隧道监测项目方案第三方.docx

1、隧道监测项目方案第三方二（连浩特）广（州）高速公路广宁至四会段隧道第三方监控量测监控量测实施方案武汉理工大设计研究院二七年四月1 编制依据与技术标准公路工程地质勘察规范（JTJ 064-98）；工程建设强制性条文（公路工程部分）；公路隧道设计规范（JTG D70-2004）；公路工程抗震设计规范（JTJ 004-89）；公路工程技术标准（JTJ 001-97）；公路勘测规范（JTJ 061-99）；工程岩体试验方法标准（JTJ062-91）；锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）；岩土工程勘察规范（GB50021-2001）。2 工程概况二广高速公路起自怀集横洞，经怀集、广宁、

2、四会、大旺，接已建成的广三高速公路，全长约118公里。本项目是广州通往贺州乃至桂林的快速通道，同时同省道S260、S263及S264沟通，形成打通广东西部腹地、构筑广东大珠三角连通祖国大西南的主干线，是连通经济发达的珠三角和广西壮族自治区的重要通道。其实施对促进沿线经济发展、改善广东省西北部山区路网结构、完善广东省乃至国家高速公路网络、加强大珠三角与大西南的经济联系将起到重要作用。二广高速公路共分为三段，四会至三水段起点里程GK0+150， 终点CK38+000；广宁至四会段起点里程AK38+000终点K80+900；怀集至广宁段起点里程K80+900，终点AK120+843.747。工程主线

3、长119km。二广高速公路广宁至四会段、怀集至广宁段穿越广东省西北部山岭区，为双向六车道高速公路，设计车速为80Km/h。由于受地形、地质条件制约，全段设有多座隧道，其按双洞六车道高速公路标准设计的隧道，单洞净宽达16m。广宁至四会段多属于丘陵地貌，沿线多沿丘陵山坡或山脊展布。怀集至广宁段沿线及其两侧地貌以低山丘陵为主。地貌按成因分为堆积地貌、构造剥蚀丘陵地貌和构造侵蚀低山地貌3种单元。构造剥蚀丘陵分布最广，构造侵蚀低山地貌主要分布于公路选线的两侧外围，区域内的地表演示风化严重，地形侵蚀切割较强烈，地形相对起伏较大。隧道工程集中在这两段，共有隧道16座，其中分离式隧道11座，小净距隧道2座，双

4、跨连拱式隧道3座，总长度18620单延米，围岩级别以、级围岩为主。二广高速公路工程项目的隧道项目共设立两个监测项目部，广宁至四会段隧道监控为第一监测项目部，辖区为广宁至四会段范围，分离式及小净距隧道8座，本段的砂糖坑隧道为连拱隧道，划归第二监测项目部，见表1。最长隧道为大崛坑1号隧道右线1045m，下布隧道、马头塘1号隧道、石门隧道、文坑隧道等隧道围岩情况相对较好，地质条件较差隧道4座，分别为马头塘2号隧道、大崛坑1号隧道和大崛坑2号隧道，所处区域裂隙、破碎构造发育，岩性为变质砂岩、千枚岩、花岗岩、变质粉砂岩等，稳定性较差，隧道进出口浅埋段以残坡积土为主。表1 二广高速公路广宁至四会段隧道一览

5、表编号标段号隧道名布置方式隧道长度(m)隧道位置110下步隧道小净距左365右420ZK39+135ZK39+500211马头塘隧道分离式左1035右952ZK42+905ZK43+940312大崛坑1号隧道分离式左955右1052ZK45+105ZK46+0604大崛坑2号隧道分离式左445右282ZK46+436ZK46+881513砂糖坑隧道连拱200K48+375K48+575615西岸隧道小净距左285右285ZK53+430ZK53+715718石门隧道分离式左768右751ZK69+320ZK70+080820文坑隧道分离式左867右920ZK73+810ZK74+677921凤

