貌发育于碎屑岩分布区，与构造线一致，风化作用较强烈，测区地貌属构造侵蚀、溶蚀中山、中低山地貌类型。

中低岩溶峰丛地貌区：

主要分布于K10+600～K47+200段，我项目合同段就位于此区域段内，由寒武系、奥陶系、志留系地层中的白云质灰岩、白云岩、灰岩、泥灰岩、泥质灰岩等组成，处于云贵高原向湘西丘陵过渡带，高程在750～1000m之间；山脉形态以条状为主，山体相对较大，近似椭圆状；山间洼地沟谷狭长，呈封闭或半封闭状；发育程度不同的漏斗管道是地表水向地下垂直渗透的通道。

山体上峰丛、峰丘、洼地等相间连片，坡地植被以灌木为主，坡脚和洼地是主要的农田耕作地。

2.4气象特征

安江合同段所在石阡县处于中亚热带（黔东北）湿润气候区，冬无严寒，夏温较高。

多年平均气温16.8℃，一月最冷，月平均气温平均气温3.4℃—5.5℃，极端最低气温-6.9℃；最热7月，月平均气温25.4℃─27.2℃，极端最高温41.1℃。

无霜期303天，年平均降雨量1121毫米，降水量年内分布不均，多集中于5～10月。

2.5水文条件

项目该区域地下水为表层冲洪积（Qal=pl）、残坡积粉质黏土、碎石土中的孔隙水及基岩风化带内的裂隙水，水量大小受裂隙发育程度及季节变化影响，补给来源主要为大气降水下渗补给。

（1）地下水类型及特征

A、松散层孔隙水：

赋存于斜坡上第四系各种成因的松散堆积体中，多属上层滞水，主要受大气降水补给，但多分布在较高位置，径排条件好，且零星分布，厚度较小，水量贫乏。

B、裂隙孔隙水：

隧道洞身地层部分为志留系中上统韩家店群（S2-3hn）粉砂质泥岩、页岩，奥陶系下统湄潭组（O1m）泥岩、泥灰岩、页岩，为相对为隔水层，但浅部岩石破碎，节理裂隙发育，风化强烈，透水性强，有利于地表水的渗入。

大量渗入的地表水受隔水层的阻滞作用，使得隧道区裂隙、孔隙水较为丰富。

C、裂隙溶隙水：

隧道洞身地层部分为奥陶系下统桐梓组（O1t）灰岩、白云质灰岩，属于含水层，具较强的透水性，但多分布在较高位置，且径流条件好，水量有限；局部岩溶发育地段含水较丰富，有大溶洞储水或大的岩溶管道的可能性，是最有可能突水、突泥段。

在SSZK16进行抽水试验一抽立干，说明水量较贫乏。

（2）补、排条件及动态特征

区内地下水主要接受大气降水垂直入渗补给；基岩裂隙水赋存于岩体断层、裂隙中,主要受地形地貌控制，由大气降水补给，通过导水的裂隙、断层、落水洞、岩溶洼地等补给深部含水层。

由于隧道区标高较高，地表径流排泄条件好。

隧址区地下水沿岩溶通道、断层以条带状形成向北西方向凯峡河谷径流为主。

（3）地下水水质

参照初勘SZK24钻孔所取水样分析结果：

PH值=7.22，侵蚀性CO2=1.47mg/L，HCO3-=0.33mmol/L，参照《公路工程地质勘察规范》（JTGC20－2011）结合区域水文地质条件综合判断，地下水在弱透水层中对混凝土结构具微腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性。

（4）地下水影响

隧址区内北东侧为粉砂质泥岩、页岩，为隔水岩层；隧道北西侧为碳酸盐类岩石，落水洞、岩溶洼地发育；因此，隧址区地下水沿岩溶通道、断层以条带状形成向北西方向凯峡河谷径流为主，并在河谷地以大泉形式排泄。

