衢宁铁路三分部监控量测方案.docx
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衢宁铁路三分部监控量测方案
新建衢宁至宁德铁路客货共线
（福建段）2标
鹫峰山一号隧道监控量测方案
编制：
复核：
审批：
中铁隧道集团一处有限公司
新建衢宁至宁德客货共线（福建段）2标三分部
二〇一五年十一月二十日
第一章编制依据
（1）《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）；
（2）《铁路隧道工程施工技术指南》，（TZ204-2008）；
（3）《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）；
（4）新建铁路衢州至宁德线（福建段）2标投标书；
（5）新建铁路衢州至宁德线（福建段）2标设计文件及图纸；
（6）《工程测量规范》（GB50026-2007）；
（7）《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-2006）；
（8）《新建铁路工程测量技术规范》（TB10101-99）；
（9）《铁路隧道喷锚构筑法技术规则》（TBJ108-92）
（10）国家其他相关技术规范。
第二章工程概况
1、地理位置及工程范围
本工程为衢宁铁路（福建段）2标，其中鹫峰山一号隧道位于福建省屏南县境内，工程范围包括鹫峰山一号隧道出口、娜洋坪斜井、大碑溪大桥，路基工程及附属工程，起讫里程为：
DK284+561.94～DK301+208，正线长度为16.64616km。
隧道设计为单洞单线隧道。
其中计划鹫峰山一号隧道出口段承担8428m施工任务（DK292+780～DK301+208），大碑溪大桥长176.27m，路基长917.73m
隧道正洞开挖均在设计院布设的投影面为119°00′00″,大地投影高560m。
设计院整体部网采取二等GPS、二等水准点；鹫峰山1号隧道均在投影面560m中，隧道出口段均在直线上。
洞内导线全部采用二等导线闭合环网、三等水准来控制整个隧道加密控制网。
2、地形地貌
项目位于闽东北地区，中低山区，地形起伏较大，山体陡峻，山坡自然坡度30°～60°，相对高差636.3m左右，植被发育，山坡多可见基岩出露，峰顶高程200～1780m，群峰耸峙，山岭蜿蜒，地形陡峻，坡度大，沟谷切割深；山间谷地相对平缓。
①进口山体地形陡峭，自然坡度40～45°，左高右低，存在偏压；
②横洞洞口地形较陡，场地较小；
③桃源斜井井口山体地形较缓；
④娜洋坪斜井进口地形较陡，左低右高，存在偏压；
⑤出口山体地形较缓，自然坡度25～35°。
第三章工程地质及水文地质
1、工程地质
沿线地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特周期为0.35g。
管段主要地质构造包括：
17条断层、14条节理密集带、2处构造破碎带，4处岩性侵入接触带，其中鹫峰山一号隧道12条断层、12处节理密集带、2处岩性侵入接触带。
表3-1
序号
隧道名称
岩石类型
里程范围
长度
1
鹫峰山
一号隧道
强风化黑云母花岗岩
DK284+561.84～DK284+580
18.16
弱风化黑云母花岗岩
DK284+580～DK287+630
3050
弱风化凝灰熔岩
DK287+630～DK293+310
5680
弱风化细粒花岗岩
DK293+310～DK300+830
7520
弱风化凝灰熔岩
DK300+830～DK301+150
320
粉质黏土、全～强风化凝灰熔岩
DK301+150～DK301+208
58
表3-2鹫峰山一号隧道高地温、岩爆地质构造统计表
名称
里程
长度（m）
影响
高地温
DK288+150～DK296+700
DK298+190～DK298+800
9160
地温超过规定上限28℃（最高地温为43.97℃）,局部DK293+350～DK296+680侵入岩区，可能为地热与异常区，地温可能更高。
岩爆
凝灰岩
地段
DK287+680～DK287+930
250
埋深≥261m，高应力区。
DK287+930～DK293+360
5430
埋深≥457m，极高应力区。
花
岗
岩
地
段
DK287+365～DK287+460
DK294+015～DK297+055
DK298+115～DK298+900
DK299+510～DK300+000
X2DK0+000～X2DK1+090
4410
（正洞）/
1090
