杨林隧道进口监控量测方案

1、昆明绕城高速公路东南段杨林隧道进口施工监控量测方案中国铁建编 制：审 核：审 批：中铁十四局昆明绕城高速东南段a2工区经理部二零一四年九月十五口第一章编制依据11、编制依据1第二章工程概况11、工程概况12、工程、水文地质13、设计标准2第三章施工监控量测方案21、监控量测内容22、测点布置及量测方法43. 2. 1洞内外观察43.2.2周边位移量测43.2.3拱顶下沉量测63.2.4浅埋段地表沉降73.2.5围岩内部位移量测73.2.6锚杆轴力景测83.2.7围岩压力及两层支护间压力量测83.2.8支护及衬砌应力量测83.2.9钢架内力及所承受的荷载量测93.2.10围岩弹性波速度测试93、

2、监测断面布置及监测频率104监控量测信息反馈125、监控量测成果应用146、隧道监控量测拟投入的仪器15第四章隧道监控量测安全、质量保证措施161、安全保证措施162、质量保证措施16第一章编制依据1、编制依据(1) 中华人民共和国行业标准公路隧道设计规范jtg d70-2004；(2) 公路工程地质勘察规范(jtg c20-2011)(3) 中华人民共和国行业标准公路隧道施工技术规范jtg f60-2009；(4) 公路工程质量检验评定标准(jtg f80/1-2004)(5) 岩土工程勘察规范(jb 50021-2001)；(6) 中华人民共和国工程建设标准强制性条文；(7) 工程测量规范

3、gb 50026-93；(8) 岩土工程安全监测手册，中国水利水电出版社；(9) 合同文件、交通部现行施工技术规范、工程质量检验评定标准、(10) 规则、规程。业主交付的三阶段施工图设计及其它设计文件。第二章工程概况1、工程概况杨林隧道为木项目工程重点单位工程，为双线分离式双向六车道公路隧 道。杨林隧道起讫里程为左线：zk13+250-zk22+712，全长9462m,本工区 承揽 k13+250-zk19+740,总长 6490m;右线：k13+270-k22+680,全长 9410m, 本工区承揽k13+270-k19+740,总长6470m。负责施工段隧道围岩级别为iii、 iv、v级，

4、隧道左线iii级 3000m，iv级 2715m，v级 775m;右线iii级 3000m， iv级 2813m，v 级 657m。在zk17+300处设斜井一座，斜井长1052m。斜井坡度为-11. 615%。在zk18+165处设通风竖井一座。隧道设人行横洞8道，车行横洞8道。2、工程、水文地质(1) 沿线地形地貌特征杨林隧道位于昆明市嵩明县，属云贵高原一部分，区域地形属于中山侵 蚀切割地貌，高原面轮廓基本清晰，微地貌属于高原台地与侵蚀沟谷并存， 碳酸盐分布区具有岩溶地貌特征，区域海拔高程17672400m，相对高差 633m，隧道最大埋深约452m。(2) 地质岩性隧址区地层岩性较齐全，

5、从远古界-新生界第四系均有出露。隧道穿越断层两条，均属区域南北向断裂的次级断裂。属于火头村一大东山 断层和草子坡一落水洞断层。该区域构造运动较为强烈，地震动峰值加速度 大于等于0.4g，地震动反应谱特征周期为0.4s,地震烈度为ix度。(3) 水文地质本线路区域内根据地形地貌、地层结构及地下水赋存条件，地下水类型 可划分为：松散岩类孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水三类，赋存于不同时代的 地层中，形成不同类型的地下水相互联系、互为补给的水文地质单元。地下 水主要靠大气降水和地表河流补给，顺沿线河谷排泄。3、设计标准公路等级：尚速公路隧道净宽：14m隧道净高：5. 0m设计速度：80km/h；设计荷载：

6、公路i级第三章施工监控量测方案1、 监控量测内容为及时提供施工所需的围岩穂定程度和支护结构的状态，以确保施工安 全，提高施工效率，修正支护参数，根据规范要求，结合杨林隧道的实际工 程情况以及业主的要求，拟进行以下项目的现场围岩监控量测的工作。（1）必测项0:洞内外观察；周边位移量测；拱顶下沉量测；锚杆拉拔力检测；浅埋段地表沉降（注：ho-隧道埋深，b-隧道开挖深度）表3-1隧道监控量测项目及仪器表测试项目序号量测项目仪器设备测试目的必测项1洞a外观察地质罗盘等岩性、结构面的产状及支护、裂缝的 发展情况2周边位移量测收敛计、激光断面仪、 全站仪判断围岩的稳定性，确定二次衬砌的 施做时间3拱顶下沉