隧道开挖可能遇到岩溶管道和断层导水，引发突水、突泥，地下水对隧道施工有较大影响。

（5）隧道涌水量预测

1、地下径流模数法

根据区域水文地质资料，该地层地下径流模数M=4.4L/s.㎞²，取M=4.4L/s.㎞²，含水岩组面积F=1.5×1.0㎞²=1.5㎞²。

Q=M×A=570m³/d

式中：

Q—涌水量，m³/d；

A—集水面积，㎞²；

M—径流模数，L/s.㎞²；

d—天数，d。

2、大气降水渗入系数法

隧道通过含水体集水面积（A）为1.5k㎡，年平均降雨量（W）为1121mm，根据区域水文地质资料，结合该区地形特征，植被覆盖情况，渗入系数（α）选用0.18，则全隧道涌水量为：

Q=2.74α×W×A/d=2272（m³/d）m³

式中：

Q—涌水量，m³/d；

A—集水面积，㎡；

α—入渗系数，选用0.18。

d—天数，d。

即隧道一般涌水量为492～1726m³/d。

2.6地质条件

项目区位于贵州东部NS向构造带、NNE向构造带和NE向构造带的交汇地区。

由于地应力的长期作用，其构造形迹复杂多样，构造线大部分为NS向、NNE向及NE向，主要为雪峰期、燕山期地质构造形迹。

根据本次勘察结果，隧道区有2条断裂构造或破碎带通过。

F41-1：

ZK34+627和YK34+620附近段高密度电法低阻异常，为物探推测断裂构造或破碎带，其位置位于岩性分界位置，为粉砂质泥岩和灰岩接触位置，推测灰岩岩溶强烈发育，粉砂质泥岩岩质软，岩石极破碎。

F41-2：

2次通过隧道，ZK34+703和YK34+668附近段高密度电法低阻异常，为物探推测断裂构造或破碎带，其位置位于岩性分界位置，为粉砂质泥岩和灰岩接触位置，推测灰岩岩溶强烈发育，粉砂质泥岩岩质软，岩石极破碎；ZK35+327和YK35+396附近段高密度电法低阻异常，为物探推测断裂构造或破碎带（WF2），其位置位于岩性分界位置，为灰岩和泥灰岩接触位置，推测岩溶强烈发育，泥灰岩岩质软，岩石极破碎。

隧道进口端地层产状为300°∠28°，出口端地层产状228°∠21°。

隧道进出口地层与山坡均为逆向坡。

经勘察，隧道区未发现滑坡、泥石流等严重不良地质现象。

根据物探成果，从高密度电法电阻率断面看ZK35+190～ZK35+210、YK35+210～230、ZK35+330～ZK35+730、YK35+345～YK35+760段有许多团块状低异常，推测部分为岩溶强烈育引起。

进口位于丘陵地段，地势低缓，上覆粉质黏土、碎石土层厚3.20～3.40m，强风化粉砂质泥岩揭露厚度>22.30m，斜坡自然坡度5～15°，岩层产状300°∠28°。

洞口岩石裂隙发育，岩体极为破碎，完整性差，围岩分级为Ⅴ级，成洞条件差，围岩易坍塌，处理不当可能出现大体积坍塌及冒顶，进口边坡为逆向坡，有利于边坡稳定。

建议粉质黏土、碎石土层坡率1：

1.25，强风化层1：

0.75，中风化层1：

0.5，并采取护面措施。

松散层较厚，透水性好，但所处位置较高，含水有限，基岩含风化裂隙水，但含水微弱、水量贫乏，地下水对洞口稳定性有一定影响；隧道洞口施工应注意暴雨期间地表面流对洞口的冲刷破坏作用，宜采取截流、疏排措施。

