隧道监控量测及超前地质预报方案.docx

1、隧道监控量测及超前地质预报方案施工组织设计（方案）报审表 编号：012致：我方已根据施工合同的有关规定完成了隧道监控量测及超前地质预报方案的编制，并经我单位上级技术负责人审查批准，请予审查。 附：隧道监控量测及超前地质预报方案 承包单位： 项目经理： 日 期：专业监理工程师审查意见： 专业监理工程师： 日 期 ：总监理工程师意见： 总监理工程师： 日 期 ：隧道监控量测及超前地质预报方案编制： 复核： 审核： 批准： 目 录一、超前地质预报、监控量测实施的重要性 1二、总体规划及组织布置 12.1 组织机构规划 12.2 人员规划 22.3 时间规划 2三 主要工作内容 23.1 隧道监控量测

2、 33.2 超前地质预报 3四 监控量测方案 44.1 隧道监控量测的意义 44.2 监测断面布置 44.3 监控量测方法 44.4 监控量测频率 114.5 量测数据的传输与处理 124.6 隧道监控量测资料提交 134.7 监控量测质量评定 14五 超前地质预报工作方案 175.1 超前地质预报工作目的、意义 175.2 地质预报方法 185.3 超前地质预报工作方案 225.4 信息反馈及成果提交 235.5 超前地质预报工作质量评定 24六 工程质量管理体系 24七 保证措施 257.1 监控工作及时到位 257.2 监控数据和结果准确可靠 257.3 按时提交成果 26一、超前地质预

3、报、监控量测实施的重要性根据广东省珠海市横琴新区市政道路隧道工程的设计文件可知，该工程隧道有两座，分别为一座连拱隧道及分离式隧道。次干路市政道路DX17#路设SD2隧道，隧道为双向四车道小净距隧道，两洞之间净距为1530m，其中左洞平曲线半径为4800m，右洞平曲线半径为5000m，长约2320m。环岛西路南段设SD1隧道，长约580米，为双向四车道的连拱隧道。该工程区隧道地质条件主要有断层破碎带、浅埋带等地质灾害，稍有不慎，将大变形、塌方等安全事故。因此，为降低工程施工风险，提前做好防范措施，降低施工风险，提高工程质量，做到信息化施工，对该隧道进行超前地质预报与监控量测工作主要有以下几个方面

4、的价值：1. 提前探明前方不良地质，为采取相应的施工措施及方案提供支撑与依据。2. 预测隧道掌子面前方围岩含水情况，探明地下水的具体位置及范围，防止出现涌水、突泥等地质灾害，减少施工盲区。3. 验证设计支护参数是否满足工程安全，做到“因地制宜”，节约工程造价，提高工程施工进度与安全。4. 提高工程质量，实现动态化信息施工，减少因地质勘探不明及经验不足而引发的工程事故。5. 提高工程进度及相关参建单位的形象。二、总体规划及组织布置隧道监控量测和超前地质预报工作为隧道安全、顺利开挖提供重要的指导作用，其中隧道洞口段、浅埋段、不良地质段等是隧道监测工作的重点，监测工作应在隧道开挖进洞前做好各项准备工

5、作，包括仪器设备、技术人员、工作方案的组织和落实。总体布置和规划如下：2.1 组织机构规划根据该隧道的工程特点，我项目部从工作协调能力、专业工作方向、实际工程经验等各个方面综合考虑，为该项目配备了强大的技术人员力量并成立“隧道监测小组”，负责组织各隧道的监测工作，主要包括：隧道监测方案的制定和实施，现场监测人员安排和管理，组织现场的监测工作，资料的分析整理、报告编写，并及时解决工程中的问题。2.2 人员规划监测小组长：指导现场量测工作，如测点布置、测量、现场人员的工作安排等，并对量测数据进行分析，提交初步分析成果，对量测异常情况进行现场确定，初步提出处理建议等。在监测项目进行过程中，对具体测量