（斜井）
埋深≥377m，高应力区。
DK293+360～DK294+115
DK295+590～DK295+790
DK296+020～DK296+310
1245
埋深≥660m，极高应力区。
DK285+985～DK286+635
DK285+800～DK287+275
DK297+100～DK297+260
DK297+690～DK298+070
DK299+010～DK299+440
DK300+135～DK300+760
X1DK2+100～X1DK2+290
X2DK1+140～X2DK1+360
3720
（正洞）/
410
（斜井）
埋深≥220m，可能发生弱岩爆。
DK286+635～DK286+800
DK287+275～DK287+700
DK294+115～DK295+590
DK295+790～DK296+020
DK296+310～DK297+100
DK297+260～DK297+690
DK298+070～DK299+010
DK299+440～DK300+135
X1DK2+050～X1DK2+100
X2DK0+000～X2DK1+140
5120
（正洞）/
1190
（斜井）
埋深≥330m，可能发生中等岩爆。
2、水文地质
项目位于闽北地区，该地区由于山势陡峭，雨量充沛，气候温湿，属典型的中亚热带海洋性湿润季风气候，冬无严寒，夏无酷暑。
年平均降水量为1673.5mm，年最大降水量为2249.1mm，年最小降水量为1189.3mm，雨量集中于春、夏两季，以3～6月最多，约占全年雨量的46.6%；平均气温19.0℃。
灾害性天气种类繁多，活动频繁，如暴雨、雷暴、台风、冰雹、春寒、六月寒、秋寒及霜、雪、寒潮、干旱等。
第四章隧道监控量测方案
隧道工程通过地区内地形地质复杂，主要地质问题有：
突水、突泥现象；膨胀性岩土；断层破碎带；高地应力等，为确保施工过程的安全，将可能发生的事故防范与未然，切实做好施工过程监控量测工作是必不可少的。
1、监控量测的目的和任务
（1）、通过施工和环境监测进行信息反馈及预测预报，优化施工组织设计，指导现场施工，确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会、经济和环境效益；
（2）、在施工过程中对前进的开挖工作面附近围岩的岩石性质、状态进行目测，掌握围岩动态，以及围岩的施工力学性能，了解支护结构在不同情况是的受力状态和应力分布，及时改进支护，对围岩稳定性，安全性作出评价来指导现场施工。
（3）、验证支护结构型式、支护参数的合理性，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，为确定二次支护时间提供依据。
（4）、为修改变更设计、调整施工方法提供科学依据。
（5）、有效地避免坍方等工程事故。
（6）、为本地区后续的类似工程积累宝贵经验和提供科学资料。
2、监控量测的项目和方法
（1）、洞内外地质及支护状态观察
通过洞内、外观察，了解地表信息，混凝土和钢拱架的工作状况，及时发现问题。
（2）、净空收敛
采用全站仪+发射膜片对隧道支护后的初支进行收敛监测。
（3）、拱顶下沉
采用采用全站仪+发射膜片对隧道初支后的拱顶下沉进行监测。
（4）、拱脚下沉
采用采用全站仪+发射膜片对隧道初支后的拱脚下沉进行监测（拱脚临近部位的收敛测点兼做拱脚下沉测点）。
（5）、地表下沉
采用全站仪对隧道上方地表进行观测，在隧道埋深小于2.5倍隧道开挖宽度的范围进行布点监测。
具体量测项目及内容见表4。
表4-1量测内容
序号
主要量测项目
类别
量测仪器
主要内容
1
洞内、外观察
A
目测
观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作状况。
洞外观察重点为洞口段和洞身浅埋段，包括地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况、泥石流沟雨季监测等，同时对地面建（构）筑物进行观察。
2
净空收敛
A
全站仪+反光膜片
根据收敛情况判断：
1.围岩稳定性；2.支护设计和施工方法的合理性；3.二衬施作时机。
3
拱顶下沉
A
全站仪+反光膜片
监测拱顶下沉值，了解断面变化情况，判断拱顶的稳定性，防止塌方。
4
拱脚下沉
A
全站仪+反光膜片
监测拱脚下沉值，了解断面变化情况，判断拱脚的稳定性，防止塌方。
5
地表下沉
A
全站仪+反光膜片
1、洞口及浅埋段地表下沉情况；2、判断隧道开挖对地表产生的影响及防止沉降措施的效果。
