天恒山隧道优化施工方案(2007年9月28日修改)

1、天恒山隧道优化方案第一章 优化依据及原则第一节 优化依据1.1国道主干线哈尔滨绕城公路东北段（秦家至东风）施工图设计文件。1.2施工现场实际情况。1.3有关工程的劳动力、材料、机械定额。1.4现行的有关设计、施工、验收规范、规程及有关法律、法规。1.5中铁十三局集团第四工程有限公司企业内部有关施工技术管理、工程质量管理、安全生产管理、文明施工管理的规章制度及办法。1.6中铁十三局集团第四工程有限公司质量、环境和职业健康安全三大管理体系质量手册和程序文件。1.7 2007年8月19日“天恒山隧道施工方案专题论证会”会议纪要。1.8 2007年8月28日集团公司天恒山隧道施工方案与管理有关规定。1

2、.9国内浅埋暗挖隧道工程施工的成熟技术、科技成果、施工工艺、方法及同类工程的施工经验。第二节 优化原则2.1工期保障原则根据业主对本标段工程总工期及节点工期要求，科学组织施工，合理配置资源，计划安排周密，使各项分部工程施工衔接有序，资源利用充分，以保证总体施工计划的实现，从而确保总工期。2.2技术可靠性原则施工方案制订遵循技术先进、安全可靠、经济适用相结合的原则。根据本标段工程特点，吸收国内外类似工程施工和管理的成熟技术，结合我单位相关施工的成功经验，选择可靠性高、可操作性强的施工技术方案，确保工程安全、优质、快速建成。2.3经济合理性原则充分考虑了工程的实际需要及我单位相应资源配置，力求方案

3、经济合理，并在施工过程实施动态管理，以使施工方案优化，效率提高，施工成本降低。2.4安全、环保、职业健康原则以确保安全生产、文明施工为原则制订各项措施，严格执行安全操作规程，施工现场全过程处于严密监控状态。以有利生产、方便生活为目标布置施工总平面。第二章 工程概况及特点第一节 工程概况天恒山隧道位于哈尔滨市道外区团结镇、民主乡境内。隧道采用双线分离式设计，上行线长1660米，下行线长1690米，皆位于半径55006700m的平曲线上，纵坡采用人字坡。隧道断面形式为三心圆曲墙式断面，普通断面开挖宽度14.12m，高11.01m，开挖面积125.72m2左右；紧急停车带加宽断面开挖宽度16.83m

4、，高12.06m，开挖面积163.29m2左右。隧道按新奥法设计，超前支护采用大管棚、小导管注浆，初期支护采用喷射钢纤维混凝土、钢拱架、径向锚杆及钢筋网组成的联合支护体系，隧道防排水系统由纵、横向排水管、中心深埋排水管、双层塑料排水板内夹保温层、橡胶止水带等组成，二次衬砌为整体模筑混凝土。本隧道设计紧急停车带两处，长80m，汽车横通道一处、人行横通道四处。隧道围岩全部为第三、四系粘土、亚粘土，围岩级别、级。隧道处构造不发育，隧道围岩受地质构造影响程度轻微。隧道所处地貌单元为岗阜状平原区，呈坡缓、顶平漫港式，隧道覆盖层厚度较薄，一般在30m左右，属浅埋隧道。表1 隧道概况表序号工程名称施工里程工

5、程概况1隧道上行线K88+320K89+980隧道长1660m。其中类围岩段长945m；类围岩段长715m。2隧道下行线K88+325K90+015隧道长1690m。其中类围岩段长 966.8 m；类围岩段长723.2m。第二节 工程地质特性根据天恒山隧道设计钻孔揭露及室内土工试验结果，隧道处岩土主要为亚粘性土，局部见砂层，地基承载力综合评价表显示，5-1、5-2和7-1地层为软可塑状态的软弱夹层，对隧道施工极为不利。表2 未施工段软弱夹层概况地层状态地基承载力分布状况里程51软可塑180拱顶附近(ZK11、ZK12、 ZK13);拱顶以上，厚5m，拱腰以下到拱底，厚5m(ZK28);拱底(Z

