隆林隧道群监控方案.docx

1、隆林隧道群监控方案 广西隆林至百色高速公路6合同段隧道群施工监控方案监测单位：广西交通科学研究院2008年12月8日一、工程概况隆林至百色高速公路6合同段全线分布着隧道7座隧道，左右幅合计长度为8057.5m，隧道建筑限界净高均为5m，限界净宽均为10.25m。隧道群围岩主要由、级构成，隧道群规模及地质概况详见表2。表2 隧道概况表序号隧道名称起止桩号隧道长度（m）分段桩号布置 形式地质概况1田林1号隧道左洞ZK99+365 ZK99+537172ZK99+365ZK99+507 小净距弱风化薄中厚层状泥质粉砂岩，围岩级别主要为级 ZK99+507ZK99+537右洞YK99+364.26YK

2、99+527162.74YK99+364.26YK99+489.5分离式YK99+489.5YK99+5272田林2号隧道左洞ZK99+566 ZK99+810244ZK99+566ZK99+810分离式弱风化薄中厚层状泥质粉砂岩，围岩级别主要为、级右洞YK99+580YK99+797216.8YK99+580YK99+7973田林3号隧道左洞ZK99+904ZK100+395491ZK99+904ZK100+395分离式弱风化薄中厚层状泥质粉砂岩，围岩级别主要为、级右洞YK99+895YK100+374479YK99+895YK100+3744田林4号隧道左洞ZK100+497ZK101+7

3、021205ZK100+497ZK101+702分离式弱风化薄中厚层状泥质粉砂岩，围岩级别主要为、级右洞YK100+495YK101+6951200YK100+495YK101+6955田林5号隧道左洞ZK101+772 ZK102+755982ZK101+772 ZK102+755分离式弱风化薄中厚层状泥质粉砂岩，围岩级别主要为、级右洞YK101+777YK102+742965YK101+777YK102+7426田林6号隧道左洞ZK102+907 ZK103+247340ZK102+907 ZK103+247分离式弱风化薄中厚层状泥质粉砂岩，围岩级别主要为级右洞YK102+917YK103

4、+237320YK102+917YK103+2377田林7号隧道左洞ZK103+273 ZK103+920647ZK103+273ZK103+750分离式弱风化薄中厚层状泥质粉砂岩，围岩级别主要为、级ZK103+750ZK103+920小净距右洞YK103+277YK103+910633YK103+277YK103+745分离式YK103+745YK103+910小净距8合计8057二、隧道群监控量测实施大纲1、监控编制依据1）公路隧道施工技术规范JTJ042-942）公路隧道设计规范JTG D70-20043)公路工程质量检验评定标准JTG F80/120044）广西隆林至百色高速公路施工图

5、设计文件2、监测意义和目的隧道监控量测作为新奥法的三大核心之一，对评价隧道施工方法的可行性、设计参数的合理性，了解隧道施工实际围岩级别及其变形特性等能够提供准确、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重要手段。隧道监控量测的主要任务应做到提高安全性，修正设计、指导施工、积累建设经验，并通过对实测数据的现场分析、处理，及时向施工方、监理方、设计方和业主提供分析资料。对直接服务隆百高速公路田林隧道群施工具有重要现实意义。 本次新奥法监控隧道监测的主要目的为：（1）通过围岩地质状况和支护状况描述，对围岩进行合理的分类及对稳定性进行合理的评价。（2）对隧道拱顶

6、下沉周边收敛位移进行监测，根据量测数据确认围岩的稳定性，判断支护效果，指导施工工序预防坍塌，保证施工安全。（3）对周边收敛位移进行监测，根据变形的速率及量值判断围岩的稳定程度，选择适当的二衬支护时机，指导现场施工。（4）地表下沉。对隧道埋深较浅段进行地表沉降监测，判定隧道开挖对地表的影响，与拱顶下沉数据相互应证。（5）通过测定锚杆长度和注浆饱满度，检测锚杆长度和注浆效果。（6）选测组合。通过对围岩压力、钢支撑应力、衬砌应力等选测项目的监测判断围岩稳定性及支护效果，反馈设计，指导现场施工。3、监控量测工作的组织机构 针对本工程监测项目的特点，隧道监控现场组织及分工如下图所示，监控现场组织由现场监