3、监控量测断面布置
（1）、地表沉降观测点布置
垂直隧道轴线在洞口浅埋段设置监测断面，隧道范围内从拱顶位置左右间隔2～5m对称布设沉降观测点（视现场情况定），隧道中线两侧量测范围不应小于H+B，其测点布置如图1所示。
图1地表沉降横向测点布置示意图
（2）、洞内拱顶下沉、拱脚下沉和净空收敛测点布置
全断面和台阶法开挖隧道内拱顶沉降和净空收敛测点布置见图2、3及表5（拱脚临近部位的收敛测点兼做拱脚下沉测点）：
图2全断面开挖隧道位移监测点布置图图3台阶法开挖隧道位移监测点布置图
表4-2净空收敛量测测线布置
开挖方法
测线布置
全断面法
一条水平测线
台阶法
每台阶一条水平测线
4、监控量测频次
按《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）要求，监测项目的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4-3和表4-4确定。
由位移速度决定的监空量测频率和由距离开挖面的距离决定的监控量测频率之中，原则上采用较高的频率值，出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。
表4-3按距开挖面距离确定的监控量测频率
量测断面距开挖工作面距离
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
说明：
B为隧道开挖宽度
表4-4按位移速度确定的监控量测频率
变形速度（mm/d）
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
5、测试工作
（1）、监控量测施工工艺见图4。
围岩变形趋于稳定
图4监控量测施工工艺
2）、现场量测要求
（1）初期支护施做2h后立即埋设测点，进行第一次量测数据采集。
（2）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测试工作。
（3）测试中按各项量测操作规程安装好仪器仪表，每测点一般测读三次；三次读数相差不大时，取算术平均值作为观测值，若读数相差过大则应检查仪器仪表安装是否正确、测点是否松动，当确认无误后再按前述监控量测要求进行复测。
（4）多次测试都要认真做好原始数据记录，保持原始记录的准确性。
每次观测后立即对观测数据进行校核，若发现变位较大时，应及时通知现场施工负责人，以便采取相应的处理措施。
（5）测试完毕后检查仪器、仪表，做好养护、保管工作。
及时进行资料整理。
3）、施工监测
（1）洞内外观察
对已施工区段的观察每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作状况。
洞外观察重点为洞口段和洞身浅埋段，包括地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况、泥石流沟雨季监测等，同时对地面建（构）筑物进行观察。
（2）净空收敛量测
①测点埋设：
测点由基座和反射膜片组成，基座由5cm*5cm钢板及≥φ<20mm≤φ<20mm的钢筋焊接而成（见图5），待掌子面开挖完毕后，将基座固定在初支上或锚固在岩壁上，然后把反射膜片粘贴到基座上面。
图5预埋件示意图（单位：
mm）
②数据采集：
采用全站仪自由设站的方式进行数据采集，在能看到测点的地方自由架设全站仪，对中整平，量测收敛水平线两端点的相对坐标为（Xa、Ya、Za）和（Xb、Yb、Zb）。
③收敛计算：
采用测点的三维坐标，通过两点间计算公式计算出收敛侧线的长度，前后两次收敛侧线长度之差就是本次收敛变形，本次收敛侧线长度与初始收敛侧线长度之差即为累计收敛变形，即：
——本次收敛变形；
——第i次侧线长度；
——第i-1次侧线长度；
、
、
——分别为收敛侧线A测点的三维坐标；
、
、
——分别为收敛侧线B测点的三维坐标。
（3）拱顶下沉、拱脚下沉量测
①测点埋设：
测点由基座和反射膜片组成，基座由5cm钢板及≥φ<20mm≤φ<20mm的钢筋焊接而成，待掌子面开挖完毕后，将基座固定在初支上或锚固在岩壁上，然后把反射膜片粘贴到基座上面。
测点示意图见图5所示。
②数据采集：
测点埋设完毕后，采用全站仪自由设站的方式进行测量，每次测量时，将全站仪架设于后视点与量测断面的中间位置，对中整平，后视基点1，（基点高程H1已知，随着隧道向前开挖，基点一直向前变化），得到相对高程Z1，再前视量测断面拱顶（拱脚）反射片，得到相对高程Z0，则量测断面拱顶反射片中心的高程：
