石关隧道监控量测专项施工方案.docx

1、石关隧道监控量测专项施工方案遵义市巷口经鸭溪至三合（巷新段）公路TJ-1合同段石关隧道监控量测专项方案 编制: 复核: 审核: 中铁一局集团有限公司巷三公路TJ-1合同段项目部二0一四年三月二十八日目 录第一章 简介 11.1概述 11.1.1隧道监控量测的必要性 11.1.2监控量测目的 11.1.3监测的意义 11.3 编制依据 21.4适用范围 2第二章 监控量测方案 32.1监控量测的基本要求 32.2监控量测的主要内容 32.2.1隧道地质及支护状况变化情况观察 52.2.2洞口段地表沉降监测 52.2.3隧道净空位移及拱顶下沉量测 62.2.4隧道排水及受纳水体流量及水位观测 92

2、.3 洞内、外观察 102.3.1洞外观察 102.3.2洞内观察 102.3.3地质素描 102.4必测项目的测点布置 112.4.1地表沉降 112.4.2拱顶下沉及净空变化量测 122.5必测项目的量测频率及数据分析 152.5.1量测频率 152.5.2数据整理、分析 152.6 部分选测项目的监控量测 172.6.1 围岩接触应力量测 172.6.2 锚杆轴力量测 18第三章 人员仪器配备 19第四章 监控量测安全预警措施 19第一章 简介1.1概述遵义巷三公路石关隧道位于遵义市城区西南约7.5公里位置。标段起止里程左线ZK0360ZK1115，全长755m；右线YK0360YK11

3、15，全长755m。隧道施工过程中使用各种类型的仪表和工具，对围岩和支护的力学行为以及它们之间的力学关系进行量测和观察，并对其稳定性进行评价，统称为监控量测。1.1.1隧道监控量测的必要性1）隧道工程作为工程建筑物，受力特点与地面工程有很大的差别。2）隧道在开挖支护成形运营的过程中，自始至终都存在受力状态变化这一特性。 1.1.2监控量测目的1)保证隧道暗挖和明挖结构的稳定和施工安全。2)确保临近建筑物、道路及地下管线等周边环境的正常使用。3)根据量测结果，分析可能发生危险的征兆，判断工程的安全状况，采取措施，遏制危险的趋势，确保施工及周边环境的安全。4)以施工量测的结果指导现场施工，进行信息

4、化反馈优化设计，使设计更切合实际，安全合理，有利施工。5)将现场量测的结果与理论预测值相比较，修正设计参数，为优化设计提供依据。6)通过量测结果的信息反馈，了解施工方法和施工手段的科学性，以便及时调整施工方法，保证施工安全，提高经济效益。7)通过量测了解支护结构的受力和变形情况，对其安全及稳定性进行评价。8)提供判断围岩和初期支护基本稳定的依据，确定二次衬砌的施作时间。9)通过量测积累数据来判定其受施工影响的程度，以决定对其采取的保护措施。为以后设计、施工积累经验。1.1.3监测的意义随着我国交通的迅速发展，通过这些隧道工程实践，推动了公路隧道工程技术的发展，促进了科学技术的进步，如新奥法技术

5、、支护与衬砌技术、超前预支护、防排水技术、新材料的应用等，这些新技术在隧道施工过程中已被广泛采用，同时取得了很好的效果。但是我们还应该看到我们取得的成绩还不够，还不能适应隧道工程发展的需要，与世界先进国家相比我们的技术水平还较低。在以后的工程建设中还需进行深入的研究和科技攻关。监控量测作为新奥法的三大核心之一，可为评价施工方法的可行性、设计参数的合理性以及了解围岩及支护结构的受力和变形特性等提供准确及时的依据，对隧道二次衬砌的施作时间具有决定性意义，因此，它是保障隧道建设成功的关键因素。在隧道施工中，监控量测工作必不可少，必须按照有关规定进行地质素描、隧道周边位移收敛和拱顶下沉等必测项目以及其