6、和地质条件进行跟踪，指导测量和超前地质预报工作。监测小组：在每个开工的隧道洞口现场设立监测小组，每个监控量测小组由23人组成，常驻于施工现场，负责现场的监测，包括测点埋设、数据收集、测点保护和施工、围岩信息收集，同时对量测数据进行整理、计算并判断量测结果情况；对量测仪器进行保养。2.3 时间规划本项目隧道监控量测及超前地质预报工作应根据隧道工程进度安排工作计划，主要工作计划时间安排如下：a.前期准备工作阶段根据本项目工作内容，做好相应的前期准备工作，包括列表配备相应的仪器设备、技术人员，前期资料收集，进行工作培训等各项准备工作。b.监测前期工作阶段根据隧道工程进度情况，在隧道洞口段埋设地表沉降

7、测点及其它监测等工作，并结合监测数据及以往工作经验等，指导隧道洞口段的施工。在前期工作阶段，还需继续进行制度完善、工作关系协调、监测技术人员组织及培训等各项工作。d.正常监测工作阶段在各隧道施工进入正常状态后，根据工程进度情况全面开展隧道监测及超前地质预报工作，同时将根据工程要求，针对具体问题提出相应的工程处理措施以供我项目部参考，保证隧道工程顺利进行。e.监测工作收尾阶段当隧道工程施工进入收尾阶段时，监测小组在进行正常监测工作的同时，也将对监测工作进行总结，编写监测总报告，按要求提交至监理及业主单位。三 主要工作内容根据该项目的要求，并参考以往隧道监测项目的工作经验，广东省珠海市横琴新区市政

8、道路隧道工程监控量测包括选测和必测项目，断面布置及其它要求按公路隧道施工技术规范及相关设计文件执行。3.1 隧道监控量测隧道监控量测工作主要是通过对在隧道施工过程中围岩和支护结构的变形、受力参数的量测，并结合对围岩和支护结构的观察，判断围岩和支护结构的稳定状态，若有可能失稳时，应及时预警，提出处治措施，保证隧道施工的安全、顺利进行。（1） 必测项目根据本项目隧道的特点，围岩监控量测的必测项目主要包括以下内容：洞内外观察、周边位移、拱顶下沉、地表下沉、底板变形（连拱隧道中导洞及主洞级侧导坑）。隧道必测项目是为了确保在施工过程中的围岩稳定和施工安全而进行的经常性量测工作。量测方法简单，量测密度大，

9、量测信息直观可靠，并贯穿在整个施工过程中，对监视围岩稳定，指导设计施工有巨大的作用。土建施工完成，量测工作亦告结束。（2） 选测项目选测项目是必测项目的拓展和补充，对特殊地段、危险地段或有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。对已完成的支护实施有效监控，作出评价，对未开挖地段提供参考信息，指导未来设计和施工。选测项目安装埋设比较复杂，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。选测项目则是对一些有特殊意义和代表性的区段进行补充测试，以求更深入地掌握围岩的稳定状态与锚喷支护的效果，更好地指导未开挖区段的设计与施工。一般隧道段选测项目包括钢架内力、围岩压

10、力、两层支护间压力（分离式隧道）、支护、衬砌内应力等项目；选择项目的内容根据设计及工程的要求实施。3.2 超前地质预报隧道超前地质预报工作应结合设计文件中的地勘资料，以工程地质条件为中枢，加强隧道地质工作，实行地质、物探相结合，优化物探组合，综合应用，确保隧道安全、快速、优质施工，不留后患。确保隧道施工取得经济效益、社会效益和环境效益。超前地质预报工作内容主要有以下几个方面：1）预报断层破碎带及软弱围岩（泥岩、泥灰岩、砂质泥岩等）的位置（包括裂隙发育地段）；2）预报地下水富集，可能涌（突）水、突泥和地段；进行超前地质预报工作时，采用的仪器设备主要有TSP(或TGP)。四 监控量测方案4.1 隧

