完整版隧道监测方案设计

1、8隧道监测方案设计8.1隧道监控量测的目的大宵山一号隧道采用新奥法施工,该施工方法的特点之一是注重现场监控量测,既要允许围岩产生一定的变形,乂要预防围岩产生过大的变形, 并利用检测结果及时补充设计和指导施工.隧道检测的目的如下：(1) 掌握围岩动态,了解支护结构在不同情形下的受力状态,并对围 岩的稳定性作出评价；(2) 验证支护结构型式、支护参数的合理性,评价支护结构、施工方 法的合理性和平安性；(3) 优化施工组织设计,指导现场施工,保证隧道施工的平安和工程 工程的经济、社会、环境效益；(4) 为节省工程投资,提升隧道的设计和施工水平提供科学依据和技 术保证.8.2隧道监控量测的内容为及时提

2、供施工所需的围岩稳定程度和支护结构的受力状态,保证施 工平安和提升施工效率,根据公路隧道设计标准,将施工监控量测分为必 测工程和选测工程.(1) 必测工程：必测工程包括围岩地质和支护状况观察、拱顶下沉量 测、周边收敛位移量测和地表沉降观测等.这类量测是为了保证在施工过 程中围岩稳定和施工平安.量测密度大,工作量大,量测信息直观可靠, 贯穿在整个施工过程中.(2) 选测工程：选测工程包括围岩内部位移量测、锚杆轴力量测、围 岩与喷射混凝土间接触压力量测、喷射混凝土与二次衬砌间接触压力量测、 喷射混凝土内应力量测、二次衬砌内应力量测、钢支撑内力量测、衬砌裂 缝及外表应力量测.这类量测是对必测工程的扩

3、展和补充,对特殊地段或 有代表性的地段进行量测,以便更深入的掌握围岩稳定状态与支护效果.选择工程安装埋设比较麻烦,量测工程较多、时间长、费用较大、但工程 竣工后还可以进行长期观测.8.3隧道监控量测方法8.3.1围岩地质和支护状况观察所谓隧道工程地质和支护状况观察,就是通过观察实际揭露的隧道掌 子面地质情况,掌握隧道的实际围岩状态,分析隧道掌子面的稳定状态, 预测前方隧道围岩情况,并提出必要的预警；通过观察隧道洞内初期支护 的状态,及时发现各种异常现象并进行观察,评价初期支护的稳定性.(1) 观察方法隧道掌子面的地质情况采用目测、地质罗盘和锤击检查进行观测,及 时绘制掌子面地质素描,记录围岩的

4、岩性、产状等详细特征,断层.破碎 带等不良地质特征,地下水的水量.压力等特征,填写掌子面地质观察记 录.隧道初期支护状况采用目测观察为主,对初期支护中的喷射混凝土、 钢支撑,锚杆出现的外鼓、裂缝、扭曲等异常现象,进行跟踪观测并做好 原始记录.观测中,如果发现异常现象,要详细记录发现的时间、距开挖 工作面的距离以及附近测点的各项量测数据.(2) 观察频率隧道工程地质和支护状况观察应在隧道开挖及初期支护后进行,每次 开挖后需进行掌子面地质情况观察,每个监测断面应绘制隧道开挖工作面 及素描剖面图.8.3.2周边收敛位移量测隧道周边或结构物内部净空尺寸的变化,通常称为收敛位移.隧道周 边收敛位移量测其

5、实是一种相对位移量测.(1)测点和测线布置隧道收敛位移的量测测点原那么上应布置在同一断面上,两个测点之间 的连线为量测基线,即测线.在本设计中,测线选择 2条.在公路隧道中,一般沿着隧道周边的拱顶、拱腰和边墙部位分别埋设 测桩作为测点,测桩为带挂钩的预埋件,埋设方法为：埋设前先用小型钻 机在待测部位成孔,然后将测桩放入,用快凝水泥或早强锚固剂固定,测 桩头需设保护罩.测点和测线布置示意图如图 8.1所示收敛测点.拱顶下沉测点21 拱顶下沉测线收敛测点/声JF隧道中线r周边收敛测线/ f收敛测点i-1/I1独i一一_ _S图8.1隧道周边收敛位移测点及测线布置示意图(2)量测断面间距隧道收敛位移