6、它一些选测项目的量测工作。通过隧道开挖目测围岩地质状况和实测的有关变位信息，为判断隧道空间的稳定性提供可靠的依据；利用量测信息的反馈，修改设计、指导施工；根据量测结果，提供围岩收敛趋势情况，判断围岩的稳定性与安全性，提供施工建议，以便采取措施防患于未然；根据变位速度判断隧道围岩稳定程度，并为二次衬砌提供合理的支护时机，从而确保工程质量与施工安全。监控量测的主要任务是确保安全、指导施工、修正设计、积累资料，其可以及时提供拱顶下沉、周边收敛信息，判断设计参数的合理性，提出更加恰当的施工方法和合理的支护措施，实现隧道信息化动态施工控制，达到既能安全快速施工，又能节省工程造价的目的。1.3 编制依据1

7、)相关技术标准、规范：隧道施工规范 TB10204-2002/J163-2002公路隧道施工技术规范 （JTJD70-2004）；隧道爆破现代技术 中国铁道出版社-1995；锚杆喷射混凝土支护技术规范 GB50086-2001；工程测量规范 GB50026-93；岩土工程勘察规范 GB50021；2)施工现场踏勘所掌握的情况资料；3)本单位施工经验及物资供应现状。1.4适用范围本方案适用于遵义市巷口经鸭溪至三合公路TJ-1合同段石关隧道工程。第二章 监控量测方案2.1监控量测的基本要求1）成立相应的机构组织，配备专业人员和设备，掌握成熟、可靠地数据处理与分析技术。2）根据设计要求或隧道规模、地

8、形、地质条件、支护类型和参数、施工方法等，编制监控量测实施细则或作业指导书，经监理或业主批准后严格实施。3)将现场监控量测作为工序引入作业循环，并结合地质预报做出评价，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4）列入工程施工进度控制计划中，监控量测工作应尽量减少对施工工序的影响。5）监控量测工作必须紧接开挖、支护作业、埋点数量、位置、时间应符合设计或规范规定，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。测点应牢固，挂牌标示。6）施工过程中应加强资料收集与整理工作，工程竣工后，监控量测资料要纳入竣工文件。7）施工现场必须建立严格的监控量测数据复核、审查制度，保证数据的准确

9、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。2.2监控量测的主要内容根据工程特点、规模大小和设计要求综合选定隧道监控量测的项目。量测项目一般分为必测项目和选测项目两大类。1）必测项目包括：洞内外观察； 净空变化；拱顶下沉； 地表下沉。表2-1 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、地质罗盘等-开挖及初期支护后进行2衬砌前、后净空变化量测隧道净空变化测定仪（收敛仪、全站仪）0.1mm每550m一个断面，每断面23对测点3拱顶下沉水准测量的方法，精密水准仪、钢尺等0.1mm每550m一个断

10、面4地表沉降水准测量的方法，精密水准仪、钢挂尺0.5mm隧道浅埋段注：H0隧道埋深；B隧道最大开挖宽度。2）选测项目包括：钢架内力及外力； 围岩体内位移（洞内设点）；围岩体内位移（地表设点）； 围岩压力；两层支护间压力； 锚杆轴力；支护、次衬砌内力； 围岩弹性波速度；围岩弹性波速度； 渗水压力、水流量；地表下沉； 表2-2 监控量测选测项目序号监控量测项目测试方法和仪表测试精度备注1钢架内力及外力支柱压力计或其他测力计0.1MPa2围岩体内位移（洞内设点）洞内钻孔中安设单点、多点或钢丝式位移计0.1mm3围岩体内位移（地表设点）地面钻孔中安设位移计0.1mm4围岩压力各种内型岩土压力盒0.01