11、道监控量测的意义岩土工程自身具有多异性、不均匀性和偶然性等特点，使得每项工程都有一定的独特性，只有在施工过程中结合监控量测，跟踪了解围岩的动态，及时地变更设计和指导施工，才能使隧道设计更加经济合理。本项目隧道按新奥法原理进行施工，鉴于隧道地质构造及地层岩性复杂，为了保证隧道施工的安全和顺利进行，掌握围岩和支护的动态信息；在不良地质、突水、洞口浅埋特殊要求的洞段设置监控量测断面，进行全面、系统的监控量测。通过对隧道围岩变形和支护结构受力进行量测，评价施工方法的可行性和设计参数的合理性，了解围岩及支护结构的受力、变形特性等，并对隧道二次衬砌的施作时间提供依据。其主要作用如下：1）通过对量测数据的分

12、析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，及时掌握围岩的施工力学性能，并对围岩的稳定、安全性作出评价，对隧道的不稳定状态及时预警，防止隧道塌方；2）掌握围岩动态和支护结构的工作动态，对支护结构、施工方法的安全性作出评价及建议，利用量测结果修改设计，以指导现场施工；3）验证支护结构形式、支护参数的合理性，确定二次支护的时间；4）为变更设计、调整施工方法提供科学依据；5）积累资料，为以后的工程设计、施工提供经验。4.2 监测断面布置根据设计资料及相关技术规范，级围岩20m布置一个断面，、级围岩30m一个断面。监控量测根据围岩具体情况确定。发生坍方后应加密监控量测。具体断面设置详见“监控量测断面设

13、置表”。4.3 监控量测方法广东省珠海市横琴新区市政道路隧道工程设计的施工方法主要有台阶法、全断面法、侧壁导坑法等施工方法，进行隧道监测时，应根据监测内容、施工方法的不同而采取相应的监测方法，各监测项目采用的方法如下：（1）洞内外观察洞内观察指对隧道已施作的初期支护和掌子面开挖后的围岩进行观察，在隧道开挖工作面爆破后及初期支护后立即进行。洞外观察主要指对隧道洞顶地表、边仰坡等变形及开裂等进行观察，主要是在隧道开挖洞口段时进行。利用地质素描，照相或摄像技术将观测到的有关情况和现象进行详细记录，观测中，如发出异常现象，要详细记录发现时间、距开挖工作面的距离以及附近测点的各项测数据。监测内容如下：

14、对开挖后没有支护的围岩：a.岩质种类和分布状态，近界面位置的状态；b.岩性特征：岩石的颜色、成分、结构、构造；c.节理性质、组数、间距、规模、节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，充填物的类型和产状等；d.断层的性质，产状、破碎带宽度、特征；e.地下水类型，涌水大小，湿度等；f.开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象。 开挖后已支护段：a.初期支护完成后对喷层表面的观测及裂隙状况的描述和记录；b.有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象；c.喷混凝土是否产生裂隙或剥离，要特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏；d.钢拱架有无被压曲现象；e.是否有底鼓现象。（2）浅埋段地表下沉地表下沉量测是监测隧道

15、洞口段、浅埋段在隧道开挖过程中地表是否稳定。应在施工过程中可能产生地表塌陷段、洞口段及浅埋段设置观测点，并在预计下沉断面以外4倍洞径设一个通视条件较好、测量方便、牢固的水准基点，作为各观测点高程测量的基准，从而计算出各观测点的下沉量，地表下沉量测每一个断面布置不少于7个测点。将测点埋设于水泥桩上，采用高精密水准仪、钢尺、标杆等仪器进行监测，监测方法采用水准抄平方法。隧道开挖掌子面距测点前30m处开始量测，隧道开挖超过测点30m，并待沉降稳定以后停止量测。地表下沉测点布置见下图。图4-1 隧道地表下沉量测断面量测仪器精度要求为0.01mm，视线长度一般不大于30m；量测须持续到二衬施作完毕，且变