7、测人员、技术分析人员组成。现场监测人员、技术分析人员根据合同和规范要求完成日常监测及资料整理、技术分析及施工预测，见图3.3。图3.3 隧道群监控量测工作组织机构图4、隧道监控量测的内容（1）必测项目 地质和初期支护状况观察 水平收敛 拱顶下沉 锚杆轴力量测（2）选测项目 岩层内部位移（洞内设点） 喷层、二衬内部应力，围岩与喷层、喷层与二衬间接触压力 仰拱沉降 钢支撑内力5、隧道群监控量测仪器在隧道监控量测中，仪器的选择决定着能否取得准确可靠的数据，甚至决定着监控工作能否顺利的完成，本次所要监控隧道数量多、量测工作量大，因此各类检测设备均经过检查、标定，确保测试的结果准确可靠，量测仪器详见表3

8、.5。表3.5 隧道群监控量测项目及仪器表序号量测项目仪器设备测试目的必测项目1地质及初期支护状况观察地质罗盘等开挖面（掌子面）的稳定性及衬砌的稳定性：岩质、断层破碎带、变质带等的状态把握：当初围岩分类的再评价2拱顶下沉高精度水准仪监测拱顶的绝对下沉量，了解断面的变形状态，判断拱顶的稳定性。3水平收敛收敛计根据变位量、变位速度、变位收敛状况、断面变位状态判断：1）围岩稳定性；2）初支的设计施工妥当性；3）二衬施工的合理时间。4锚杆轴力量测锚杆测力计及拉拔器监控量测锚杆内部受力状况，判断锚杆的工作状况。选测项目5围岩内部位移 （洞内设点）洞内钻孔中安设多点杆式或钢丝式位移计了解隧道围岩的松弛区、

9、位移量及围岩应力分布，为准确判断围岩的变化发展提供数据。6喷层、二衬内部应力，围岩与喷层、喷层与二衬间接触压力压力盒、应力计、钢筋计判断围岩稳定性及支护效果、反馈设计，指导现场施工7仰拱沉降水准仪、塔尺与拱顶下沉对比，间接反映隧道的稳定及隧道拱部以上围岩的运动状况。8钢支撑内力钢筋计量测型钢支撑内应力，推断作用在型钢支撑上的压力大小。判断型钢支撑尺寸、间距及设置型钢支撑的必要性6、监控量测的方法及手段对量测测点的科学布置是监控测量方案设计的又一关键问题。本次监控重点监测围岩质量差或局部不稳定块体、节理或地下水发育地段，以及特殊工程部位(如洞口处)。监测点的安装埋设应尽可能靠近隧道掌子面，以便尽

10、可能完整获得围岩开挖后初期力学形态变化和变形情况。具体量测方法如下：6.1 必测项目（1）地质及初期支护状况观察地质和初期支护状况观察分为开挖工作面观察和已施工区段观察两部分。开挖工作面观察在每次开挖后进行，通过肉眼观察、地质罗盘和锤击检查，及时判断围岩级别是否与设计相符，内容包括围岩节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、风化变质情况、断层分布、初期支护效果及测量地下涌水情况等，每5m必须填写一张围岩施工地质记录卡片。 已施工区段观察每天进行一次，内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况。每次观察除进行相关的记录外，均进行数码拍照，并及时整理成档。（2）拱顶下沉量测测点布设：拱顶下沉量测是在隧道开挖毛

11、洞的拱顶及轴线左右各2m处设置3个带挂钩的膨胀螺钉作为测桩，测桩埋设深度30cm，钻孔直径42；埋设前先用小型钻机在待测部位成孔，然后将膨胀螺钉拧紧即可。对于稳定性较差的围岩，测桩可在锚喷支护后布置，量测时可借用钢尺式收敛计及附带挂钩挂在测点上稳定后用高精度水准仪量测，如图6.1所示：（3）水平收敛位移量测 测点布设：水平收敛位移量测是最基本的主要量测项目之一，各测点在避免爆破作业破坏测点的前提下，尽可能靠近工作面埋设，一般为0.52m，并在下一次爆破循环前获得初始读数。初读数在开往后12h内读取，最迟不超过24h，而且在下一循环开挖前，完成初期变形值得读数。在预设点的断面,隧道开挖爆破以后,