11、MPa5两层支护间压力压力盒0.01MPa6锚杆轴力钢筋计、锚杆测力计0.01MPa7支护、次衬砌内力混凝土应变计0.01MPa8围岩弹性波速度各种声波仪及配套探头-9爆破振动测振及配套传感器-临近建筑物10渗水压力、水流量渗压计、流量计0.01MPa11地表下沉水准仪、铟钢尺0.5mm洞口段注：H0隧道埋深；b隧道最大开挖宽度。2）监控量测分类为了管理需要，通常将讲监控量测分为A类量测和B类量测。A类量测：是对隧道周边围岩稳定性进行判定、对设计参数的可靠性进行验证为目的的日常管理量测。A类量测项目主要为必测项目。B类量测：B类量测是为了解支护材料的动态及伴随开挖的周边围岩的动态，反馈于未开挖

12、区间的设计施工；同时监测对临近建筑物的影响。B类量测项目如表2-3所示。表2-3 B类量测项目及目的量测项目量测目的围岩接触应力量测把握初衬砌背面土压力锚杆轴力量测根据锚杆的变形分析锚杆轴力效果，判断锚杆长度、直径。初衬应变及钢筋应力量测把握钢筋的应力状态2.2.1隧道地质及支护状况变化情况观察工作要求：观察工作面状态、围岩变形、围岩风化变质情况、节理裂隙、断层分布和形态、地下水情况以及喷射混凝土的效果。观察后应绘制开挖工作面略图（地质素描），填写工作面状态记录表。对已施工区段的观察也应每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况。工作方法：由地质工程师采用地质罗盘和目视的手段结

13、合经验进行记录与判断。2.2.2洞口段地表沉降监测1）监测仪器精密水准仪、铟钢尺等。2）监测实施方法 测点布置如示意图4-1。沉降变形观测点沿建筑角点、拐点布置，或沿建筑边墙和柱列线布置，一般建（构）筑物不少于3个点。地表沉降测点横向间距为25m，在隧道中线附近测点应适当加密。图4- 洞口地表下沉观测点布置示意图 测量方法：观测方法采用精密水准测量方法。基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，超过时应重读后视点读数，以作核对。首次观测应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于1.0mm，取平

14、均值作为初始值。 沉降值计算：在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度，然后按照测站进行平差，求得各点高程。施工前，由基点通过水准测量测出隆陷观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差HnH0即为沉降值。 监测频率：对于暗挖隧道施工，当开挖面与量测面距离2B时(B为隧道最大开挖宽度)，12次/天；当开挖面与量测面距离5B时，1次/23天；当开挖面与量测面距离5B时，1次/37天。3）数据分析与处理地表沉降量测随施工进度进行，根据开挖部位、步骤及时监测，并将各沉降测点沉降值绘制成沉降变化曲线图、沉降变化速度图、加速度曲线图。2.2.3隧道净空位移及拱

15、顶下沉量测在进行隧道洞室开挖施工过程中，拱顶下沉及周边收敛量测在同一断面进行，并采用相同的量测频率，如位移出现异常情况，应加大量测频率。其量测的频率应根据位移速度和量测断面距离开挖面距离确定。1）工作要求隧道量测断面的围岩收敛情况包括量测拱顶下沉、净空水平位移。各测点应在避免爆破作业破坏的前提下，尽可能靠近工作面埋设，一般为0.52.0m，并在下一次爆破循环前获得初始读数。初读数应在开挖后12h内读取，最迟不得超过24h，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。净空水平收敛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。在地质条件良好，采用全断面开挖方式时

16、，可设一条水平测线；当采用台阶开挖方式时，在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。拱顶下沉量测应与净空水平收敛量测在同一量测断面内进行。当采用全断面开挖时，可将测得的净空垂直位移来代替拱顶下沉量测。斜测线的设置有助于了解垂直方向的变化情况。净空位移量测的测线布置数量可参照表41。表41 净空变化量量测线数 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、其余分部一条水平测线2）测量原理及方法 净空水平收敛量测收敛值是指已知两测点间在某一时间段内距离的改变量