16、形基本稳定后1520天方可结束。（3）拱顶下沉拱顶下沉量测是监测隧道支护和围岩的拱部变形情况，通过拱顶位移量测，了解断面的变形状态，判断隧道拱顶的稳定性；根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机；指导现场设计与施工。需根据隧道的工程地质条件设置监控量测断面，在隧道开挖毛洞的拱顶及轴线左右各24m共设3个带挂钩的锚桩，测桩埋设深度30cm，钻孔直径42，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头需设保护罩，安装好隧道拱部变位观测计，在隧道洞内找一稳定、不易被破坏且通视较好的地方埋设基准点，将钢尺挂在隧道拱部变位观测计上作为标尺，后视点设在稳定的部位基点。采用精密水准仪、测微器、钢

17、尺、水平仪、标杆等仪器进行量测，监测方法采用水准抄平方法。量测要求：a.测点应距开挖面2m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次读数。b.量测仪器精度要求为0.01mm，视线长度一般不大于30m。c.隧道开挖后测到的初读数是量测分析的基准点，应当十分重视各量测项目初读数的准确性。d.注意保护测点，应在预埋钩上缠绕胶布，再在胶布上粘贴全站仪反射贴片，并喷红色漆用以标记。e.变形基本稳定后1520d方可结束。（4）周边收敛隧道周边收敛量测是通过监测隧道两侧壁的相对位移，撑握隧道支护和围岩的变形情况，根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机；用以指导设

18、计和施工。根据隧道围岩地质条件设置监控量测断面，在预设测点的断面，隧道开挖爆破以后，沿隧道周边的左右拱腰和左右边墙部位分别埋设测桩。测桩埋设深度30cm，钻孔直径42，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头需设保护罩。监测方法采用精度较高的水平基线监测方法，并进行温度修正。周边收敛断面布置需根据施工方法的不同而布置。量测要求：a.测点应距开挖面2m的范围内尽快埋设，并应保证爆破后24h内或下一次爆破前测读初次读数； b.量测仪器精度要求为0.01mm；c.测读时必须在连续3次测得得数值基本一致后才能取算术平均值作为初读数，否则应继续测读，直至满足要求为止； d.注意保护测点，应在锚桩上粘贴全站仪反

19、射贴片，并喷红色漆用以标记；e.变形基本稳定后1520d方可结束。（5）隧底隆起量测根据本项目隧道的特点，在连拱隧道中导洞及侧导坑施工段落，分别设置隧道仰拱底部下沉和底部隆起监测点，采用精密水准仪、测微器、钢尺、水平仪、标杆等仪器进行量测，监测方法采用水准抄平方法。必测项目测点布置图如下。图4-2 连拱隧道中导洞测线（点）布置图图4-3 侧壁导坑测线（点）布置图图4-4 主洞测线（点）布置图（6）围岩与初期支护接触压力围岩与初期支护之间的接触压力量测是监测围岩对支护结构的荷载。通过该项内容的监测了解围岩对初期支护的压力，从而了解初期支护分担围岩荷载的情况。根据隧道围岩地质条件或业主认为有必要量

20、测的地段，设置监控量测断面。在每个监控断面沿隧道周边在围岩与初期支护之间埋设土压力盒进行量测，每个断面埋设57个压力盒。埋设时机应选择在喷射混凝土施作前，埋设时应尽量选择围岩表面平整处，若围岩表面不平整，则须采用M10砂浆将围岩表面抹平，再埋设土压力盒。采用数字式读数仪进行数据采集。图4-5 围岩与初支接触压力量测测点布置示意图（7）钢支撑内力钢支撑内力量测是监控钢支撑的受力情况，了解钢拱架与喷混凝土对围岩的组合支护效果；了解钢拱架的实际工作状态，视具体情况决定是否需要采取加固措施；判断初期支护承载能力。根据隧道围岩地质条件或业主认为有必要量测的地段，设置监控量测断面。钢支撑内力采用钢筋计量测