7、量测高精度水准仪、激光断 而仪、全站仪及时掌握隧道整体的稳定情况4锚杆拉拨力检测拉拔仪及时掌握锚杆锚同效果和锚同力人 小5地表沉降量测（h0 s2b）高精度水准仪与拱顶下沉对比，间接反映隧道的稳 定及隧道拱部以上围岩的运动状况。选测项目6地表沉降量测（fc0>2b）高精度水准仪与拱顶下沉对比，间接反映隧道的稳 走及隧道拱部以上围岩的运动状况。7围岩内部位移量测 （洞内外分别设观 测点）4点式多点位移计监测隧道围岩的径向位移分布和松 弛区域范围，验证隧道施工时设计锚 杆长度是否能够确保施工及结构安 全、8锚杆轴力量测钢筋计了解锚杆的内力及应力分布情况9围岩力及两层支 护间压力量测压力盒判断

8、复合式衬砌屮围岩载荷大小10支护及衬砌应力b: 测应力计监控量测支护及衬砌内应力，了解支 护及衬砌的受力状态。11钢架内力及所承受 的荷载量测钢筋计监控量测型钢支撑内应力，推断作用 在型钢支撑上的压力大小。判断钢支 撑尺寸、间距及设置钢支撑的必要 性。12围岩弹性波速度测 试声波仪或tsp仪器提供围岩弹性波速的相关参数，为围 岩的级别判定提供相关参数依据。(2)选测项0:浅埋段地表沉降(bc> 2b);围岩内部位移量测(洞内 外分别设观测点)；锚杆轴力量测；围岩压力及两层支护间压力量测；支护 及衬砌应力景测；钢架内力及所承受的荷载量测；围岩弹性波速度测试。 选测项h根据实际需要进行布设。

9、须ij点布置及景测方法2、测点布置及量测方法3.2.1洞内外观洞内外观察包括洞内掌了面观察、已施工区间观察和洞外观察。掌子面 观察主要以目视调查来了解幵挖工作面的工程地质和水文地质条件；己施工 区间观察主要以h视调查来了解支护状态；洞外观察主要是观测隧道上部地 表面的状况。使用仪器(工具)：地质罗盘、地质锤、钢卷尺、放大镜、秒表、手电、 照相机或摄像机。观察时问：每次隧道开挖工作面施工后立即观察。3.2.2周边位移量测周边位移是指隧道开挖后隧道周壁测量点处的围岩的位移。常通过专用 钢尺测量隧道内壁面两点连线方向的相对位移，來了解这两点的位移情况。使用仪器：收敛计、隧道激光断面仪、全站仪。测点布

10、设：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。初读数在开挖后12h 内读取，最迟不超过24h，而且在下一循环开挖前，完成初期变形值的读数。测点布置根据施工方法、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，可设一条水平测线。 当采用台阶开挖方式时，可在拱腰和边墙部位各设一条水平测线。埋设测点时，先在测点处用小型钻机在待测部位成孔，然后将带膨胀管的收敛预埋件敲入，旋上收敛钩后即可量测。测点布设见图3-1和图3-2。3-1周边位移和拱顶下沉量测测点布置（适用于全断面开挖法）3-2周

11、边位移和拱顶下沉量测测点布置（适用于上下台阶开挖法）周边位移量测方法主要有接触量测和非接触量测两种，接触量测主要使 用收敛计进行，非接触量测主要使用全站仪进行。（1）接触量测法用收敛计进行隧道周边位移量测方法比较简单，即通过布设于洞室周边 上两固定点，每次测出两点的净长l，求出量测的增量（或减量）al，即 为此处周边位移值。读数时应该读三次，然后取平均值。（2）非接触量测法在特殊软弱围岩条件t或特殊工法条件下，作为接触观测法的有益补充，可采用非接触量测法。用全站仪进行隧道周边位移量测方法包括自由设站和固定设站两种。与 传统的接触景测的主要区别在于，非接触景测的测点采用一种膜片式回复反 射器作为