17、。令t1时刻观察值为R1，t2时刻观测值为R2，则收敛值u=R1-R2，此值除以时间差t=t2-t1，即为收敛速度，必须指出，前后两次观测时的量测方法相同，即收敛计悬挂方向相同，钢带尺张紧力调整过程相同，这样可以消除仪器悬挂，调整张力等系统读数，以利提高量测精度。全断面开挖时，通过测a线来判断水平收敛情况；上下台阶开挖时，下台阶开挖时，要增测d线，以确保下台阶施工的安全。 拱顶下沉量测监测目的拱顶下沉监测值是反映地下工程结构安全和稳定的重要数据，是围岩与支护系统力学形态变化的最直接、最明显的的反映。沉降点埋设与测试沉降点埋设原则应以能反映结构安全为原则，并尽量与地表沉降测点相对应，以利于对比分

18、析。拱顶下降的水准基点布设在洞内和洞外均可，要布设牢固，易于监测。在隧道开挖断面拱顶隧道中心处布置一个拱顶沉降观测点，该观测点采用8钢筋弯成三角形，固定在待测点上。测点大小要适中，监测时用一把长度适宜的（长度依据隧道高度而定）钢卷尺，尺端连一个挂勾，可以挂在测点上。监测应在水准仪及挂尺检验合格后方可进行；不得在测点和挂尺处有振动时进行监测；尽量选择在监测环境好时进行监测。数据分析与处理对同一测点而言，拱顶沉降计算如下式：U=Ui-Ui-1式中：Ui第i次监测高程；Ui-1第i-1次监测高程；U第i次沉降值；对量测数据及时进行分析处理，并将各沉降测点沉降值绘制成沉降变化曲线图、沉降变化速度、加速

19、度曲线图进行反馈。图4-2 测桩布置形式监测断面布置间距的确定监测断面必须尽量靠近开挖工作面，但太近会造成开挖爆破下的碎石砸坏测桩，太远又会漏掉该量测断面开挖后的变形量，根据公路隧道施工技术规范JTG F60-2009相关条文规定，测点应距开挖面2米的范围内尽快安设，并应保证爆破后24h内或下一次爆破前测读初值，各类围岩条件下的监测断面间距按以下要求布置。类围岩 3050 m，本隧道取40米；类围岩 2040 m，本隧道取30米；类围岩 1030 m，本隧道取20米；4）监测结论围岩遵循“急剧变化缓慢变化基本稳定”的变形规律，说明本工程采用的支护结构强度和刚度是合理有效的，具有可靠的安全度，可

20、以将其作为永久支护。围岩的变形主要产生在掌子面推进后30m内，而且主要是上台阶的开挖对位移变形影响较大，一般在开挖后的3d10d内变形较大，20d以后趋于缓和，30d左右基本趋于稳定，因此应加强围岩变形监测，调整初期支护时间，及时施作二次衬砌，加快隧道的成洞进度。整理资料时，若发现拱顶及水平收敛位移量过大或下沉速度无稳定趋势时，应停止洞内开挖，对下部结构采取补强措施，如增加喷射混凝土厚度，加长、加密锚杆，加挂更密更粗的钢筋网；提前施作仰拱，提前施作二次衬砌等；使围岩在变形过程中逐渐达到稳定。2.2.4隧道排水及受纳水体流量及水位观测1)监测目的隧道施工过程中，由于开挖的揭露，致使隧道周围的高压

21、水体突然向隧道施工现场涌入。由于涌水发生的突然性和部位的不易判定性，致使其规模和动力特征很难预测，加之施工空间有限，给工程施工带来很大的困难和危害，造成围岩失稳，淹没设备和人身伤亡事故，使工程建设遭受严重损失，影响隧道的正常施工，也可能对地表生态环境造成短期或长期影响。在隧道施工过程中，对隧道排水及受纳水体流量及地表出露水体水位进行监测，为摸清工程区域内地表及地下水体的特征提供基础资料。2）监测点的确定原则及分布通过调查及现场踏勘，初步圈定了监测点，主要为自然出露地表的、且与当地百姓生活息息相关的泉井、水库等。对于隧道中线3km以内的地表水源地，如果具备以下特征之一的均被列为监测点。a、靠地下

