《隧道检测能力训练》课程设计隧道施工监控量测方案设计西南交通大学峨眉校区土木工程系专业课设计解.docx
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《隧道检测能力训练》课程设计隧道施工监控量测方案设计西南交通大学峨眉校区土木工程系专业课设计解
课程名称：
《隧道检测能力训练》
设计题目：
隧道施工监控量测
院系：
土木工程
专业：
隧道组
学号：
20097392
姓名：
但强强
指导教师：
赵菊梅老师
西南交通大学峨眉校区
2012年12月16日
课程设计任务书
专业隧道组姓名但强强学号20097392
开题日期：
年月日完成日期：
年月日
题目隧道施工监控量测
一、设计的目的
熟悉隧道监控量测的一般流程
二、设计的内容及要求
完成某隧道施工监控量测的任务，并注意相关CAD绘图要清楚。
三、指导教师评语
四、成绩
指导教师（签章）
年月日
1.编制依据
⑴施工前根据隧道规模、地形、地质条件、支护类型和参数、施工方法等，进行监控量测方案设计。
监控量测设计应满足《铁路隧道监控量测技术规程》和设计图纸的要求。
⑵施工中应将现场监控量测作为工序引入作业循环，并结合地质预报作出评价，优化设计参数，实施动态管理。
监控量测元件的埋设与监控量测应列入工程施工进度控制计划中，同时监控量测工作应尽量减少对施工工序的影响。
⑶监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，按设计要求进行布点和监测，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。
量测数据应及时分析处理，并与工程类比法相结合，及时调整支护参数或施工方案。
⑷施工现场必须建立严格的监控量测数据复核、审查制度，保证数据的可靠性和精准性。
监控量测数据应利用计算机系统进行管理，由专人负责。
如有监控量测数据缺失或异常，应及时采取补救措施，并详细记录。
⑸根据监控量测精度要求，应尽量减少系统误差，控制偶然误差，避免人为错误，提高测量精度，并应经常采用相关方法对误差进行检验分析。
2.隧道工程概况
新建铁路贵阳至开阳线起于贵阳北站，经长昆线贵阳东站后，途经水田镇、羊昌镇、南江镇，终于开阳县城附近。
全长62.83公里，其中包括正线54.32公里，贵阳北至贵阳东联络线8.51公里。
本项目部施工管段始于贵阳新北站，途经贵阳东站，终于磨槽石隧道进口附近，主要包括联络线lgDK1+200～lgDK9+710（不含贵阳东站），贵开正线DK0+000～DK12+892，全长共21.4公里。
主要工程量为：
单线桥梁12座/5150.897单延米，双线桥梁10座/5059.6双延米；单线隧道10座/7296单延米，双线隧道1座/172双延米；单线路基17.3公里，双线路基3.45公里；车站1座，即三江农场站，估算造价8.4亿元。
3.监控量测目的和意义
在地下工程施工过程中开展监测量测的主要目的和意义有以下几点：
（1）了解隧道支护结构和周围地层的变形情况，及时反馈地表和洞内位移变化的信息，调整相应的开挖支护参数,保证施工安全；
（2）通过监控量测了解隧道围岩在施工过程中的动态变化，明确工程施工对原始地层的影响程度及可能产生失稳的薄弱环节；
（3）提供判断围岩和初期支护基本稳定的依据，确定二衬的施作时间；
（4）通过监控量测，收集数据，为以后的工程设计,施工及规范修改提供参考和积累经验，并可以和计算结果比较，完善计算理论。
4.监控量测内容和方法
隧道监控量测的必测项目包括：
1、洞内、外观察；2、二次衬砌前净空变化；3、拱顶下沉；4、地表下沉（浅埋隧道必测，H0≤2b时）。
表1监控量测必测项目
序号
监测项目
测试方法和仪表
测试精度
备注
1
洞内、外观察
现场观察、地质罗盘、数码相机
2
衬砌前净空变化
隧道净空变化测定仪（收敛计、全站仪）
0.1mm
3
拱顶下沉
水准测量的方法，水准仪、钢挂尺或全站仪
1
水平收敛量测
4
地表下沉
水准测量的方法，水准仪、铟钢尺或全站仪
1
浅埋隧道必测
5
二次衬砌后净空变化
隧道净空变化测定仪（收敛计、隧道激光断面仪）
0.01
注：
H0—隧道埋深；b—隧道最大开挖宽度。
下列项目将根据工程施工需要，有选择地进行：
表2监控量测选测项目
序号
监测施工
测试方法和仪器
测试精度
备注
1
隧底隆起
水准测量、水准仪、铟钢尺
0.5-1mm
2
围岩内部位移
多点位移计、频率接收仪
0.1mm
3
围岩压力
压力盒、频率接收仪
0.01MPa
4
二次衬砌接触应力
压力盒、频率接收仪
0.01MPa
5
钢筋受力
钢筋计、频率接收仪
0.01MPa
6
喷射混凝土受力
混凝土应变计频率接收仪
7
锚杆杆体应力
钢筋计、频率接收仪