6、坑隧道分离式左762右795ZK77+099ZK77+861合计11039m(单洞)3 隧道监控量测方案3.1 监测目的因隧道开挖断面大，结构受力复杂，对结构设计和施工都提出了很高的要求。现场监控量测是监视围岩稳定，判断支护、衬砌结构设计是否合理，施工方法是否正确的一种手段；也是保证隧道及地下工程新奥法安全施工、提高经济效益的重要条件；同时施工中可能有的工程变更提供科学依据。隧道监控量测的目的如下：（1）通过施工和环境监测进行信息反馈及预测预报，优化施组织设计，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、环境效益；（2）掌握围岩动态和支护结构的工作状态，利用量测结果修改设计，

7、指导施工，增加施工的安全可靠性及经济性合理性；（3）及时预测和反馈，预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然，保证指导施工顺利进行；（4）验证支护结构型式、支护参数的合理性，评价支护结构、施工方法的合理性与其安全性，确定合理的支护时间；（5）为修改优化设计提拱数据，为调整施工方法提供依据；（6）积累量测数据，总结经验，为未开挖区段的设计和施工提供工程类比的依据。为节省工程投资，提高大断面公路隧道的设计和施工水平提供科学依据和技术保证。3.2 监测项目部工作内容隧道第三方监控量测项目部的主要工作如下：（1）对必测项目按设计、规范及现场实际情况要求的频率按时量测。（2）指导施工单位对选测项目传

8、感器的埋设，按设计、规范及现场实际情况要求的频率按时量测。（3）了解洞内围岩情况，核查施工单位绘制的地质图。（4）按设计、规范及现场实际情况要求，对包括承包人量测数据在内的量测资料整理、分析，承包人提交的数据包括文字表格和监测项目部提供的电子表格，并完成原始数据的电子表格输入工作。（5）每周向业主、监理提交现场监控量测及承包人监控量测分析成果，每月提交监控量测报告。（6）量测值出现异常时，按预警管理等级规定向业主提供该隧道的警报和对策意见。（7）提供业主要求提供的资料。（8）提交隧道现场监控量测总结报告。3.3 监测内容与断面数量3.3.1 主要监测内容以公路隧道施工技术规范（JTJ04294

9、）为依据，参考以往工程经验确定监测项目，主要监测项目如表2所示。第三方监控项目部平行量测项目共7项，工程承包商量测项目共12项。二广高速公路广宁至四会段有多座分离式及小净距隧道，为避免与工程承包商的日常监测工作重复，便于监控量测项目部集中技术和人员对数据进行分析处理和反馈。根据业主要求采取了工程承包商按施工图要求自主量测，监控量测项目部对其中的项目分类别进行平行量测和数据处理分析与反馈的方式。选取必测项目中的拱顶下沉量测、周边收敛量测及地表沉降观测作大范围的平行量测。对选测项目，根据围岩级别情况分为、两型，分别进行不同的量测项目。表2 主要监测项目表序号项目名称方法及工具监测类别1拱顶下沉精密

10、水准仪、水准尺必测2周边位移收敛计必测3地表下沉全站仪、精密水准仪、水准尺选测（承包商为必测项目）4围岩内部位移多点位移计选测5锚杆轴力锚杆应力计选测（承包商为必测项目）6喷射混凝土应力混凝土应力计选测7钢支撑内力钢筋计选测（1）必测项目必测项目是为了在设计施工中确保围岩稳定、判断支护结构工作状态、指导设计施工的经常性量测，包括围岩地质和支护描述、地表沉降观测、拱顶下沉量测、周边收敛量测。其量测方法简单，量测密度大，量测信息直观可靠，贯穿于整个施工过程中，对监视围岩稳定，指导设计和施工有巨大的作用，土建施工完成量测工作亦告结束。其布置根据每座隧道不同的地质条件、施工方法而变化，但不能少于公路隧