22、水补给的天然泉、井、以及有泉水补给的水库；b、居民生活主要取水点；c、居民反映隧道修建已发生水量变化的点。3）监测方法及频率 隧道排水及受纳水体流量观测根据隧道施工现场的实际情况及相关技术规范要求，对石关隧道排水及受纳水体流量观测采用堰测法（三角堰或梯形堰）。在一般季节，非敏感地质段位，每周观测23次，丰水期、遇岩溶地质段或隧道渗水较严重时适当加密观测频率。 水位观测水库水位观测采用标尺读数法，井孔采用电子水位计观测。在被列为水位观测点处设置标尺或电子水位计，在一般季节，非敏感地质段位，每周观测23次，丰水期、遇岩溶地质段或隧道渗水较严重时适当加密观测频率。2.3 洞内、外观察2.3.1洞外观

23、察洞外观察包括对洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定、地表水渗透的观察。洞外监测的重点为洞口段和洞身浅埋段、山间洼地、岩堆、破碎带、岩溶漏斗区域及偏压洞口的地表开裂、下沉和隧道洞口边、仰坡的稳定状态、地表渗、流水等情况，每次观察后应做好详细记录或留下影像资料。2.3.2洞内观察洞内观察可分为开挖工作面观察和已施工区段观察两部分。开挖工作面观察应在每次开挖后初喷混凝土之前进行一次，重点观察记录工作面的工程地质与水文地文情况，当地质情况基本无变化时，可每天进行一次。对地质条件复杂地段，应积累影像资料，作为地质变化的依据之一。观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施。开挖工作面观察后应立

24、即绘制开挖工作面地质素描图，填写工作面状态记录表及围岩级别判别卡。在观察中如发现地质条件恶化，应立即通知施工负责人采取应急措施。对已施工区段的观察也应每天至少进行一次，观察的内容包括喷射砼、锚杆的工作状况，以及施工质量是否符合规定的要求。2.3.3地质素描何谓素描，也就是运用单色线条在平面上勾画出景物的立体形象。地质素描，就是从地质观点出发，运用透视原理和绘画技巧来表达地质现象或地质作用的画幅。在野外勾画的素描，往往要求在较短的时间内完成，通常就在野外地质记录本上画，不可能精工细画，也可称为地质素描草图。以铅笔作画较多，如技术熟练，用笔有把握，也可用钢笔作画。施工过程中，地质素描的主要内容包括

25、：以地层结构为描述对象，重点反映岩石性质、岩层中的结构和构造特点。即在地质素描图中，应重点反映岩性、构造、层理、节理、褶皱、块状、断层等参数，对于水文地质，在地质素描图中也应用相就说明。通过地质素描资料的收集、对比，可以在一定程度上预测前方未开挖地段的地质状况，以便于及时调整施工方案。目前，各单位均已将地质素描作为超前地质预报的一种辅助手段。2.4必测项目的测点布置2.4.1地表沉降1）测点布置地表沉降量测在隧道浅埋（H02B）地段为必测项目，其他地段根据设计要求进行。其测点的横向布置范围在隧道中线两侧不小于H0+B，地表有控制性建（构）筑物时，应适当加宽；布置间距25m，当地表有控制性建（构