12、沿隧道周边部位分别埋设测线、测桩，测桩埋设深度30cm，钻孔直径42，埋设前先用小型钻机在待测部位成孔，然后将膨胀螺钉拧紧即可量测。隧道采用台阶法施工时每断面布设上下2条测线、测桩每断面2对共4根，见图6.1-2。若采用全断面开挖，则设1条测线，共2根测桩。采用钢尺式收敛计来量测水平收敛变形，见图6.1-3。图6.1-2 台阶法水平收敛测点布置图（4）锚杆轴力量测采用锚杆轴力计进行量测，在锚杆待测部位并联焊接轴力计，焊接时应对轴力计采取降温措施。锚杆量测的数量根据现场情况确定。锚杆拉拔力测试采用锚杆拉拔仪。锚杆长度及砂浆饱满度量测采用MJ-2锚杆检测仪。6.2 选测项目以下监测项目根据实际需要

13、布置，见图6.2围岩内部位移用于监测隧道围岩的径向位移分布和松弛区域范围，获得决定锚杆长度的判断资料、隧道每一量测断面布设35组测点。 仪器设备多点位移使用4点钻孔伸长计进行量测。它由四个钻孔锚头、四根量测钢丝、一个测筒、四个电感式传感器和它的量测仪器数字位移计组成。 测点安装在预定量测部位，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；矫直钢丝，并截成预定长度，将钢丝连接在钻孔锚头上； 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

14、免安装杆和锚头脱落；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；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；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；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

15、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；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； 开始阶段，每天应至少进行一次测度测读，随着开挖面的远离，测读间隔时间可以酌情延长。 量测与计算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，即可算出钻孔伸缩计四个测点的实际位移。注：洞内埋设则改为机械式。仰拱沉降 监测内容：监测内容包括洞口地表情况、地表沉降的观察。 基点布设：根据隧道施工状况选择隧道地

16、表下沉量测断面，每个断面各布置711个地表下沉量测点。测点布设：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。 量测：用高精度全站仪进行观测。要求：a）观测应在仪器检验合格后方可进行，且避免在测站和标尺有振动时进行；b）尽量选择在每一天同一时间内进行观测。观测坚持四固定原则，即：施测人员固定，测站位置固定，测量延续时间固定，施测顺序固定，且应每隔30天用精密水准测量的方法进行基点与水准点的联测，其误差不得超过0.5nmm（n为测站数）。 数据简要分析：可绘制时间-位移与

17、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。与拱顶下沉对比，间接反映隧道的稳定及隧道拱部以上围岩的运动状况。 量测围岩压力（包括围岩与初支之间、初支与二衬之间）压力盒布设在围岩与初衬之间，即测得围岩压力；压力盒布设在初衬与二衬之间，即测得两层支护间压力。测点布设：应把测点布设在具有代表性的断面的关键部位上（如拱顶、拱腰、拱脚、边墙仰拱等），并对各测点逐一进行编号。埋设压力盒时，要使压力盒的受压面向着围岩。在隧道壁面，当测围岩施加给喷砼层的径向压力时，先用水泥砂浆或石膏把压力盒固定在岩面上

18、，再谨慎施作喷砼层，不要使喷砼与压力盒之间有间隙，保证围岩与压力盒受压面贴紧。钢支撑内力每环格栅钢拱架布设钢筋计，分别沿钢架的内外边缘成对布设。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，计下钢筋计型号，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。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、弯矩值点画在各钢筋计分布位置，并将各点连接形

19、成隧道钢拱架轴力及弯矩分布图。对于型钢钢拱架，用钢表面应变计或钢筋应力计，其他与格栅钢拱架的钢筋计量测法相同。衬砌应力量测在衬砌的内外层钢筋中成对布设。安装前，在主筋待测部位并联焊接钢弦式应力计，在焊接过程中注意对应力计淋水降温，计下应力计型号，并将应力计编号，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。根据应力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应力计所在断面的轴力、弯矩，并在隧道横断面上按一定的比例把轴力、弯矩值点画在各应力计分布位置，并将各点连接形成隧道轴力及弯矩分布图。地质超

20、前预报A、隧道地质超前预报工作原理隧道地质超前预报的工作原理是利用在隧道围岩内以排列方式激发弹性波，弹性波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带、煤层采空区等，会产生弹性波的反射现象，这种反射回波被隧道围岩内的检波装置接收下来，通过数据处理，从中拾取掌子面前方的反射波信息，达到预报界面位置和规模的目的。在隧道地质预报的采集工作中，同时采集三个分量的地震波，即隧道围岩的纵波Vp、横波Vsh和横波Vsv，构造或岩溶发育带内若充水，依据水有利于纵波传播而不利于横波传播的道理，则会造成纵、横波反射能量方面的差异，采集弹性波的这种信息则可据此作出构造