施工严格按照“先支护、后开挖、短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”的原则进行开挖施工。

施工过程中严格控制超挖、欠挖，初期支护及时可靠，同时加强监控量测，及时处理分析量测数据，调整支护参数，指导施工。

二、监控量测目的

把量测结果反映到设计施工中的目的，首先是确认施工的安全性，其次是提高工程的经济性。

通过施工现场监控量测监视围岩变化，掌握支护结构在施工过程的力学状态和稳定程度，确保施工安全。

为确定二次衬砌和仰拱施作时机，了解和掌握围岩变化规律，评价和修改支护参数及施工方法。

为最终稳定时间等提供信息依据，并为以后设计、施工积累资料。

因此必须加强围岩及支护的施工监控量测工作，并贯穿于施工全过程。

其目的是：

2.1提供监控设计的依据和信息。

掌握围岩力学形态的变化和规律，掌握支护的工作状态。

了解围岩稳定状态和支护、衬砌可靠程度，确保施工安全及结构的长期稳定性。

为围岩级别变更、初期支护和二次衬砌的参数调整提供依据，是实现信息化施工不可缺少的工序，是直接为设计和施工决策服务的。

2.2指导施工，预报险情。

作出工程预报，确立施工对策，做到监视险情、安全施工。

2.3验证支护结构效果、确认支护参数和施工方法的合理性，对支护结构、施工方法的合理性及其安全性作出评价及建议，为确定二次衬砌施做时间提供科学依据。

三、监控量测的内容及方法

3.1量测的内容及使用仪器见表3-1

表3-1

监控量测项目

量测仪器

备注

必测项目

洞内、外观察

现场观察，数码相机，罗盘仪

净空变化

收敛计

拱顶下沉

水准仪，钢挂尺或全站仪

地表沉降

全站仪

隧道浅埋段

`

选测项

目

围岩压力

压力盒

根据隧道设计与施工的特殊要求

钢架压力

钢筋计、应变计

喷混凝土内力

混凝土应变计

二次衬砌内力

混凝土应变计、钢筋计

初期支护与二次衬砌间接触压力

压力盒

锚杆轴力

钢筋计

围岩内部位移

多点位移计

隧底隆起

水准仪、钢挂尺或全站仪

爆破振动

振动传感器、记录仪

孔隙水压力

水压计

水量

三角堰、流量计

纵向位移

多点位移计、全站仪

结合设计规范要求及本施工段隧道特点，本隧道监控量测必测项目为：

①洞内、洞外观察②净空变化③拱顶下沉④地表沉降

3.2监控量测断面及测点布置原则

3.2.1拱顶下沉测点与净空收敛测点应布置在同一断面。

断面埋设间距见表3-2。

表3-2

围岩级别

断面间距（M）

Ⅴ

5~10

Ⅳ

10~30

Ⅲ

30~50

Ⅱ

视具体情况确定间距

拱顶下沉测点与净空收敛测点的具体埋设部位及测线见附图。

测点必须在每次开挖后立即进行埋设，采用打孔，埋设膨胀螺栓入岩体，入岩深度20cm。

3.2.2地表下沉测点应与水平监控量测和拱顶下沉量测的测点布置在同一横断面上。

地表下沉量测断面间距见表3-3。

表3-3

隧道埋深H

地表下沉量测断面间距（M）

H>2B

20~50

B

10~20

H

10

横断面方向地表下沉量测的测点应取2~5米，在同一量测断面设7-11个测点，测点应为水泥观测桩。

具体埋设见附图。

3.3量测方法

3.3.1洞内洞外观察

隧道开挖后应及时进行地质素描及数码成像，必要时进行物理力学试验。

施工过程中应进行洞内、洞外观察。

洞内观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。

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，填写开挖工作面地质状况记录表，并与勘查资料进行对比；已施工地段观察，应记录喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作状态。

洞外观察重点应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，同时还应对地面建（构）筑物进行观察。

右洞洞口YK35+918-800左右处于浅埋及偏压段落，施工完毕的二衬已经出现不同程度的裂缝，已经影响到结构的安全，虽然已经加有临时拱架支撑，但是变裂缝到处在发展。