21、，每个监控断面沿隧道拱顶、拱腰和边墙共5个钢筋计进行监测，在焊接过程中注意进行淋水降温，埋设完毕并降温稳定后测读初始读数。采用数字式读数仪进行量测。图4-6 钢支撑内力量测测点布置示意图（8）二次衬砌接触压力量测对于分离式隧道，应进行二次衬砌接触压力量测，其作用为：通过该项内容的监测了解二次衬砌所承受的荷载压力，从而了解初期支护和二次衬砌分担围岩荷载的情况。根据隧道围岩地质条件设置监控量测断面。埋设时，先将土压力计固定在待测位置喷射混凝土表面，再谨慎施作二次衬砌混凝土，不要使二次衬砌混凝土与压力盒之间有间隙，保证压力盒受压面贴紧。采用数字式读数仪进行数据采集。图4-7 二衬接触压力量测测点布置

22、图（9）喷砼应力量测方法喷射混凝土内应力是监测混凝土内部应力情况，了解喷射混凝土内应力沿隧道周边的分布规律；了解初期支护的受力状态，判断支护结构的安全性；检验隧道偏压、保证施工安全、优化支护参数。根据隧道围岩地质条件或业主认为有必要量测的地段，设置监控量测断面，每个监控断面沿隧道拱顶、拱腰和边墙共设5个测点进行监测喷射混凝土内部应力。埋设时用钢筋支架固定，使混凝土应变计受力方向为隧道轮廓的切线方向。埋设完毕待初衬施工后测读初始读数。采用数字式读数仪进行量测。图4-8 喷砼应力量测测点布置示意图4.4 监控量测频率每个测点测取读数的频率不少于规范要求，同时要满足工程需要(见表4-1、表4-2)。

23、对于采用分部开挖的地段，如正台阶开挖，上半断面开挖和下半断面开挖不在同一时间，当量测断面工作状态发生改变时的前后一个星期之内或距离测点一倍洞跨以内是按 1次/天的频率采集数据，这样比规范要求的次数几乎多了一倍。如埋设的测点量测期间遭到破坏，恢复以后按新埋测点要求采集读数，这样增加了采集数据的次数和数据采集量。量测过程中若遇围岩变形速率较快时，量测频率应在规范规定的基础上加密。表4-1 必测项目与选测项目监控量测表序号项目名称方法及工具测量间隔时间115d16d1个月13个月大于3个月1地质和支护状况观察岩性、结构面产状及支护裂隙观察和描述，地质罗盘等每次爆破后进行观察2周边位移各种类型收敛计1

24、2次/d1次/2d12次/周13次/月3拱顶下沉水平仪、水准尺或测杆12次/d1次/2d12次/周13次/月4地表下沉水平仪、水准尺开挖面距量测断面前后2B时，12次/d开挖面距量测断面前后5B时，1次/周5支护、衬砌内应力各类混凝土内应变计12次/d1次/2d12次/周13次/月6底板位移水平仪、水准尺或测杆12次/d1次/2d12次/周13次/月7钢支撑内力钢筋计12次/d1次/2d12次/周13次/月8围岩压力压力盒12次/d1次/2d12次/周13次/月9两层支护间压力压力盒12次/d1次/2d12次/周13次/月表4-2 监控量测频率表埋设时间位移速度（mm/d）距工作面距离频度备注

25、/551次/1周注：1）从不同测点得到的位移速度不同，量测频率应按速率大的取值2）若根据位移速度和距工作面距离两项指标分别选取的频率不同，则从中取高值4.5 量测数据的传输与处理测得的数据尽可能在现场整理分析，每次量测结束应在2小时内进行资料整理，并尽快分析，以此修改设计，调整支护参数，合理安排施工进度。从某种意义上讲，量测成果提交的及时性比单纯增加量测次数更为重要，量测数据再准确，错过工程施工最佳时机，其对工程施工的指导作用也就失去意义。监控量测工作流程如下图。图4-9 隧道监控量测工作流程图基于量测数据及时处理的重要性，我项目部根据量测数据的用途及信息反馈的紧急程度，通常会采取多种方式对数