21、带是否充水的结论。B、仪器设备隧道地质超前预报采用TGP12地质超前预报仪，该仪器能够预测隧道围岩中对掌子面前方100200米范围内的岩性变化、断层、破碎带、岩溶发育带以及它们的产状、规模和前方岩层的含水特性作出预测预报。图7 TGP12隧道地质超前预报仪C、现场采集技术隧道地质超前预报工作，一般在隧道开挖进尺50米60米以后进行。为了尽量减少对隧道施工的干扰，预先在隧道洞壁钻孔，孔深为2米。接收孔孔径为50mm，激发孔孔径为40mm50mm。激发孔布置等间距排列，孔间距离一般1.5米2.0米，视隧道围岩而定，围岩速度高则孔距选择大一些，围岩速度低，孔距选择小些。接收孔与最近激发孔的距离一般为

22、20米，该距离与预报距离有关，该距离长则预报距离长，该距离短则预报距离短。 接收系统TGP12隧道地质超前预报仪的接收系统，可以根据需要选择道数，接收系统的布置应通过试验确定。接收孔的布置方式见下图：一般条件下采用接收1和接收2两个检波器接收的方式，检波器为X、Y、Z三个分量，三个分量有利于纵波（P波）、横波（Sh波）和横波（Sv波）的接收，有利于预报工作中的多参数利用。 激发系统激发采用炸药激震，炸药由电雷管引爆（不用火雷管等其它雷管，避免延迟对预报造成影响）。 采集系统采集系统包括接收、激发、以及仪器站工作的完整过程。在接收与激发工作准备完毕后，在仪器上输入采集参数。由于TGP12隧道地质

23、超前预报仪的放大器为瞬时浮点放大器，仪器采集时不需要设计旋钮调节。采样率决定信号的分辨程度，采样率小对信号的分辨能力强。采样点数决定信号的采集长度，仪器设计采样点数的调节为滚动方式，有：1024点、2048点、4096点和8192点四档，现场采集操作利用仪器界面上的水平箭头来实现选择。D、资料处理与软件应用（a）隧道地质超前预报资料的处理与解释借助软件完成。处理系统具有衰减计算、动平衡、增益补充、坏道剔除与内插、干扰波压制、谱分析与滤波；具有纵、横波分离，纵、横波速度的自动拾取与计算岩体的动泊松比、动剪切模量、动弹性模量等；具有纵、横波反射回波的拾取与预报计算，具有反射波相关拾取偏移归位和绕射

24、波相关拾取偏移归位等功能，具有提取反射界面反射波能量和属性的功能。TGP12处理系统中还具有查对形成界面反射波或绕射波波组的功能，根据反射波组的连续性、衰减特征和极性，有利于去伪存真，做出取舍判断，达到正确预报的目的。图9 软件处理流程图（b）模块功能 记录编排现场采集的记录输入记录编排后，根据激发炮位的排序自动编排成为纵波（P波）、横波（Vsh波）和横波（Vsv波）三种波型的激发排列记录，见下图。Vp波检波器分量 Vsh波检波器分量 Vsv波检波器分量三个不同分量采集三种波型，其与隧道的关系如下：Vsh波检波器分量的灵敏度方向在水平面上与隧道轴线垂直；Vp波检波器分量的灵敏度方向与隧道轴线一

25、致；Vsv波检波器分量的灵敏度方向在铅锤面上与隧道轴线垂直； 建立计算的空间位置在该功能下，输入接收孔的里程桩号，依次输入激发孔间距。用作程序的空间地震回波计算和成果图的里程标记。程序考虑到施工现场条件的复杂性，采集参数的输入允许：等激发孔间距、非等激发孔间距、炮孔与接收在同壁、炮孔与接收不在同壁等多种可能。 接收幅度调整上图中的24道波形是一个分量检波器接收24炮激震的记录。激发孔的药量虽然控制基本相等，但是孔中的激发条件不一定一致，例如：岩体的完整坚硬性质、孔中水的充满条件等，因此会造成激发能量大小不一，这种差异经检波器接收、仪器放大，在显示屏上会出现同一相位波的幅度忽大忽小的情况，对于记

