衢宁铁路三分部监控量测方案.docx

1、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（TB 10003-2005）；（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

2、-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+561.94DK301+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+780DK301+208），大碑溪大桥长176.27m，路基长917.73m隧道正

3、洞开挖均在设计院布设的投影面为1190000,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3060，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2001780m，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。 进口山体地形陡峭，自然坡度4045，左高右低，存在偏压； 横洞洞口地形较陡，场地较小； 桃源斜井井口山体地形较缓； 娜洋坪斜

4、井进口地形较陡，左低右高，存在偏压； 出口山体地形较缓，自然坡度2535。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+561.84DK284+58018.16弱风化黑云母花岗岩DK284+580DK287+6303050弱风化凝灰熔岩DK287+630DK293+3105680弱风化细粒花岗岩DK

5、293+310DK300+8307520弱风化凝灰熔岩DK300+830DK301+150320粉质黏土、全强风化凝灰熔岩DK301+150DK301+20858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+150DK296+700DK298+190DK298+8009160地温超过规定上限28（最高地温为43.97）,局部DK293+350DK296+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+680DK287+930250埋深261m，高应力区。DK287+930DK293+3605430埋深457m，极高应力区。花

6、岗岩地段DK287+365DK287+460DK294+015DK297+055DK298+115DK298+900DK299+510DK300+000X2DK0+000X2DK1+0904410（正洞）/1090（斜井）埋深377m，高应力区。DK293+360DK294+115DK295+590DK295+790DK296+020DK296+3101245埋深660m，极高应力区。DK285+985DK286+635DK285+800DK287+275DK297+100DK297+260DK297+690DK298+070DK299+010DK299+440DK300+135DK300+7

7、60X1DK2+100X1DK2+290X2DK1+140X2DK1+3603720（正洞）/410（斜井）埋深220m，可能发生弱岩爆。DK286+635DK286+800DK287+275DK287+700DK294+115DK295+590DK295+790DK296+020DK296+310DK297+100DK297+260DK297+690DK298+070DK299+010DK299+440DK300+135X1DK2+050X1DK2+100X2DK0+000X2DK1+1405120（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

8、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1673.5 mm，年最大降水量为 2249.1 mm，年最小降水量为 1189.3mm，雨量集中于春、夏两季，以36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

9、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

10、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

11、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

12、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25m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

13、4、监控量测频次按铁路隧道监控量测技术规程(TB 10121-2007)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（01）B2次/d（12）B1次/d（25）B1次/23d5B1次/7 d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52次/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d

14、0.21次/7d5、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

15、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）净空收敛量测测点埋设：测点由基座和反射膜片组成，基座由5cm*5cm钢板及20mm20mm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

16、后把反射膜片粘贴到基座上面。图5 预埋件示意图（单位：mm）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）。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、拱脚下沉量测测点埋设：测点由基座和反射膜片组成，基座由5cm钢板及

17、20mm20mm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。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

18、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。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20mm20mm的钢筋焊接而成，钢筋长300500mm。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。沉降值计算监测时通过测得各测点与基点的高程差H，可得到各监测点的高程ht，然后与上次测得高程进行比较，差值h即为该测点的沉降值。即Ht（1，2）=ht（2）-h

19、t（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)51030II50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

20、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

21、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/dt20，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/dt20，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/dt20，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

22、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

23、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12927802927855全断面229278529281025全断面3292810293218408全断面42932182932235全断面52932232932285全断面629322829331082全断面729331029334030全断面829334029337131全断面92933712933765全断面102933762933826全断面11293382293670288全断面1229367029371040全断面1329371029

24、3920210全断面1429392029396040全断面15293960294191231全断面162941912941965全断面172941962942015全断面18294201294330129全断面1929433029434414全断面202943442943495全断面212943492943556全断面222943552943605全断面2329436029440040台阶法242944002944055全断面2529440529443025全断面26294430295040610全断面2729504029505515台阶法282950552950605台阶法292950602

25、9512060V全断面法302951202951255台阶法3129512529516035台阶法3229516029518020全断面3329518029521838全断面342952182952235全断面352952232952285全断面36295228295371143全断面372953712953765全断面382953762953826全断面39295382295585203全断面4029558529562540全断面41295625296120495全断面4229612029616040全断面4329616029621858全断面442962182962235全断面法45296

26、2232962285全断面法46296228296371143全断面法472963712963765全断面法482963762963826全断面法4929638229644058全断面法5029644029648040全断面法51296480296675195全断面法522966752966805全断面法5329668029671030台阶法542967102967155全断面法55296715297065350全断面法5629706529708015全断面法572970802970855全断面法5829708529711530台阶法592971152971205全断面法60297120297

27、13515全断面法6129713529721883全断面法622972182972235全断面法632972232972285全断面法64297228297371143全断面法652973712973765全断面法662973762973826全断面法67297382297765383全断面法6829776529778015全断面法692977802977855全断面法7029778529781530台阶法712978152978205全断面法7229782029783515全断面法73297835298318483全断面法742983182983235全断面法752983232983285全断面法76298328298471