26、据进行及时传输和处理，主要采用的方法有网络、电话、传真、定时收集等。现场每次所量测到的数据都立即输入量测数据管理系统，数据系统能够自动生成时空曲线图，并对数据进行整理、比较、分析，从时空曲线图上观察曲线的变化和走势，了解围岩目前状态，预测围岩与支护结构的发展趋势，随时掌握隧道围岩和支护结构的动态变化，反馈信息，指导施工，预防坍塌事故的发生。量测数据采集之后，应对数据进行如下处理：（1）对各项量测所观察到的数据应认真作详细记录，及时进行整理，并绘制下列曲线：净空位移（拱顶下沉和周边位移）量测：a.绘制位移（u）和时间（t）的关系曲线。地表下沉量测：a.绘制地表下沉位移（u）和时间（t）的关系曲线

27、。支护结构内力量测：a.绘制各断面各测点内力和时间的关系曲线。4.6 隧道监控量测资料提交在监测过程中，实时对监测结果进行整理、分析，信息反馈与成果提交有关各方（业主、设计、监理），监测资料必须保证及时性。工程结束时，提交完整的监测总结报告及电子文档。1）电话及短信通知通过量测数据及现场观察发现施工现场存在异常情况并经监控组长确认时，先以电话和短信通知的方式及时报告各方（业主、设计、监理），然后根据异常情况的紧急程度，提出是否召开现场监测会议和提交预警报告。2）预警报告的主要内容：（1）施工进度和施工概况； （2）对数据临近预警值的测点，进行分析，提出预警和启动预案的建议性意见。3）月报的内容

28、包括：（1） 施工进度（2） 监测项目，测点布置（3）隧道围岩地质条件（4）监测值的时程变化曲线（5）根据实际情况，作出相应监测项目的预报分析4）监测工作结束后应提交的监测报告内容包括：（1）工程概况，监测目的（2）监测项目，测点布置（3）采用的仪器型号、规格及标定资料（4）数据采集的分析处理（5）监测资料的分析处理（6）监测值全时程随工程施工工况变化曲线及分析（7）监测结果评述各类报告提交的基础性要求是及时和准确。4.7 监控量测质量评定4.7.1 监测依据 （1）公路隧道设计规范（JTG D702004） （2）公路隧道施工技术规范（JTG F60-2009）（3）公路工程技术标准（JTG

29、 B01-2003）（4）公路勘测规范（JTG C102007）（5）公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）（6）公路项目安全性评价指南（JTG/T B05-2004）（7）公路土工试验规程（JTG E402007）（8）工程测量规范 GB50026-2007（9）公路工程地质勘察规范 （JTJ064-98）（10）其他与本工程相关的国家现行技术规范、规程（11）相关隧道两阶段施工图设计文件4.7.2 监控工作要求（1） 制定可靠的监控量测方案，为隧道的安全提供科学的数据。监测的数据和资料要客观真实地反映工程状态，掌握工程各主体部分的关键性安全指标，确保隧道工程能按照预定的要

30、求顺利完成；（2） 负责对典型断面的测点埋设、量测，对开挖后的围岩状态做出评价，对量测数据及时分析整理并及时向参建单位通报；（3） 对支护结构型式、支护参数和二次衬砌支护时间提出建议；（4） 参与由业主、设计、监理参加的支护结构型式及参数、围岩级别变更及其它一些变更讨论会议；（5） 对出现的异常情况迅速向有关部门（监理、业主）发出警报并及时提出处理方案，对支护结构的合理性及安全性作出评价；（6）每月提交监控量测报告，工作完成后提交系统的、完整的监控报告及其原始资料。（7） 根据施工需要向参建单位提出召开监控工作会议的建议。4.7.3 量测数据分析与应用（1）建立变形管理等级1、应及时对现场量测数据绘制时态曲线（或散点图）和空间关系曲线。2、当位移一时间曲线趋于平缓时，应进行数据处理或回归分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律。3、当