11、道施工规范（JTJ042-94）的规定。这类量测施工单位按施工图要求自主量测，为全面了解围岩变形、支护结构状态、施工单位监控量测的工作质量，监测项目部对其中的拱顶下沉量测、周边收敛量测及浅埋地表下沉作大范围的平行量测。本项目委托监测必测项目主要包含进行周边收敛、拱顶下沉和地表下沉，地表下沉按施工图设计每处观测其中1个典型断面；周边收敛、拱顶下沉监测断面总体布设原则如下：级围岩段：每1520m一个监测断面，与施工单位监测断面、测点布设相同，同步观测。级围岩段：每2040m一个监测断面，与施工单位监测断面、测点布设相同，同步观测。级围岩段：每一衬砌段布置一个监测断面。级围岩段：每单洞布置一个监测断

12、面。浅埋地表下沉观测仅对于地表浅埋段选取若干个断面进行平行观测。（2）选测项目 包括围岩内部位移量测、锚杆轴力量测、围岩与喷射混凝土间接触压力量测、喷射混凝土与二次衬砌间接触压力量测、喷射混凝土内应力量测、二次衬砌内应力量测、钢支撑内力量测、衬砌裂缝及表面应力量测。这类量测是必测项目的拓展和补充，对代表性的地段进行量测，以便更深入地掌握围岩稳定状态与支护效果，对未开挖地段提供参考信息，指导未来设计和施工。选择项目安装埋设比较麻烦，量测项目较多、时间长、费用较大，但工程竣工后还可以进行长期观测。根据本工程的具体情况，采用较少的量测项目、较大量量测断面的原则，全面了解支护效果，正确指导设计施工。施

13、工单位按施工图要求自主量测，监控量测项目部选择主要项目平行量测。为全面验证支护效果，更好地指导设计、施工，在各围岩均布设不同密度的选测断面。在保证隧道结构和施工安全的同时，从控制监控量测成本出发，将选测断面分为型和型监测断面。型选测断面适用于隧道、围岩地段的每个衬砌类型段布设，选测断面均布置在选定的必测断面上，左右洞地质情况基本相同，仅布单洞进行平行量测。量测内容包括：围岩内部位移、锚杆轴力、喷射混凝土应力、钢支撑内力4项。作为I型监测断面的补充，断面布置同I型监测断面，型选测断面适用于隧道洞身、级围岩普通支护衬砌地段。量测内容包括：围岩内部位移、喷射混凝土应力量测2项。 监控量测项目部除进行

14、平行量测工作，兼有对工程承包商监测数据进行审核，并进行整理分析的工作。3.3.2 监测断面及数量统计根据二广高速公路广宁至四会段隧道施工图相关的地质设计资料，现对各分离式及小净距隧道必、选测项目量测断面的数量进行了初步拟定，二广高速公路广宁至四会段拟测项目类型数量表3。因施工监控量测具有很强的实践性，而且地质条件复杂，量测的具体布置须根据现场施工情况做及时调整。3.4 平行量测仪器埋设与测试方法根据上节所述，监控项目部平行量测监测仪器埋设与测试方法如下。3.4.1 拱顶下沉量测量测目的：监控必测项目，采用精密水准仪测量与收敛位移换算相结合的方式进行，监视拱顶的相对下沉值，评估围岩的稳定性，预防

15、拱顶崩塌。测点布设：量测断面与收敛观测断面一致，在每个量测断面的拱顶中心埋设一自制的钢筋预埋件。埋设前，先用小型钻机在待测部位成孔，然后将预埋件放入，并用混凝土填塞，待混凝土凝固后即可量测。表3 二广高速公路四会至广宁段拟测项目类型一览表隧道名称量测断面地表下沉断面量测断面桩号类型数量（个）下步隧道5待定2待定必测项目274待定大崛坑1号隧道11待定2待定必测项目966待定大崛坑2号隧道7待定1待定必测项目475待定马头塘隧道10待定2待定必测项目765待定西岸隧道5待定2待定必测项目314待定石门隧道5待定1待定必测项目505待定文坑隧道5待定2待定必测项目385待定凤坑隧道7待定2待定必测

