隧道监控量测作业指导书.docx
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隧道监控量测作业指导书
新建南广铁路NGZQ-8标段隧道工程
监控量测作业指导书
单位：
中铁隧道集团有限公司
南广铁路NGZQ-8项目部
编制：
审核：
批准：
2009年4月30日发布2009年月日实施
1.工程地质及设计说明
⑴地层岩性
沿线自古生界到新生界地层均有出露。
有第四系（Q）、白垩系（K）、三叠系上统（T3）、石炭系（C）、泥盆系（D）、志留系（S）、奥陶系（O）和寒武系（E）的地层。
沿线出露的侵入岩由新到老依次为燕山期（γ52）、华力西-印支期早石炭世（C1M）和加里东期早志留世（S1）。
各种地层出露范围、规模及特征各异。
⑵地质构造
线路基本沿西江东西向延展，主要穿越江口七星岩复式背斜、大湘口向斜以及高要大断层等，断裂和褶皱绝大部分为北东向发育，和线路近垂直或大角度相交，且多数断裂破碎带都不宽，一般在20～30m，对工程设置影响程度不大。
⑶地震动参数
沿线地震动峰值加速度值为0.05g，地震动反应谱特征周期值为0.35S。
（4）水文地质
本标段线路地下水主要为第四系孔隙水（潜）水、基岩裂隙水以及岩溶水。
沿线水系主要为珠江水系西江支流。
2.监控量测目的
现场监控量测是隧道施工管理的重要组成部分，它不仅能指导施工，预报险情，确保安全，而且通过现场监测获得围岩动态的信息（数据），为修正和确定初期支护参数，混凝土衬砌支护时间提供信息依据，为完善隧道工程设计与指导施工提供可靠的足够的数据。
3.监控量测组织机构及监控量测仪器的配置
3.1监控量测组织机构
针对本工程监测项目的特点，成立以项目总工为第一负责人、工区技术负责人为主要负责人的施工监测机构,每个工区隧道施工工作面配置2-3人组成监控量测及信息反馈小组，成员由多年从事地下工程施工及监测经验的技术人员组成，在监测主管的组织下负责地面和地下的日常监测工作及资料整理工作。
施工监测组织机构见下图2－1。
对监测方案及施工措施作出决策
项目总工
工区技术负责人、监测主管
制定监测方案，提供监测报告
监测人员
日常监控量测工作并处理反馈监控数据处理
图2－1施工监测机构图
3.2监控量测仪器的配置
根据本工程特点，每个隧道工作面配置相应数量量测仪器如表2-1，所用仪器在图纸下发7天后到位，并通过质量检定中心检定，附有相关检定证书，符合高速铁路建设相关规范要求并能满足现场正常使用。
表2-1监控量测仪器配置表
序号
名称
单位
数量
1
坑道周边收敛计
台
1
2
精密水准仪
台
1
3
地质罗盘
台
１
4
全站仪
台
1
4.监测量测的内容及方法
4.1洞内外观测
4.1.1洞内观察
a.开挖工作面观察应在每次开挖后进行。
观察中发现围岩条件恶化时，应采取相应处理措施；观察后应及时绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状态记录表；
b.在节理、裂隙发育的镶嵌状、块状脆性硬岩地段应重视观察围岩的节理、裂隙走向及发育程度，对易引起坍塌的岩埠及时进行锚杆支护或喷射混凝土封闭；
c.对已施工地段的观察每天至少应进行一次，主要观察喷射混凝土、锚杆、钢架和二次衬砌等的工作状态。
4.1.2洞外观察
重点应在洞口段和洞身埋置深度较浅地段，其观察内容应包括地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况等。
表4-1监控量测项目内容、方法及仪器
序号
监测项目
测试方法和仪器
测试
精度
备注
1
洞内、外观察
现场观察、地质罗盘
2
二次衬砌前净空变化
隧道净空变化测定仪（收敛计、全站仪）
0.1mm
全站仪采用非接触观测法
3
拱顶下沉
水准测量的方法，水准仪、水准尺
1mm
一般进行水平收敛量测
4
地表下沉
测量的方法，水准仪、水准尺
1mm
浅埋隧道必测（H0≤2b）
5
二次衬砌后净空变化
隧道净空变化测定仪（收敛计、全站仪）
0.01mm
6
沉降缝两侧底板不均匀沉降
三等水准测量
1mm
沉降缝两侧底板（或仰拱填充层面）沉降
7
洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测