6、的量测断面间距根据表8.1确定：表8.1隧道收敛位移量测断面间距取值范围围岩级别V级W级m级断面间距5-10m10-20m20-30m(3)量测频率隧道收敛位移的量测频率取值根据表8.2确定:表8.2隧道收敛位移量测频率取值范围按开挖后时间1-15d16-30d31-90d> 90d按与开挖面距离v 2B(2-5) B(5-10) B> 10B按变形速率> 1.0mm/d0.5-1.0mm/d0.1-0.5mm/dv 0.1mm/d量测频率1-3 次 /d1 次 /2d1-2 次/w1-3 次/m注：B为隧道跨度,d为天,w为周,m为月8.3.3拱顶下沉量测(1)测点布置、量

7、测断面间距、量测频率隧道拱顶下沉测点和收敛位移测点布置在同一断面上,以方便进行数 据分析.拱顶下沉测点埋设在拱部围岩和支护结构外表上,每个断面上布 置3个测点,测点和测线布置示意图如图8.1所示.其量测断面间距、量测 频率的取值范围与收敛位移量测相同,分别见表 8.1和表8.2.8.3.4地表沉降观测在隧道洞口浅埋地段,应进行地表沉降观测.(1)断面和测点布置地表沉降观测的断面及测点按表 8.3进行布置.表8.3地表沉降测点布置覆土厚度H与隧道跨度B的关系3B> H>2B2B> H> BHv B纵向测点间距15-25m10-15m5-10m横断面间距30-50m20-3

8、0m15-20m每个断面布置7-15个点,测点按隧道中线两侧在3倍隧道跨度范围布置(2)观测频率地表沉降观测的量测频率根据表8.4进行取值表8.3地表沉降观测频率取值范围开挖面距地表观测断面距离v 2B2B-5B> 5B量测频率1-2 次/d1 次 /(2-3) d1-2 次/w8.3.5围岩内部位移量测围岩内部位移量测,就是观测围岩外表、内部各测点间的相对位移值, 它能较好地反映出围岩受力的稳定状态,岩体扰动与松动范围.(1)断面和测点布置在每一级围岩段选择埋深最大的截面作为量测断面.对丁公路隧道,一般可沿隧道围岩周边分别在拱顶、拱腰和边墙共打5个测孔.位移量测布置示意图如图8.2所示

9、：图8.2围岩内部位移量测布置示意图-4321(2)量测频率隧道围岩内部位移的量测频率根据表8.5进行取值表8.5隧道围岩内部位移量测频率取值范围开挖后时间1-15d16-30d31-90d> 90d量测频率1-2 次 /d1 次 /2d1-2 次 /w1-3 次 /m8.3.6锚杆轴力量测为监测锚杆的受力大小,充分了解锚杆的工作状态,对锚杆轴力进行量测.掌握了锚杆轴力及其应力分布状态,再配合围岩内部位移的量测结果,就可以优化锚杆长度及根数,同时还可以掌握围岩内应力重分布过程.(1)断面和测点布置在每一级围岩段选择埋深最大的截面作为量测断面,每一监测断面选取5根量测锚杆,分别布置在拱顶中

10、央,拱腰及边墙处,每一量测锚杆设置4个测点.锚杆轴力量测布置示意图如图 8.3所示：(2)量测频率锚杆轴力的量测频率根据表8.6进行取值.表8.6锚杆轴力量测频率取值范围埋设后时间1-15d16-30d31-90d> 90d量测频率1-2 次 /d1 次 /2d1次/w1次/m8.3.7围岩与支护间接触压力量测在围岩与初期支护(喷射混凝土)之间埋设压力计,用以量测围岩与 初期支护间的接触压力,即围岩压力.在初期支护与二次衬砌之间埋设压 力计,用以量测初期支护与二次衬砌间的接触压力.(1)断面、测点布置及量测频率量测断面的选择、测点布置以及量测频率均与锚杆轴力量测相同.8.3.8喷射混凝土