16、项目515待定广宁至四会段I型量测断面、型量测断面统计见表4。表4 选测断面统计表量测项目类型I型量测断面（单洞）型量测断面（单洞）必测项目地表下沉量测断面数（个）5514416393.4.2 周边位移量测量测目的：周边位移量测为必测项目，周边位移是隧道围岩应力状态变化最直观的反映，量测周边位移可以为判断隧道空间的稳定性提供可靠信息，周边位移量测以收敛观测为主要手段，对围岩位移实施相对位移量测。获得隧道净空收敛变形观测数据，得到表面位移随时间的变化规律，分析围岩的应力状态，确定二次衬砌及仰拱施作时间。断面布置：收敛断面测点数量及布置形式有几种不同的形式，对于分离式和小净距隧道采取5测点断面，布

17、置图见图1，应根据隧道形式和设计要求确定。测点埋设：收敛监测断面埋设时尽可能靠近开挖掌子面，按设计要求放出测点位置，清除测点埋设处周围的松动岩石，先在测点处用人工挖孔或凿岩机开挖孔径为4080mm，孔深约为25cm。在孔中填满水泥砂浆后插入收敛预埋件，尽量使两预埋件轴线在基线方向上，并使预埋件销孔轴线处于铅垂位置，上好保护帽，待砂浆凝固后即可量测。测桩有涨壳式和预埋式两种，涨壳式用搬手拧紧测桩上的螺母，使外壳张开，将测桩固定在钻孔内；预埋式采用水泥砂浆将测桩埋设在钻孔内。测桩埋设稳固后，在其出露端装上挂钩圆环等连接件，并在测点处安装上保护罩保护测点。图1 收敛量测5测点断面布置图3.4.3 地

18、表下沉量测量测目的：该项目目的主要在于了解地表下沉的范围以及下沉量的大小，下沉量随工作面推进的变化规律下沉稳定时间，防止产生冒顶塌方或地表有害下沉，危及地表建构筑物。量测区间：浅埋隧道地表下沉量测的重要性，随埋深变浅而增加，见下表5。该项目对于浅埋段为必测项目，对于小净距隧道应作为重点监测项目。地表下沉量测区间见图2。表5 地表下沉量测判别表埋深重要性量测与否3Bh小不必要2Bh3B一般最好量测Bh2B重要必须量测hB非常重要必须列为主要量测项目注：B为隧道直径，h为隧道埋深。图2 地表下沉量测区间图3 地表下沉测点在横断面上的布置图断面布置：埋设在隧道开挖纵横向各（35）倍洞径外的区域，布设

19、59个基点。测点布设：利用全站仪放出测点，参照标准水准点埋设，所有基点应和附近水准点联测取得原始高程，在测点位置挖长、宽、深均为200mm的坑，然后放入地表测点预埋件（自制），测点一般采用2030mm、200300mm的平圆头钢筋制成。测点四周用砼填实，待砼固结后即可量测，采用精密水准仪对下沉量进行观测，测量精度1mm。数据分析：可绘制时间位移与距离位移图，曲线正常则说明位移随施工的进行渐趋稳定。如果出现反常，出现反弯点，说明地表下沉出现点骤增加现象，表明围岩和支护已呈不稳状况，应立即采取措施。3.4.4 围岩内部位移量测量测目的：了解围岩内部的松动范围和不同深度的变形情况，确定监测断面围岩位

20、移随深度、时间的变化关系，为优化支护参数提供依据。 断面布置：围岩表面收敛位移，拱顶下沉，多点位移计应布置在同一断面上。量测断面尽可能靠近掌子面，及时安装，测取读数。分离式或小净距隧道围岩内部位移测孔布置见图4。围岩内部位移测孔沿隧道围岩周边分别在拱顶、拱腰和边墙共设5个测孔。常用深度412m，最深点作为不动点，必须在松弛区范围之外，本次量测初步将深度定为5m，根据实际围岩松弛区厚度进行调整。多点位移计采用振旋式多点位移计，采用35点多点位移量测，一个断面共25个测点。位移计结构示意图见图5。图4 分离式或小净距隧道围岩内部位移测孔布置图5多点位移计结构示意图埋设与安装：（1）在预定量测部位，