三等水准测量
1mm
洞口底板（或仰拱填充层面）与洞口过渡段的沉降
4.2隧道洞口段、浅埋和偏压段地表沉降监测
隧道洞口段覆盖层薄，开挖后围岩难以自稳成拱，地表易沉陷，为了确保洞口浅埋段的施工安全，进行地表沉降监测，量测频率与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同。
地表下沉的量测与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一断面内。
布点原则为：
横断面方向应在隧道中线两侧每隔2～5m布设地表下沉测点，每个断面7～11点，监测范围在隧道开挖影响范围以内，如图3-1所示。
地表下沉量测断面间距见表3-2。
监测仪器为：
精密水准仪，水准尺等。
表4-2地表下沉量测断面间距
埋置深度H与开挖深度
量测断面间距（m）
2B＜H0＜2.5B
20～50
B＜H0≤2B
10～20
H0≤B
5～10
注：
地表无建筑物时取表中上限值，H0为隧道埋深，B表示隧道开挖宽度。
4.3拱顶下沉及收敛量测
拱顶下沉及净空变位收敛量测,根据围岩类别、隧道尺寸和埋深等，沿隧道纵向在拱顶和墙中布设测点，其间距见表4-3，拱顶下沉、收敛量测起始读数要在3～6h内完成，其他量测应在每次开挖后12小时内且在下一循环开挖前取得起始读数。
拱顶下沉及收敛量测测点布置见表4-4及“图4-2拱顶下沉及收敛量测测点布置图”。
监测仪器：
精密水准仪，水准尺，收敛计。
表4-3拱顶下沉及周边收敛量测断面间距表
围岩级别
量测断面间距（m）
Ⅴ～Ⅳ
5～10
Ⅳ
10～30
Ⅲ
30～50
Ⅱ
50～100（视具体围岩情况确定）
表4-4净空变化量测测线数
开挖方法
地段
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，两条斜测线
分部开挖法
每分部一条水平测线
CD或CRD法上部、双侧壁导坑法左右侧部，每分部一条水平测线，两条斜测线、其余分部一条水平测线
4.4隧道二次衬砌沉降缝两侧不均匀沉降观测及洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测
观测频率应15d进行一次，洞内沉降缝每侧布设四个以上观测点；洞口布点视过渡段的情况而定，根据沉降曲线确定道床施作时间。
图4-2拱顶下沉及收敛量测测点布置图
5.量测频率及控制基准
5.1量测频率
量测频率根据测点距开挖面的距离及位移速度分别按表5-1和表5-2确定。
由位移速度决定的监控量测频率和由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，应增大量测频率。
表5-1按距开挖面距离确定的监控量测频率
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
表5-2按位移速度确定的监控量测频率
量测断面距开挖面距离（mm/d）
量测频率
≥5mm
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
5.2监控量测控制基准
5.2.1量测极限相对位移值
隧道初期支护极限相对位移参照表5-3及表5-4选用：
表5-3跨度B≤7m隧道初期支护极限相对位移
埋深h（m）
围岩级别
h≤50
50＜h≤300
300＜h≤500m
拱脚水平相对净空变化（%）
Ⅱ
—
—
0.20～0.60
Ⅲ
0.10～0.50
0.40～0.70
0.60～1.50
Ⅳ
0.20～0.70
0.50～2.60
2.40～3.50
Ⅴ
0.30～1.00
0.80～3.50
3.00～5.00
拱顶相对下沉（%）
Ⅱ
—
0.01～0.05
0.04～0.08
Ⅲ
0.01～0.04
0.03～0.11
0.10～0.25
Ⅳ
0.03～0.07
0.06～0.15
0.10～0.60
Ⅴ
0.06～0.12
0.10～0.60
0.50～1.20
注：
1本表适用于复合式衬砌的初期支护，硬岩围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较大值。
表列数据可在施工中通过实测资料积累作适当修正。