H=H1+Z0-Z1
③沉降计算：
采用相对高程法计算测点高程，测点前后两次相对高程之差就是本次沉降值，本次相对高程与初始相对高程之差即为累计沉降值。
即：
△H=Hi-Hi-1
式中：
Hi——第i次相对高程
Hi-1——第i-1次测得相对高程
△H——第i次测得沉降值
（4）地表下沉量测
①基点
基点应埋设在沉降影响范围以外的稳定区域，并且应埋设在视野开阔、通视条件较好的地方；基点数量不少于3个，基点要牢固可靠。
②沉降点的埋设
测点由基座和反射膜片组成，基座由5cm*5cm钢板及≥φ<20mm≤φ<20mm的钢筋焊接而成，钢筋长300～500mm。
沉降点的埋设时先用冲击钻在地表钻孔，然后插入沉降点，测点四周用水泥砂浆填实，然后把反射膜片粘贴到基座上面。
③沉降值计算
监测时通过测得各测点与基点的高程差ΔH，可得到各监测点的高程Δht，然后与上次测得高程进行比较，差值Δh即为该测点的沉降值。
即ΔHt（1，2）=Δht
（2）-Δht
（1）
（5）布点间距
表4-5监控量测断面间距
围岩级别
断面间距（m）
Ⅴ
5
Ⅳ
10
Ⅲ
30
II
50
对于特殊和不良地质段（如斜井与正洞相交处，断层段、破碎带）监测频率根据变形速率适当加密。
速率大于10mm/d时，监测频率增加为3次/d。
4）、量测资料整理
使用电子计算机对量测资料进行整理分析，具体流程见图6。
资料录入PC（）解
分析的对比
图6电子计算机量测处理系统图
5）、围岩量测判释标准
（1）开挖阶段
开挖爆破、通风排烟结束后立即对开挖面进行观察，观察掌子面围岩地质条件方面与地下水状况等是否有变化，当围岩地质条件发生变化时需进行围岩级别修正。
根据有关技术规范规定条件进行判定与修正。
（2）支护阶段
A、现场监控量测的各类数据均应及时绘制成时态曲线，当位移时间关系趋于平缓时，应进行数据处理和回归分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律；当位移—时间关系曲线出现反弯点时，则表明围岩和支护已呈不稳定状态，此时应密切监控围岩动态，并加强支护，必要时立即暂停开挖，采取停工加固并进行支护处理。
位移—时间的正常曲线和反常曲线，详见图7所示。
其中反常曲线是指非工序变化所引起的位移急剧增长现象。
时间t
（a）正常曲线（b）反常曲线
图7时间位移特征曲线
（a）图表示绝对位移值逐渐减小，支护结构趋于稳定，可施作模筑混凝土衬砌。
（b）图表示位移变化异常，出现反弯点初期支护出现严重变形，这时应及时通知施工管理人员，该段支护须采取加强措施，确保隧道不坍方；严重时施工人员须迅速撤离施工现场，保证施工人员安全。
B、根据位移—时间曲线形态来判别围岩稳定性标准。
岩体变形曲线可分为三个阶段：
----基本稳定阶段
主要标志是变形速度不断下降，即d2u/dt2＜0，称为一次蠕变区，表示围岩趋于稳定，其支护结构是安全的；
----过渡区段
变形速率较长时间保持不变，即d2u/dt2＝0，称为二次蠕变区，应发出警告，及时调整施工程序，加强支护系统的刚度和强度；
----破坏区段
变形速度逐渐增加，既d2u/dt2＞0，称为三次蠕变区，曲线出现反弯点，表示围岩已达到危险状态，必须立即停工加固。
围岩稳定性判别标准，是比较复杂的，它不仅同围岩类别以及其他地质因素有关，而且还同施工方法、支护手段等人为因素有关。
因此，在评价围岩稳定程度时应根据隧道工程的具体情况，采用上述三种判别标准综合分析并反馈于设计与施工应用，比较符合实际。
（3）二衬施作应在围岩量测达下列三项标准时进行（断层破碎带施工除外）：
A、隧道周边水平收敛速度小于0.2mm/d；拱顶或底板垂直位移小于0.1mm/d。
B、隧道周边收敛速度，以及拱顶或底板垂直位移速度明显下降。
C、隧道位移相对值已达到总相对位移量的90%以上。
（4）隧道二衬稳定判据
二衬后位移速度趋近于零，支护结构的外力和内力的变化速度趋近于零。
第五章隧道各区段监控量测项目统计
根据鹫峰山一号隧道各水文及工程地质条件及可能存在的风险因素，按《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007），将三分部施工范围监控量测内容列表如下：
表5-1正洞里程段监控量测项目
序号
起讫里程
长度
围岩级别
施工工法
1
292780
292785
5
Ⅲ
全断面
2
292785
292810
25
Ⅲ
全断面
3
292810
293218
408
Ⅱ
全断面
4
293218
293223