12、测点靶标。通过对比不同时刻测点的三维坐标， 可获得该测点在该时段的三维位移变化量(ax, ay, az)(相对初始状态)。在用全站仪做现场量测时，全站仪视准轴的仰角应保持在30°60 视点和后视点的距离应保持在50looni。3.2.3拱顶下沉量测使用仪器：高精度水准仪、隧道激光断面仪、全站仪测点布设：与周边位移量测点布置在同一断面，拱顶下沉量测主要用于确认围岩的 稳定性，及时掌握隧道整体的稳定情况。在每个量测断面的拱顶中心及两侧 埋设收敛预埋钩。测点布设见图3-1和图3-2。量测方法：(1)接触观测法(高精度水准仪)假定标尺基准点的高程为么，第一次读数后视点读数为i前视点读数 为汉

13、，第二次读数后视点读数为爲，前视点读数为及。第一次拱顶高程=+第二次拱顶高程=+拱顶位移值ah = h x - h : 5*2计算结果：若/>()，则拱顶下沉；若/()，则拱顶上移。(2)非接触观测法(全站仪)在特殊施工工法和地段，可采用非接触量测方法作为接触量测方法的补 充。与景测周围位移的原理相同。在用全站仪做现场景测时，全站仪视准轴 的仰角应保持在30°60°，前视点和后视点的距离应保持在50100m。3.2.4浅埋段地表沉降使用设备：精密水准仪、水准尺、全站仪（校核水准点）基点布设：埋设在隧道开挖纵横向各（35）倍洞径外的区域，埋设2个基点，以 便互相校核，参

14、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。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），测点一般采用巾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。基点及测点布设见图3-3。量测方法：用高精度全站仪或水准仪进行观测。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 一时问内进行观测。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

15、77;0. 5mmo测设仪器.采用4点式多点位移计来监测，考虑现场的测量条件，拱顶测点采用钢 弦式四点位移计（1.5米、2.0米、2. 5米、3.0米），边墙测点采用机械式四点位移计分别为（0.9米、1.8米、2. 7米、3. 5米）。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、边墙），每 个断面布设5组测点。测点布设见图3-4。例围岩内部位移锚杆轴力围岩压力及两层间压力量r支护及衬砌应力量钢架内力及所承受的荷载图3-4选测项s监控量测测点布置示意图3.2.6锚杆轴力量测锚杆轴力景测采用传感器组成景测锚杆来实现。将锚杆按设计进行安装 和注浆，记下传感器型号，并将传感器编号，用

16、热缩管或透明胶布将写在纸 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。测点布设见图3-4。3.2.7围岩压力及两层支护间压力量测压力盒布设在围岩与初期支护之间，即测得围岩压力；压力盒布设在初 期支护与二次衬砌之间，即得两层支护间压力。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。每个断面布设5个 测点。测点布设见图3-4。3.2.8支护及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

17、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。测点布设：应把测点布设在具存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。每个断面布设5个 测点。测点布设见图3-4。3.2.9钢架内力及所承受的荷载量测每榀钢拱架布设钢筋计，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。测点布设见图3

18、-4。根据钢筋计的频率一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，并将各点连接形成隧道钢拱架轴力及弯矩分布图。3.2.10围岩弹性波速度测试岩体弹性波速度测试，是借助于对岩体（岩石）施加动荷载，激发弹性 波在介质中的传播，来研宄岩体（岩石）的物理力学性质及其构造特征，一 般用波速、波幅、频谱等参数进行表征。岩体虽非理想弹性介质，但如果作 用应力小且持续时间短，所产生的质点位移量也非常小，一般不超过其弹性 变形范围。在这种特定条件下，则可把岩体视

19、为弹性介质，这是用弹性波法 对岩体进行测试的基础。目前在声测指标中应用较普遍的是纵波速度，次之 为横波速度和波幅变化的观测。在岩体中，波的传播速度与岩体的密度及弹 性常数有关，受岩体结构构造、地下水、应力状态的影响，一般说来有如下 规律：岩体风化、破碎、结构面发育则波速低衰减快，频谱复杂；岩体 充水或应力增加则波速增高，衰减减少，频谱简化；岩体不均匀性和各向 异性使波速与频谱的变化也相应地表现出不均一性和各向异性。利用上述原理，在岩体中造成一小扰动，根据所得的弹性波(声波)在 岩体中的传播特性与正常情况相比，即可判定岩体受力后的形态。3、监测断面布置及监测频率(1) 、必测项主要为洞内外观察、