0.01MPa
5.监测断面布置
量测断面间距和每个断面上的测点、类型、位置、个数应根据隧道埋深、围岩级别、隧道断面大小、开挖方法、支护类型等确定。
围岩差的地段，量测断面应布置多些，围岩好的量测断面应相对少一些，在不良地质体中，应考虑布置一定数量的选测项目。
地表下沉量测布置的测点数应适当多一些，应能测到完整的纵、横向沉降曲线，从而分析隧道施工的纵、横向影响范围和程度。
1、必测项目量测断面布置
（1）净空变化、拱顶下沉和地表下沉（浅埋地段）等必测项目应设置在同一断面，地表有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉观测点。
一般，量测断面间距应根据围岩级别、隧道埋深、开挖方法按下表规定：
表3量测断面间距和每断面测点数量
围岩规则
断面间距（m）
每断面测点数量
净空变化
拱顶下沉
Ⅴ-Ⅳ
5-10
1～2条基线
1-3点
Ⅳ
10-30
1～2条基线
1点
Ⅲ
30-50
1条基线
1点
注：
洞口及浅埋地段断面间距取小值，软岩隧道监测断面应适当加密。
地表下沉（浅埋地段）观测点布设应沿线路中线布点，间距5～30米，必要时设1～2个横断面，每断面7～11点，监测范围应在隧道开挖影响范围以内。
（2）沉降缝两侧底版不均匀沉降，洞内沉降缝每侧宜布置4个以上的观测点。
（3）洞口段与路基过渡段不均匀沉降，结合路基沉降观测，在洞口、距洞口5～10m、15～20m、50m处各设一个观测断面。
2、选测项目量测断面的布置
各选测项目量测断面的数量，宜根据设计要求进行布置，或在每级围岩内选有代表性的断面1～2个，断面上的测试元器件、类型、位置及个数根据需要确定。
6.监控量测时间和频率
拱顶下沉、收敛量测起始读数宜在3～6h内完成，其他量测应在每次开挖后12h内取得起始读数，最迟不得大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。
测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护，严禁爆破损坏。
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，取算术平均值作为观测值；每次测试都要认真做好原始数据记录，并记录开挖里程、支护施工情况以及环境温度等，保持原始记录的准确性。
1）测点、测线布置
监控量测断面按照表4进行布置。
表4必测项目量测断面间距
围岩级别
断面间距（m）
Ⅴ
5
Ⅳ
10
Ⅲ
30
注：
①洞口及浅埋地段断面间距取小值；
②各选测项目量测断面的数量，宜在每级围岩内选有代表性的1～2个；
③软岩隧道的观测断面适当加密。
水平相对净空变化量测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。
地质条件良好，采用全断面开挖
方式时，可设一条水平测线。
当采用台阶开挖方式时，可在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。
分部开挖法施工时每分部一条水平测线，当采用CD法或CRD法上部，每分部一条水平测线，两条斜线，其余部分一条水平测线。
净空收敛量测测线数参照表5进行布置。
表5净空收敛量测测线数
地段
开挖方法
一般地段
特殊地段
全断面法
一条水平测线
—
台阶法
每台阶一条水平测线
每台阶一条水平测线，两条斜线
分部开挖法
每部分一条水平测线
CD法或CRD法上部，每分部一条水平测线，两条斜线，其余部分一条水平测线。
图1
2）地表沉降布点
隧道浅埋地段地表下沉的量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内。
当地表有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉观测点。
横断面方向应在隧道中心及两侧间距2～5m处设地表下沉测点，每个断面设7～11点，监测范围应在隧道开挖影响范围以外。
地表下沉量测应在开挖工作面前方，隧道埋深与隧道开挖高度之和处开始量测点距，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。
洞顶地表下沉量测断面布置见图2。
3）下沉量测布点
拱顶下沉量测原则上布置在拱顶轴线附近，根据开挖方法不同，测点应根据施工情况进行合理布置，并能反映围岩、支护稳定状态，以指导施工。
当隧道跨度较大时，应结合施工方法在拱部增设测点，详见图1。
当地质条件复杂，下沉量大或明显偏压时，除量测拱顶下沉外，尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。