21、用特制直径140mm钻头，钻一深40cm的钻孔，然后再在此钻孔内钻一同心的直径为48mm的小孔，孔深由试验要求确定，钻孔要求平直，并用水冲洗干净。（2）矫直钢丝，并截成预定长度，将钢丝连接在钻孔锚头上。（3）把锚头末端插入安装杆，然后将锚头推进到预定深度，在操作时要注意定向，避免安装杆旋转，千万不能将安装杆后退，以免安装杆和锚头脱落。（4）紧固锚头，若用楔形弹簧式锚头，则用3050公斤力拉钢丝，如果锚头不滑动，即可认为锚头已经锁紧；若用压缩木锚头，则等待压缩木吸水膨胀后，亦用3050公斤力拉钢丝，若拉不动，则可认为锚头已经紧固。（5）重复以上2、3、4操作步骤，安装剩余锚头，每根钢丝必须穿过楔

22、形弹簧式锚头上的环或压缩木锚头中间的铁管，要注意避免钢丝互相缠绕。（6）把与各锚头连接的钢丝分别穿过测筒上的各个导杆，并把测筒的上筒用固定螺丝、木楔及水泥砂浆固定在孔内，然后拉紧钢丝，并用螺母夹紧在各个导杆上，这时要注意调整导杆距离，使之有15mm的伸长量。（7）把下筒与上筒相接，并用木楔塞紧，若是电测下筒，还需仔细安装，调整电感式位移传感器的量程，并引出电缆，盖上盖板。当试验点离开挖面很近时，必须采取防护措施，以防止爆破飞石损坏电缆及测筒。量测：将钻孔伸缩计测筒上的电感式位移传感器与数字位移计连接，并打开位移计电源开关，即可进行读数。然后根据实际位移与读数的标定数字回归方程，即可算出钻孔伸缩

23、计四个测点的实际位移。开始初读数（如果用百分表测读，应每次打开盖板），为保证读数的稳定性，第一次读数的建立应不小于24小时。3.4.5 锚杆轴力量测量测目的：通过锚杆轴力量测，观测其应力随时间的变化，可以了解围岩的压力，为二次支护提出合理的支护时间或采取及时的补救措施。可以了解锚杆轴力及其应力分布状态，结合岩体内位移的量测结果就可以设计锚杆长度及锚杆根数，掌握岩体内应力重分布的过程。断面设置：锚杆轴力量测沿隧道周边的拱顶、拱腰和边墙设5个测杆。一个测孔内设4个传感器，每个断面20个测点。隧道锚杆轴向力量测方法用电测法或机械法，通过量测锚杆，先测出隧道围岩内不同深度的应变（或变形），然后通过有关

24、计算转求应力的量测方法。考虑量测方便，一般采用电测法的钢筋计量测。分离式或小净距隧道锚杆轴力量测测孔布置见图6。埋设与安装：（1）根据设计要求造孔，钻孔直径不小于70mm，同时应大于锚杆直径加上锚杆上焊接的应力计的高度，确保仪器能顺利进入孔中。钻孔方位符合设计要求，钻孔内应冲洗干净，并严防孔壁沾油污。（2）按照设计要求裁截杆长度，按设计间距确定传感器位置，点焊前用手提式砂轮机对锚杆测点位置打磨出一个长约10cm、宽约1cm的光滑平面、然后进行清洗等处理，打磨时要严格控制打磨深度，以免损伤锚杆，然后将应变计用专用点焊机点焊在锚杆上，焊好后涂胶，安装感应器，盖上保护盖并进行密封处理。依据孔深和孔位

25、倾角及灌浆方向装好灌浆管及排气管。（3）组装检测合格后，经监理工程师认可，将组装的监测锚杆缓慢地送入钻孔内。安装时，应确保锚杆上的应变计及电缆、排气管和灌浆管不被岩壁擦伤损坏，见图7所示。（4）锚杆应力计入孔后，用水泥砂浆封闭孔口。（5）安装检测合格后，进行灌浆埋设。（6）仪器安装过程用读数仪检测，灌浆凝固后开始正式观测。图6 分离式或小净距隧道锚杆轴力量测测孔布置图7 锚杆应力计安装示意图3.4.6 喷射混凝土应力量测目的：了解喷层的变形特性以及喷层的应力状态。掌握喷层所受应力的大小，判断喷射混凝土层的稳定状态。断面布置：沿隧道的拱顶、拱腰和边墙在喷射混凝土内共埋设5个（单洞），喷射混凝土切