11、层应力、应变量测(1)断面和测点布置在每一级围岩段选择埋深最大的截面作为量测断面,每一量测断面应 沿隧道的拱顶、拱腰及边墙布设 5个测点,通过混凝土喷层应力计,测出 每个测点的环向应力和切向应力.围岩初喷以后,在初喷面上将喷层应力 计固定,再复喷,将喷层应力计全部覆盖并使应力计居丁喷层的中央,方 向为切向.喷射混凝土到达初凝时开始读测取读数.测量喷射混凝土层的 应变采用应变砖量测法.量测断面的测点布置位置示意图如图8.4所示:图8.4喷射混凝土层测点布置示意图8.3.9二次衬砌应力、应变量测(1)断面和测点布置在每一级围岩段选择埋深最大的截面作为量测断面,监测元件的布置 位置与混凝土喷层应力计

12、布置位置相同,见图 8.4.8.3.10钢支撑应力、应变量测(1)断面和测点布置在每一级围岩段选择埋深最大的截面作为量测断面,监测元件的布置 位置与混凝土喷层应力计布置位置相同,见图 8.4.8.4监测数据的分析8.4.1位移量测数据的分析(1) 极限相对位移值极限相对位移值(U0)是指拱顶下沉的最大值相对隧道高度的白分比 或水平净空变化最大值相对隧道开挖宽度的白分比.极限相对位移值主要 用丁判断量测数据的可靠性、确定初期支护的稳定性、判断监控量测的结 束时间等.大宵山一号隧道跨度B=12.14m,对丁跨度大丁 12m的隧道,目前还没 有统一的位移判定基准,应在施工中通过实测资料积累经验.(2

13、) 允许相对位移值隧道初期支护允许相对位移值根据测点距开挖面的距离,并通过初期支护极限相对位移按表8.7确定：表8.7隧道初期支护允许相对位移类别距开挖面1B (U1B)距开挖面2B (U2B)距开挖面较远允许值65%U090%U0100%U0(3)围岩变形等级治理隧道监控量测的主要目的就是保证施工的平安,因此,对监控量测实 施三级治理.a. 通过允许相对位移值治理通过允许相对位移值来进行围岩等级治理,见表8.8:表8.8围岩位移等级治理a等级治理距开挖面1B距开挖面2B采取举措m级U < Uib/3U v U2b/3可减少监测频率,继续施工级Uib/3< U < 2Uib/

14、3U2b/3< U < 2U2b/3增强监测频率,增强支护举措I级U > 2U ib/3U > 2U2b/3增强监测频率,暂停掘进施工注：U为实测位移值.b. 通过位移速度变化率治理通过位移速度变化率来进行围岩等级治理,见表8.9:表8.9围岩位移等级治理b等级治理位移速度采取举措m级不断下降可减少监测频率,继续施工级保持不变增强监测频率,增强支护举措I级不断上升增强监测频率,暂停掘进施工(4)量测结束时间确实定当以下条件同时满足时,可以结束某一断面的监控量测：a. 测点距开挖面距离不大丁 5B;b. 当净空变化速度小丁 0.2mm/d,拱顶下沉速度小丁 0.15mm/

15、d,且持 续时间不少丁 15do8.4.2受力量测数据的分析a.锚杆轴力量测的分析根据隧道工程的实际调查,可以发现： 同一断面内,锚杆轴力最大值大多发生在拱部45.附近到起拱线之间的锚杆； 拱顶锚杆,不管净空位移值大小,出现压力的情况是较多的情况； 锚杆轴力超过屈服强度时,水平净空位移值一般都超过50mm.当锚杆轴力大丁锚杆屈服强度时,可增加锚杆数量或增大锚杆直径以降低锚杆应力,也可直接采用高强度锚杆b. 围岩压力量测的分析围岩压力大,说明初期支护受力大,这可能有两种情况： 围岩压力大但围岩变形量不大,说明支护时机选择不当,尤其是仰 拱的封底时间过早,此时应延迟支护和仰拱封底时机,让围岩应力得到较 大的释放； 围岩压力大,围岩变形量也很大,此时应增强支护,限制