因此，必须做为重中之重，加强现场观测。

布设监控量测断面，密切关注拱顶下沉和周边位移收敛；对于裂缝，埋设观测纸条，加强直观观测，确保洞内施工安全。

左洞洞口处于滑坡地带，已经发生过山体滑坡，把左洞洞口堵死的险情。

因此，必须在山体滑坡和便道两侧以及隧道仰坡布设地表观测点，实时观测位移和沉降，确保洞顶及洞内的安全。

3.3.2地表沉降量测

在地表稳定处设一固定点做为基点并测定高程，即可进行地表下沉的观测（具体式样见附图）。

地表沉降使用全站仪进行量测，读数精确到1mm。

地表下沉量测应在开挖工作面前方H+h（隧道埋深+隧道高度）处开始，直到衬砌结构封闭，下沉基本停止为止。

地表下沉的量测频率应与拱顶下沉及水平净空量测的量测频率相同。

3.3.3净空变化量测与拱顶下沉量测

隧道净空变化量测采用收敛仪进行量测。

拱顶下沉量测采用水准仪、水准尺和挂钩钢尺等。

读数应该读三次，然后取平均值。

初读数应在开挖12h内读取，最迟不得超过24h，并且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读取。

3.3.4数据整理

量测数据整理包括数据计算、列表或绘图表示各种关系。

A周边相对位移计算式为

μi=Ri-R0

式中：

R0－初始观测值

Ri－第i次观测值

μi－第i次观测时，该两点间的相对位移

B绘制位移μ－时间t关系曲线图或位移速度v－时间t关系曲线。

3.4监控量测频率

3.4.1必测项目的监控量测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度分别按表3-4和表3-5确定。

由位移速度决定的监控量测频率和由距开挖面的距离决定的监控量测频率之中，原则上应采用较高的频率值，出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。

表3-4

监控量测断面距开挖面距离（m）

监控量测频率

（0~1）B

2次/d

（1~2）B

1次/d

（2~5）B

1次/2~3d

>5B

1次/7d

注：

B表示隧道开挖宽度

表3-5

位移速率（mm/d）

监控量测频率

≥5

2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/7d

3.4.2结束量测的时间

考虑到我单位监控量测的实际操作目的和意义，我单位的监控量测的结束时间定为：

当各项量测作业变形基本稳定，以1次/7d的观测频率持续观测三周。

四、数据分析与反馈

施工期间，监测人员在每次监测后，应及时进行校对和整理，同时应注明开挖方法和施工工序以及开挖面距监控量测点距离等信息，工序以及开挖面距监控量测点距离等信息。

在取得足够的数据后，根据现场量测数据绘制位移-时间曲线或散点图。

还应根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值和变化速率，综合判断围岩和支护结构的稳定性，并根据变形的等级管理标准及时反馈施工，应确保监控量测信息传递渠道畅通、反馈及时有效，作出结构安全性、经济性评价，提出合理化建议。