20、地表下沉量测、周边位移量测、 拱顶下沉景测。洞内外观察每次爆破后进行，一般按35m描述一次；地表 下沉量测每5100m个断面，每断面至少11个测点，每个隧道至少两个断 面；周边位移量测和拱顶下沉量测一般布置在同一断面，监测断面布设间距 为：隧道洞口段的周边位移量测、拱顶下沉量测每隔550m埋设一个监测断 面，其中i、ii、iii级围岩为3050m; iv、v级围岩为530m;围岩变化 处适当加密，在各类围岩的起始地段增设12对，当发生较大涌水时，v、 iv、iii级围岩量测断面的间距缩小至510m，具体可根据现场地质情况进行 调整。(2) 、选测项目：围岩内部位移量测(洞内外设点)、围岩压力及

21、两层 支护问压力量测、支护及衬砌应力量测、钢架内力及所承受的荷载量测项目 布置在同一断面，断面布置原则上111、iv、v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。断面测点布置好后即可通过各种监控量测仪表进行数据的采集工作。现 场数据采集工作应有两名专职人员负责，测取的读数记录在预先设计好的原 始记录表中，毎个数据至少测读两次，同吋记录下当吋的施工情况，还要监 控景测断面距掌子面的距离，及本次监控量测的具体日期和时间，最后原始 记录表中要有两名测试人员的签名。毎次采集回的数据，测试人员要立即交 数据处理员输入计算机进行初步分析处理。为；r满足分析数据的需要，参考 相关

22、规范中的要求，采集数据的频率如下表3-2,综合表3-2、3-3、3-4来确定净空位移和拱顶下沉的量测频率时，取量测频率较大的为准。表3-2:据采集频率表测试项目序号项测量率频测监天511- 月个ix-天16月个3-ix后以月个3必测项目11察观外内同*7行进后成完做施构结护支破爆次每2测量移位边周天/次2-11天/2112月/次23测量沉下顶拱天2-1x天/211周234测量沉下2b)表osh地<天似妖周2 / /次次1x 1x ix, , ,时时时 b b b2 5 5v v > 后后后而而而祈祈祈hltllhltllmmo1=狈狈狈量量量距距距而而而挖挖挖开开开选测项a5测量沉

23、lz下2b表0>bhl zl天似妖周 2 / /次次11 lx 1 49 ， ，时时时 b b b2 5 5v v >后后后 %-h %-h面曲曲 所祈祈、2"一 mnu1* -nw 1>狈狈狈 量量量 距距距 面曲曲 挖挖挖 开开开6地zl测量移位部>内点岩设围表天似妖周2 / /次次t-x1x 寸寸寸dm dm dm b b b2 5 5v v > 后后后面面面折折祈uhj uhj _>量量量距距距面面面挖挖挖开幵开7洞zl测量移位部内点岩设围内天/次11天/2w周/次2月/次38力轴杆锚天11天/211周/次2月9司支层两及力测压量岩力围压天

24、ix天/211/mj2月/次310测量力应砌衬及护支天/次11天/2周/次239 4荷的受承所及力内测架量钢载天/次ix天/2ix周/次2月/次3试测波性弹岩围测量置设段地性表代有二在表3-3 净空位移和拱顶下沉的的量测频率（按位移速度）位移速度（nun/天）量测频率彡52次/天151次/天0. 511次/2天0.2 0.51次/3天<0.21次/周表3-4净空位移和拱顶下沉的的量测频率（按距幵挖面距离）量测断面距开挖面距离量测频率（01） b2次/天（1 2） b1次/天（25） b1次/3天>5b1次/周4监控量测信息反馈根据景测情况，在施工现场及时将景测信息反馈到施工过程中去

25、，以指 导现场施工。在复杂的隧道施工条件下，如何进行准确的信息反馈是本项研究的主要 内容之一。信息反馈综合分析可以通过以下途径来实现：（1）力学计算法支护系统是确保隧道施工安全与进度的关键。可以通过力学计算来调整 和确定支护系统。力学计算所需的输入数据则根据现场量测数据来推算。（2）经验法此法也是建立在现场量测的基础之上的；其核心是根据经验建立一些判 断标准来直接根据量测结果或回归分析数据来判断围岩的稳定性和支护系 统的工作状态。在施工监测过程中，数据“异常”现象的出现可以作为调整 支护参数和采取相应的施工技术措施的依据。何为“异常”，这就需要针对 不同的工程条件（例如围岩地层、埋深、隧道断面

26、、支护、施工方法等）建立 一些根据量测数据对围岩稳定性和支护系统的工作条件进行判断的准则，根 据围岩（或浄空变化）量值或预计最终位移值与位移临界值对比来判断。位 移临界值的确定需根据具体工程具体确定。预测最大位移值不大于下表所列 极限相对位移值的2/3,可以认为初期支护己达到基本稳定（表3-5）表3-5初期支护极限相对位移（）围岩级别埋深（m）5050 300300500拱脚水平相对浄空变化v0. 2 0. 50.4 2.01.8 3.0iv0. 1 0. 30.2 0.80.7 1.2iii0. 030. 10. 080. 40.3 0.6拱顶相对下沉v0. 080. 160. 14 1.