2拱脚水平相对净空变化指两拱脚测点间净空水平变化值与其距离之比；拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比。
3墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化值乘以1.2～1.3后采用。
表5-4跨度7m≤B≤12m隧道初期支护极限相对位移
埋深h（m）
围岩级别
h≤50
50＜h≤300
300＜h≤500m
拱脚水平相对净空变化（%）
Ⅱ
—
0.01～0.03
0.01～0.08
Ⅲ
0.03～0.10
0.08～0.40
0.30～0.60
Ⅳ
0.10～0.30
0.20～0.80
0.70～1.20
Ⅴ
0.20～0.50
0.40～2.00
1.80～3.00
拱顶相对下沉（%）
Ⅱ
—
0.03～0.06
0.05～0.12
Ⅲ
0.03～0.06
0.04～0.15
0.12～0.30
Ⅳ
0.06～0.10
0.08～0.40
0.30～0.80
Ⅴ
0.08～0.16
0.14～1.10
0.80～1.40
注：
1本表适用于复合式衬砌的初期支护，硬岩围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较大值。
表列数据可在施工中通过实测资料积累作适当修正。
2拱脚水平相对净空变化指两拱脚测点间净空水平变化值与其距离之比；拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比。
3墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化值乘以1.1～1.2后采用。
5.2.2位移控制基准
位移控制基准根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移按表5-5要求确定
表5-5位移控制基准
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。
5.2.3管理等级
根据位移控制基准，按表5-6分为管理等级
表5-6位移管理等级
管理等级
距开挖面1B
距开挖面2B
Ⅲ
U＜U1B/3
U＜U1B/3
Ⅱ
U1B≤U≤2U1B/3
U2B/3≤U≤2U2B/3
Ⅰ
U＞2U1B/3
U＞2U2B/3
注：
U为实测位移值
5.2.4监控量测结束标准
根据收敛速度判别：
一般地段：
收敛速度＞5mm/d时，围岩处于急剧变化状态，加强初期支护系统；收敛速度＜0.2mm/d时，拱部下沉速度小于0.15/d，围岩基本达到稳定。
特殊地质地段：
加强初期支护强度和刚度，严格控制过大变形。
各量测项目持续到变形基本稳定后2周结束，断层破碎带地段位移长时间不能稳定时，延长量测时间并采取加强措施。
6.监控量测数据的统计分析与信息反馈
6.1量测数据的整理、分析
6.1.1量测数据的观测、整理
每次观测后应立即对观测数据进行校核，如有异常应及时补测；每次观测后应及时对观测数据进行整理，包括观测数据计算、填表制图、误差分析等。
6.1.2量测数据分析
根据量测值绘制时态曲线
图5-1时态散点图
数据整理：
把原始数据通过一定的方法，如大小顺序，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计算以及离群数据的取舍。
回归分析和曲线拟合：
取得监测数据后，及时整理分析监测数据，绘制位移—时间曲线，当位移—时间曲线趋于平缓时，进行数据处理或回归分析，推算最终位移值，掌握位移变化规律。
结合施工步骤对围岩、支护等变形进行分析判断，将实测数据与允许值进行比较，及时绘制各种变形-时间关系曲线，预测结构变形发展趋势，预测结构的安全性，评价施工方法，确定工程技术措施，并向总工程师及监理工程师汇报，工区技术负责人根据监测结果并及时调整施工工序及采取相应的技术措施，以实现信息化施工。
为确保监测结果质量，加快信息反馈速度，全部所得监测数据均由计算机分析，并绘制测点位移变化曲线图。
回归分析采用以下三种回归函数：