可采用的回归函数有：

指数型

对数模型

U=Alg〔（B+t）/（B+t0）〕

U=Alg（l+t）+B

双曲线模型

U=t/（A+Bt）

式中：

U——变形值（或应力值）

A、B——回归系数

t、t0——测点的观测时间（d）

2、非线性回归方程的线性化

根据曲线图形认为：

选用指数函数公式

或双曲线函数U=t/（A+Bt）

作为回归函数可能合理些（如果不能做出较明确的判断，可以分别按以上几种函数进行回归，取拟合的最优者）。

以指数函数为例：

由于指数函数为非线性函数，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

（2）则是式

（1）线性化的直线方程，其参数的确定可按线性回归的方法确定。

4.1周边位移分析与反馈

以围岩的位移来判断其稳定状态，关键是确定一个“判断标准”（或称为收敛标准），即是判断围岩稳定与否的界限。

包括三个方面：

位移量、位移速度、位移加速度。

隧道周边允许相对位移值（%）表4-1

围岩级别

隧道覆盖层厚度h（m）

h≤50

50＜h≤300

300＜h

隧道周边允许相对位移值（%）

Ⅲ

0.1～0.3

0.2～0.5

0.4～1.2

Ⅳ

0.15～0.5

0.4～1.2

0.8～2.0

Ⅴ

0.2～0.8

0.6～1.6

1.0～3.0

注：

1.相对位移值系指实测位移与两测点间距离之比，或拱顶下沉实测值与隧道宽度之比；

2.脆性围岩取表中较小值，膨胀性围岩取表中较大值；

3．Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ级围岩可按照工程类比初步选定允许值范围；

4.本表列数值可以在施工中通过实测资料积累作适当修正。

位移控制基准应根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移按表4-2要求确定。

位移控制基准表4-2

类别

距开挖面1B（U1B）

距开挖面2B（U2B）

距开挖面较远

允许值

65%U0

90%U0

100%U0

注：

B为隧道开挖宽度，U0为极限相对位移值（在缺乏实测资料，可按预留变形量作为U0控制，在施工中加以调整）。

根据位移控制基准，严格执行位移管理。

位移管理等级及应对措施见表4-3

表4-3

管理等级

距开挖面1B（U1B）

距开挖面2B（U2B）

应对措施

Ⅲ

U

U

正常施工

Ⅱ

U1B/3≤U≤2U1B/3

U2B/3≤U≤2U2B/3

综合评价设计施工措施、加强监测、必要时采取相应工程措施

Ⅰ

U>2U1B/3

U>2U2B/3

暂停施工、采取相应工程措施，如补强支护等

1）位移加速度，如果位移速率呈典型的蠕变曲线特征，即先减速，后等速或明显的加速趋势，则表明围岩正向不稳定方向发展或已出现破坏。

2）根据以上判断标准，如果围岩不超过表4-1，4-2两项允许值，即不出现蠕变趋势，则可认为围岩是稳定的，初期支护是成功的。

如果表现稳定性好，则可以加大循环进尺。

如果位移值超过允许值不多，且初期支护中的喷射砼未出现明显开裂，一般可不予补强。

如果位移情况与上述情况相反，则应采取处理措施。

4.2二次衬砌的施作时间，按新奥法施工原则，当围岩稳定后，即可施做。

①各测试项目的位移速率明显趋于减缓、围岩基本稳定。

②已产生的各项位移相对值已达到总相对位移量的90％以上；

③水平收敛速度小于0.15㎜/d,拱顶下沉速度小于0.10㎜/d。

对浅埋与围岩破碎、松散等情况，二次衬砌应尽早施作。

五、监控量测管理

1、成立隧道现场监控量测小组，受项目总工领导并配齐必须的检测仪器、设备、用品，明确工作职责和标准，承担量测任务。

2、量测组负责测点埋设、日常量测、数据处理和仪器设备的保养维修工作，并及时将量测信息反馈于施工和设计。

3、现场监控量测按制定的量测工作计划认真组织实施，并与其它施工环节紧密配合，不间断的贯穿于整个施工过程中。

4、各预埋测点埋设要牢固可靠，易于识别并妥善保护，不能任意撤换和避免破坏。

5、按现场监控量测计划，在做好现场量测工作的同时，及时分析整理内业资料并分类归档，按规范要求做好量测竣工文件。

6、其他未尽事宜参照《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）、《铁路隧道施工技术规范》（TB10204-2002）及相关技术规范执行。

监控量测流程

六、配备本合同工程的测量仪器表

仪器使用部位

仪器设备名称

规格型号

单位

数量

备注

隧道

全站仪

TC702

台

1

水准仪

DSZ2

台

1

数显收敛仪

JSS30A

台

1

钢卷尺

3M

把

2

七、监控量测示意图