26、）筑物时，应适当加密。布置应与拱顶下沉及周边收敛测量的测点在同一断面内。测点布置见图2-3。测点埋设时，在地表钻（或挖）2050cm深的孔，竖直放入22mm左右的钢筋，钢筋和孔壁之间可填充水泥砂浆，钢筋头打磨圆滑，露出地面1cm左右，并用红油漆标记，作为测点。图2-3 地表沉降横向观测范围示意图注：图中H0-隧道埋深，B-隧道最大开挖宽度。地表沉降点应在开挖前布设在与洞内量测点相同的里程断面上，纵向距离按表2-4控制。 表2-4 地表沉降测点纵向间距隧道埋深 H（m）量测断面间距（m）备注2BH02.5B2050BH02B1020H0B10注：H0-隧道埋深，B-隧道最大开挖宽度2）量测仪器的

27、选用地表沉降通常采用精密水准仪和配套的精密水准尺进行量测。3）监控量测的方法和实施首先沿隧道轴线方向每隔100150M埋设一个水准工作基点构成水准网，工作基点埋设在稳定的基岩面上并与隧道开挖线保持一定距离，以免受隧道施工影响工作基点的稳定，采用现浇混凝土方式埋设，工作基点按照三、四等水准测量规范联测,每3个月复测一次，检测出现异常时必须先复查工作基点，特殊情况加密复测频率。对每个断面上的监测点也按照三、四等水准测量规范进行观测，依次对每条断面上的监测点进行闭合或附合水准路线测量。地表下沉量测应在开挖工作面前方H0+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直至衬砌结构封闭，下沉基本停止时为止。量测频

28、率应与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同,初始读数应在开挖后12小时内完成。2.4.2拱顶下沉及净空变化量测拱顶下沉的量测目的是：监视隧道拱顶的绝对下沉量，掌握断面的变行动态，判断支护结构的稳定性。净空变化量测的目的是：根据收敛位移量、收敛速度、断面的变形形态，判断围岩的稳定性、支护的设计（施工）是否妥当，确定衬砌的浇注时间。1）测点布置拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一里程断面上。断面间距按表2-5布置。表2-5 必测项目量测断面间距围岩级别断面间距（m） 51010303050注： 洞口及浅埋地段断面间距取小值； 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12个； 软岩隧道的观

29、测断面适当加密。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。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。拱顶下沉测点原则上布置在拱顶轴线附近，当跨度较大或拱部采用采用分部开挖时，应在拱部增设测点。采用全断面开挖方式时：净空变化量测可设一条水平测线，拱顶下沉测点设在拱顶轴线附近,见图2-4(a）。当采用台阶开挖方式时: 净空变化量测在拱腰和边墙部位各设一条水平测线，拱顶下沉测点设在拱顶轴线附近, 见图2-4(b）。当采用CD法或CRD施工时，净空变化量测每分部一条水平测线，拱项轴线左右两侧各设一拱顶下沉测点，见图2-

30、4(c）。当采用侧壁导坑法施工时，净空变化量测在左右侧壁导各设一条水平测线，在左右侧壁导坑拱顶各设一拱顶下沉测点；在开挖中部核土部分时，在隧道两侧边墙设一水平测线，在拱项设一拱顶下沉测点；见图2-4(d）。拱顶下沉及净空变化量测点可购买专用的埋设元件；也可自制：采用22钢筋，长30cm，端部用8钢筋焊接一个大小约为边长5cm的等边三角形，用于挂尺。隧道开挖后按要求布点，用电锺或风钻钻眼，深约40cm，然后将22钢筋插入孔内，并用砂浆填充。布点时拱顶钢筋应垂直于水平面，三角形面与隧道走向一致，侧壁钢筋应垂直于隧道中线，三角形面与水平面平行，钢筋头外露2cm左右。埋设后应采取保护措施（如用塑料袋包裹，以防喷浆时沾上水泥浆而引起量测误差）并做上醒目标识。2）仪器配备通常情况下，拱项下沉采用精密水准仪和钢挂尺测量，净空变化采用收敛计测量。收敛计的产品有许多，目前，施工过程中用得较多的是数显收敛计，如图2-5,其长度根据需要有15m、20m、30m、40m、50m等多种，