5
Ⅱ
全断面
5
293223
293228
5
Ⅱ
全断面
6
293228
293310
82
Ⅱ
全断面
7
293310
293340
30
Ⅲ
全断面
8
293340
293371
31
Ⅱ
全断面
9
293371
293376
5
Ⅱ
全断面
10
293376
293382
6
Ⅱ
全断面
11
293382
293670
288
Ⅱ
全断面
12
293670
293710
40
Ⅲ
全断面
13
293710
293920
210
Ⅱ
全断面
14
293920
293960
40
Ⅲ
全断面
15
293960
294191
231
Ⅱ
全断面
16
294191
294196
5
Ⅱ
全断面
17
294196
294201
5
Ⅱ
全断面
18
294201
294330
129
Ⅱ
全断面
19
294330
294344
14
Ⅲ
全断面
20
294344
294349
5
Ⅲ
全断面
21
294349
294355
6
Ⅲ
全断面
22
294355
294360
5
Ⅲ
全断面
23
294360
294400
40
Ⅳ
台阶法
24
294400
294405
5
Ⅲ
全断面
25
294405
294430
25
Ⅲ
全断面
26
294430
295040
610
Ⅱ
全断面
27
295040
295055
15
Ⅳ
台阶法
28
295055
295060
5
Ⅳ
台阶法
29
295060
295120
60
V
全断面法
30
295120
295125
5
Ⅳ
台阶法
31
295125
295160
35
Ⅳ
台阶法
32
295160
295180
20
Ⅲ
全断面
33
295180
295218
38
Ⅱ
全断面
34
295218
295223
5
Ⅱ
全断面
35
295223
295228
5
Ⅱ
全断面
36
295228
295371
143
Ⅱ
全断面
37
295371
295376
5
Ⅱ
全断面
38
295376
295382
6
Ⅱ
全断面
39
295382
295585
203
Ⅱ
全断面
40
295585
295625
40
Ⅲ
全断面
41
295625
296120
495
Ⅱ
全断面
42
296120
296160
40
Ⅲ
全断面
43
296160
296218
58
Ⅱ
全断面
44
296218
296223
5
Ⅱ
全断面法
45
296223
296228
5
Ⅱ
全断面法
46
296228
296371
143
Ⅱ
全断面法
47
296371
296376
5
Ⅱ
全断面法
48
296376
296382
6
Ⅱ
全断面法
49
296382
296440
58
Ⅱ
全断面法
50
296440
296480
40
Ⅱ
全断面法
51
296480
296675
195
Ⅱ
全断面法
52
296675
296680
5
Ⅱ
全断面法
53
296680
296710
30
Ⅳ
台阶法
54
296710
296715
5
Ⅱ
全断面法
55
296715
297065
350
Ⅱ
全断面法
56
297065
297080
15
Ⅲ
全断面法
57
297080
297085
5
Ⅲ
全断面法
58
297085
297115
30
Ⅳ
台阶法
59
297115
297120
5
Ⅲ
全断面法
60
297120
297135
15
Ⅲ
全断面法
61
297135
297218
83
Ⅱ
全断面法
62
297218
297223
5
Ⅱ
全断面法
63
297223
297228
5
Ⅱ
全断面法
64
297228
297371
143
Ⅱ
全断面法
65
297371
297376
5
Ⅱ
全断面法
66
297376
297382
6
Ⅱ
全断面法
67
297382
297765
383
Ⅱ
全断面法
68
297765
297780
15
Ⅲ
全断面法
69
297780
297785
5
Ⅲ
全断面法
70
297785
297815
30
Ⅳ
台阶法
71
297815
297820
5
Ⅲ
全断面法
72
297820
297835
15
Ⅲ
全断面法
73
297835
298318
483
Ⅱ
全断面法
74
298318
298323
5
Ⅱ
全断面法
75
298323
298328
5
Ⅱ
全断面法
76
298328
298471
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