①对数函数U=A+B×ln（t+1），U=A×ln（（B+T）/（B+t0））；②指数函数U=A×e-B/t，U=A×（e-Bt0-e-BT）；③双曲函数U=t/（A+Bt），U=A[（1/（1+Bt0）2-（1/（1+BT）2）。
试用每个函数进行电算，并且选用回归精度和拟合程度最高的函数作最终回归计算。
根据回归结果计算位移极值和提前确定二衬日期。
绘制量测数据的时态变化曲线图（图5－1时态散点图）和距开挖面关系图。
在取得足够的数据后，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或应力值，预测结构和建筑物的安全状况，防患于未然。
还可通过插值法，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。
当围岩位移速度不断下降时（du2/d2t＜0），围岩趋于稳定状态；
当围岩位移速度不断下降时（du2/d2t=0），围岩不稳定状态，加强支护；
当围岩位移速度不断下降时（du2/d2t＞0），围岩进入危险状态，立即停止掘进，加强支护；
6.2建立监测管理等级基准
建立监测变形管理等级标准，管理等级分三等，其等级划分及相应基准值见表6-1“变形管理等级标准表”。
通过对监测结果的比较和分析来判定支护结构的稳定性和安全性，并指导施工。
表6-1变形管理等级标准表
管理等级
管理位移
施工状态
Ⅰ
U0＜Un／3
正常施工
Ⅱ
Un／3≤U0≤2Un／3
加强支护
Ⅲ
U0＞2Un／3
采取特殊措施
注：
U0为实测变形值，Un允许变形值
6.3建立快速信息反馈渠道
为确保监测结果的质量，加快信息反馈速度，建立快速信息反馈平台。
监测小组的监测数据均由计算机管理，并与项目总工计算机通过局域网进行内部快速传递，从而作到每日监测结果的及时上报。
如有变形超过管理标准，则由总工根据相关要求制定对策，通过调度命令直接传达到工区执行，并同时通过电话及其它方式通知监理及设计单位。
周报、月报则通过书面形式上报项目总工，由项目部按期向施工监理、设计单位和业主单位提交监测报告，并附上相对应的测点位移或应力时态曲线图，和对施工情况进行评价并提出施工建议。
6.4监测信息反馈程序
监控量测与信息反馈程序见图6-2
6.5信息反馈设计的主要内容
施工方法变更的建议；施工工序的更改；预留变形量的修改或确认；设计参数的修改或确认；辅助施工措施的选择与变更；周边环境的影响评估及辅助施工措施建议。
图6－2监控量测与信息反馈程序图
7.监控量测管理
⑴项目部工程部根据设计文件编制《监控量测实施方案》，由项目总工审查后，由项目部工程部统一上报监理，在监理工程师批准后实施。
⑵监控量测必须按TB10121-2007《铁路隧道监控量测技术规程》要求进行，布点要合理，数据要真实。
各分部每天上午9:
30前将监测日报的纸质文件（要求签字、盖章）和电子文档报项目部工程部。
项目部工程部及时将电子文档通过梦龙发送给项目经理、副经理、总工、工程部长和安质部长，纸质文件需总工程师审阅签字后存档，外部人员调阅监测资料需主管领导同意。
监测周报和监测月报，由总工程师签阅后存档（发放范围同上）。
⑶分部主管工程师或总工程师根据工程进展情况认为有必要增加监测频率或监测项目时，工区必须立即执行。
⑷监测周报和月报需在周交班会和生产会上进行通报。
每周按照中铁隧道集团公司隧工程函[2006]240号《关于规范施工监测管理的通知》进行数据分析。
当监测数据发生异常时，必须在第一时间将监测日报和此前3~4天的施工日志交主管领导进行分析，必要时以碰头会的形式进行通报，碰头会参加人员项目经理、副经理、总工、工程部长、监测人员和工区主任、技术负责人，分析原因，制定对策。
同时要求增加监测项目或加大监测频率。
8.考核、奖罚措施
为确保监控量测资料的及时性、严肃性，项目部将按以下规定进行考核：
⑴无特殊原因未按规定上报者；
⑵未按规定布设量测点的；
⑶量测点未挂牌标识的；
⑷未按规定频率量测的；
⑸初支表面裂缝、变形，地表开裂、沉陷等现象，未在监控量测报表中如实反应的；
⑹项目部量测资料未存档或值班领导签认、处理意见、反馈结果不全者；
⑺发现弄虚作假、上报假资料的；
项目部将每月对量测进行考核，按500元基准对其进行奖罚。
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