26、录幅度的异常，处理软件具有调整同相位波幅度的功能，经过处理的记录对分析回波的连续性有利。 接收非正常调整一般遇到的接收非正常现象是触发时间出现异常，如下图中的第13道波形。直达波旅行时间明显小于左右道，是先爆炸后触发引起的故障现象。这种现象在现场采集过程中是不容易发现的，处理中发现再到现场补放会增添不少的麻烦。这种非正常现象只是表现在各相位波组的整体上移或下移，处理的办法是调整道时间下移或上移，移动量的控制一般是采用该道首波初至与左右道初至连线对齐的办法。处理后的记录有利于反射回波同相轴的对比分析。 纵横波分离、速度参数计算 上图是同一分量记录，记录中直达纵波（Vp）和横波（Vsh波）明显。上

27、图左部黄线处为直达纵波速度线，黄框内显示纵波速度为4910米/秒。上图右部黄线处为横波（Vsh波）速度线，黄框内显示横波（Vsh波）速度为2510米/秒。由此计算：测段岩体纵波/横波速度比为1.96，动泊松比为0.32，输入密度值为2.7，则岩体的动弹性模量为45Gpa，动剪切模量为17Gpa。 回波提取检波器接收到的波既有炮孔激发的直达波，又有来自各方面的反射波。预报工作的计算需要利用来自掌子面前方岩体中的反射回波，因此在记录全貌的地震信息中，专门把由隧道掌子面前方反射的回波提取出来，是处理的另一个重要环节。 通道波切除隧道开挖后似筒状，在孔中放炮产生地震波，地震波既在隧道岩体中传播，同时外

28、泄到筒状的隧道内会产生“管道波”，该“管道波”的传播速度近似于空气中传播的声波速度。这种“管道波”的振动能量较强，在记录的一定长度上出现，其视速度近似空气的声波速度。这种“管道波”对于较远距离的反射回波形成严重干扰，处理时必须予以切除，否则会形成诸多反射界面的假相。反射波相关拾取偏移归位反射波相关拾取偏移归位处理模块是预报处理方法中的一种，适用于板状界面的反射波处理。计算是建立在反射回波基础上，统计诸多反射界面在倾角、截距等方面的相关性，确定掌子面前方岩体界面或构造碎裂带界面与隧道的交角和距离。颜色的差异大小见图右侧色标，差异表征反射波的强弱和反射极性。绕射波相关拾取偏移归位绕射波相关拾取偏移

29、归位处理模块是预报处理中的另一种方法，适用于绕射波的处理。绕射波相关拾取偏移归位处理是建立在掌子面前方的反射回波，由于隧道尺寸的局限性，反射波具有似绕射波的特征，故以绕射偏移归位的处理方法，目的使绕射段界面清晰。彩色弧线不是地质界面线，地质界面线是由弧线的外切线做出。彩色弧线色调的差异大小，见图右色标条，色差大的位置为外切点位置。7、断面布置原则（1）必测项目：主要为地质及支护状况观察描述、拱顶下沉、净空收敛。地质及支护状况观察描述每次爆破后进行，一般按36m描述一次；拱顶下沉及净空收敛一般布置在同一断面，监测断面布设间距为：、级围岩为3050m；、级围岩为530m；围岩变化处适当加密，在各类

30、围岩的起始地段增设12对，当发生较大涌水时，V、IV、级围岩量测断面的间距缩小至510m。本次监控将根据实际情况将增加监控观察断面，具体量测断面里程可根据现场地质情况进行调整。（2）选测项目：一般锚杆轴力及围岩内部位移、围岩压力（包括围岩与初支之间、初支与二衬之间）、支护混凝土应力（喷混凝土层内轴向应力、二次衬砌内应力）以及钢支撑内力监测项目布置在同一断面，断面布置原则上、级围岩需至少布置一个，另根据需要在断层破碎带等地质条件复杂地段布置。具体布置情况根据隧道设计及施工实际情况而定。表7 断面布置数量表项目单位左线合计右线合计备注地质描述和支护观察个150150每掘进20m进行拱顶下沉、周边收敛监测个3637详细里程见附表地表下沉监测个22选在隧道进出口锚杆内力及检测个915914按总量5%抽检选测组合个33每种围岩选一个代表截面备注：本次监控量测为抽检性质，上表所列工程量为实际监控量