1、净空变化、拱顶下沉、地表下沉（浅埋地段）各量测项目的量测频率应根据位移速度和量测断面距开挖面距离确定。
（1）按位移速度确定量测频率
位移速度（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
（2）按距开挖面距离确定量测频率
量测断面距开挖面距离（m）
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—隧道开挖宽度。
当按位移速度和量测断面距开挖面距离选择的测频率出现较大差异时，取量测频率较高的作为实施的量测频率。
各项量测作业均应持续到变形基本稳定后2～3周结束。
对于膨胀性和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间。
地表下沉量测应在开挖工作面前方，隧道埋深与隧道开挖高度之和处开始量测点距，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。
2、洞外观察重点应在洞口段和洞身埋置深度较浅段；洞内工作面观察应在每次开挖后进行，已施工地段观察每天至少进行一次。
3、洞口段与路基过渡段不均匀沉降，应和路基沉降观测频次一致，当环境条件发生变化或数据异常时应及时增加观测次数。
7.监控量测数据整理和分析
现场量测所取得的原始数据，不可避免的会具有一定的离散性，其中包含着测量误差。
因此，应对所测数据进行一定的数学处理。
数学处理的目的是：
将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确定量测数据的可靠性；探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化的规律，判定围岩和初期支护系统稳定状态。
取得监测数据后，及时由专业监测人员整理分析数据。
结合围岩、支护受力及变形情况，进行分析判断，将实测值与允许值进行比较，及时绘制各种变形或应力～时间关系曲线，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况，并将结果反馈给设计、监理，从而实现动态设计、动态施工。
目前，回归分析是量测数据数学处理的主要方法，通过对量测数据回归分析预测最终位移值和各阶段的位移速率。
具体方法如下：
⑴数据整理。
把原始数据通过一定的方法，如按大小的排序，用频率分布的形式把一组数据分布情况显示出来，进行数据的数字特征值计算，离群数据的取舍。
⑵数据的曲线拟合。
在取得一定监测数据后，应绘制位移或应力时态变化曲线图，如图3所示。
然后寻找一种能够较好反映数据变化规律和趋势的函数关系式，对下一阶段的监测数据进行预测，防患于未然。
图3时态回归曲线示意图
⑶插值法。
在实测数据的基础上，采用函数近似的方法，求得符合测量规律而又未实测到的数据。
⑷计算沉降及收敛变形的速度、加速度曲线，进行稳定性判断。
⑸根据接触压力与支护内力量测，计算分析支护结构安全度，合理性。
8.监控量测数据反馈
监控量测工作必须紧跟开挖、支护作业，并按设计要求布设监测点，并根据具体情况及时调整或增加量测的内容。
量测数据应及时分析处理，并将结果反馈给设计、监理，实现动态设计、动态施工。
根据观察、量测结果，判断原设计不合适时，应及时修正设计，特别是量测结果与初期预测有较大差异，而确认必须进行设计变更时，根据围岩的变化修正设计。
对锚杆数量、形状尺寸、喷混凝土厚度、材质、一次掘进长度、钢支撑的等进行局部修正或进行围岩分级、支护模式、变形富裕量、开挖断面形状、施工方法、衬砌厚度等进行修改。
9.监控量测元器件
监控量测设备配置分为外业数据采集仪器设备和内业数据处理设备。
表4作业工地主要设备配置表
全站仪
1台
精密水准仪器
1台
钢挂尺
1把
收敛计
1把
数码相机
1台
电脑
1台
隧道激光断面仪
1台（可多个工作面共用）
10.安全保证措施
⑴施工区域内的监控量测断面及测点要设置明显标识，严禁施工机械和人为因素对监控元件的破坏。
⑵监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，按设计要求进行布点和监测，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。
量测数据应及时分析处理，并与工程类比法相结合，及时调整支护参数或施工决策。
⑶监控量测仪器要定期检校，确保测量精度。
⑷监控量测外业作业时，要有专人指挥、调度，防止隧道施工作业对监控量测作业的干扰，确保施工安全和降低外界干扰对数据采集精度的影响。
⑸监控量测外业作业时，作业人员要按照要求佩带好安全帽。
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