26、向应力量测布置见图8。图8 分离式或小净距隧道喷射砼切向应力量测布置图仪器埋设：围岩初喷以后，在初喷面上将应力计固定，再复喷，将应力计全部覆盖并使应力计居于喷层的中央，方向为切向。待喷射混凝土达到初凝时开始测取读数。应力计的使用及注意事项有以下几点：(1) 测试墙面与测点处清理平整，然后把应力计的承压板平贴，并固定在上面，再喷混凝土。(2) 测试喷层内部应力时，把应力计放置在预定的位置上，承压板工作面要与拟测应力方向垂直。(3) 应力计量程的选用最好是预计压力的23倍或按混凝土标号确定，以保证刚度匹配。(4) 应力计埋设时，应检测并记录零点频率，确定零漂值以便修正。3.4.7 钢支撑内力量测量

27、测目的：钢支撑内力量测得目的在于了解钢架受力大小，为钢架选型与设计提供依据；根据钢架的受力状态，为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息；了解钢架的工作状态，评价钢架的支护效果。断面布置：型钢钢架、格柵钢架应力量测仅限于、级围岩地段。量测断面的测点与围岩应力布设在同一量测断面上，布置位置与喷射混凝土应力测点布置位置相同，单洞每个断面5个测点。仪器安装：安装前，在钢拱架待测部位并联焊接钢弦式钢筋计，在焊接过程中注意对钢筋计淋水降温，然后将钢拱架由工人搬至洞内立好，记下钢筋计型号，并将钢筋计编号，用透明胶布将写在纸上的编号紧密粘贴在导线上。注意将导线集结成束保护好，避免在洞内被施工所破坏。钢架安装完以

28、后即可测取读数。数据处理：根据钢筋计的频率轴力标定曲线可将量测数据来直接换算出相应的轴力值，然后根据钢筋混凝土结构有关计算方法可算出钢筋轴力计所在的拱架断面的弯矩，并在隧道横断面上按一定的比例把轴力、弯矩值点画在各轴力计分布位置，并将各点连接形成隧道钢拱架轴力及弯矩分布图。3.5 测点布置与监测频率依据公路隧道施工技术规范（JTJ04294）的有关要求设定监测频率，见表6。表6 监测频率表序号项目名称量测频率115天半1个月23个月3个月以后1拱顶下沉12次/天1次/2天12次/周13次/月2周边位移12次/天1次/2天12次/周13次/月3地表下沉开挖面距离量测断面前后2B时，12次/天5B

29、时，1次/周4围岩内部位移同地表下沉量测5锚杆轴力12次/天1次/2天12次/周13次/月6喷射混凝土应力12次/天1次/2天12次/周13次/月7钢支撑内力12次/天1次/2天12次/周13次/月注：h为覆盖层厚度；B为隧道开挖宽度。实际测量频率根据前两次测量情况而定。当观测值相对稳定时，可适当降低观测频率；当达到报警指标或观测值变化速率加快或出现危险事故征兆时，应加密观测。监测安排根据工程进度而定，在隧道施工前进场，至地下工程施工完毕后两月结束。3.6 量测数据的处理3.6.1 位移数据处理分析对外业量测的数据进行整理，主要是检查外业记录，包括观测断面及观测点编号、观测时间、观测断面与开挖掌子面的距离等等。计算断面两测点间收敛值，测点绝对位移值。根据每次该断面的量测结果主要绘制以下曲线：位移随时间变化曲线；周边位移随距离变化曲线；位移速度随时间变化曲线；收敛位移与开挖面和量测断面之间距离的关系曲线；位移时间回归曲线分析，求出最终净空位移量；围岩体内位移随深度变化曲线。由于量测的偶然误差所造成的离散性，绘制的曲线总是上下波动和不规则的，必须经过处