27、100.8 1.4iv0. 060. 10. 080. 40.3 0.8iii0. 03-0. 060. 04-0. 150. 120. 3根据位移变化速率来判断：当拱脚水平相对净空变化速度大于1020mm/d时，表明围岩处于急剧变 形状态；当变化速度小于0. 2mm/d时，可以认为围岩达到基本稳定（浅埋段 不适用）。根据位移-时间曲线来判断：根据现场量测的位移-时间曲线进行如下判断：当£<0,说明变形速率不断下降，位移趋于稳定； dt2当4 = 0,变形速率保持不变，经发出警告，应及时加强支护系统； dt1当>0,表示已进入危险状态，须立即停工，并尽快采取存效的工 dt

28、2程措施进行加固补强。这样，根据量测结果就可以按下表所列变形等级来指导施工（表3-6）。表3-6围岩变形管理等级管理等级管理位移施工状态iiiu<uo/3可正常施工iiu0/3u2 uo/3应加强支护iu>2 uo/3应采取特殊措施注：u为实测位移值；u。为最大允许位移值。二衬施作则应在满足下列要求时进行：(1) 各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；(2) 已产生的各项位移已达预计总位移量的80%90%;(3) 周边位移速率小于0. 10. 2腿/cl，或拱顶下沉速率小于0. 070.15mm/d。监测警戒值也可由设计单位提出，经有关单位认可后执行。根据中华人 民共和国行业

29、标准：公路隧道施工技术规范(jtgf60-2009)规定，隧道 周边最大允许相对位移(指实测位移值于两测点间距离之比，或拱顶位移实 测值与隧道宽度之比)为0.20%0.80%，在隧道开挖过程中，若发现量测到 的位移总量超过该值，或者根据匕测位移预计最终位移将超过该值，则意味 着围岩不稳定，支护系统必须加强。5、监控量测成果应用(1)由监控量测数据处理结果、科学组织施工 由掌子面地质素描图可分析判断围岩变化趋势，可判断前方未开挖岩 性的好坏，初期支护是否应紧跟幵挖面，指导施工工序从而确保施工安全。 由收敛量测成果，可分析初期支护是否已稳定，是否具备做二次衬砌 的条件，由位移所剑速度确定围岩稳定时

30、间，当收剑速度v<0. 10.2mm/ 天时，认为围岩己基本稳定，达到施作二次支护的条件，可以施工二次衬砌。 同吋由实测的位移值调整开挖吋的预留变形量，保证施工的科学性和合理 性。 巾地表下沉量测成果分析，如果曲线正常，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，说明地表下沉出现骤增加现象，表明岩和支护己呈不稳状况，应立即采取措施。 综合分析围岩内部位移、围岩接触压力、钢支撑内力、二衬砼内力， 判断结构的受力情况，验证原设计的支护参数是否能满足安全，确保二次衬 砌受力符合设计，不承受由围岩变形而产生的额外荷载，为动态优化设计提 供依据。(2) 检核设计是否满足强度要求和是否

31、经济由量测位移值和隧道力学有关公式，反算位移汉与支护阻力a和塑性区 半径的关系即仏一a pfr0,由反算的a即塑性区半径，可确定出锚杆长 度，然后与设计的支护参数相比，从而检核设计。(3) 为围岩变更提岀科学现证依据 地质和支护状况观察收集的施工实际地质资料与设计的地质资料相 对比，若不相符，实际地质描述资料将是提供施工变更设计不可缺少的重要 资料。 由现场量测的位移与设计的允许位移值相比，若不相符，现场量测的 结果将为施工变更设计提供定量的数据资料依据。 由隧道力学的相关理论可知，由现场景测的位移值，反算围岩的有关 的岩性参数，从而确定围岩类别，即么(垂直)、sh (水平)->v3y=a-e(弹性模量)一确定围岩类别：拱顶位移：ss = (1+u) x a x ffyl + a +