6、K32)SK89+442+659（217m ）XK88+750+815（65m ）XK89+300+800（500m ）共计782m52软塑110拱顶以上，厚4m（ZK27）XK88+600+750（150m ）71软可塑165拱顶（ZK8）及上半部拱身、拱腰（ZK6、ZK38）、拱底（ZK10）处均有分布，厚度不一，最大厚度5.4m，该层对隧道影响最大SK88+585+665（80m ）SK88+800+970（170m ）共计250m第三节 工程特点、重点及对策隧道洞身围岩为、类围岩。自稳能力差，易坍塌，且隧道埋深浅，施工过程中隧道防坍塌、冒顶是本工程的施工重点。施工中本着“土变我变、确保

7、安全、优质完成”的原则，遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则，严格按“微三台阶法”及“CRD法”施工原理和施工规范施工，确保工程质量。标准断面标准段采用微三台阶法施工。标准断面中含软弱夹层地段采用“CRD”法施工。隧道大跨加宽洞段标准地层采用“CRD”法、软弱夹层段采取管棚+“CRD”法。第三章 施工工艺和施工技术第一节 微三台阶法1.1 适用范围针对天恒山隧道工程不同地质情况，微三台阶法适用于标准断面标准段的施工。1.2 施工工艺流程施工中严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则，微台阶开挖包含上部弧形导坑开挖并施作拱部初期支护，再左右错位

8、开挖下台阶并及施作边墙初期支护；及时施作仰拱混凝土，尽早封闭成环。其施工工艺流程如图1所示。图1 微三台阶法施工工艺流程图1.3微三台阶法施工工序微三台阶法施工工序见图2 1.4施工方法 超前支护。利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。设计为超前小导管，钢管直径为50mm，长5.0m，间距3040cm，外插角1020，首尾相接长度不少于1.0m。采用水泥水玻璃双液注浆，水泥水玻璃体积比1：1，采用325普通硅酸盐水泥，水灰比1：1，水玻璃浓度为2530波美度，注浆压力0.55MPa。 上台阶开挖，预留核心土。开挖部时采用人工风镐配合挖掘机开挖，在开挖时沿轮廓线预留50cm土体，人工采用风镐沿

9、轮廓线进行开挖，避免由于挖掘机开挖时对土体的振动太大，造成土体塌方，形成超挖。同时，拱脚处至少留深20cm土用人工开挖，严禁拱脚超挖，拱脚采用404020cm方木垫实，防止因拱脚原状土被破坏或承载力不足而造成支护下沉。开挖时采用每次进尺0.50.75m。 上台阶支护。在开挖后初喷4cm厚C25钢纤维混凝土对开挖面进行封闭，以免孔隙水从断面处渗出，而使土体失稳。然后架设型钢拱架，相邻两榀工字钢之间纵向采用22连接钢筋在工字钢内外缘交错连接，环向间距80cm。布设钢筋网时随初喷混凝土表面起伏铺设，8钢筋网格间距为20cm20cm，钢筋网片必须严格按设计要求先在洞外定型加工，且每片加工面积不宜小于1

10、，然后在洞内安装，且相互之间的搭接长度不应小于30d（d为钢筋直径）。同时导管尾端焊接于拱架腹部，以增强共同支护作用。拱架与开挖轮廓之间的所有间隙用25号砼喷射充填密实，先喷拱架与轮廓之间空隙，再喷拱架，然后再喷拱架之间，直至喷到规定的厚度。 下台阶交错开挖支护。首先通过在上台阶的钢拱的拱脚打锁脚锚管，以防止拱架及围岩变形与下沉。每侧拱脚设置4根锁脚锚管，锚管长度5m，钻进后进行注浆，通过钢筋与型钢拱架焊接，以便整体受力。在上台阶初期支护稳定的条件下，开始交错开挖部（错开距离12m）。部开挖左右错开，开挖长度以能支立一榀为准（根据不同围岩级别为0. 50.75m）。边墙的型钢钢架应与拱部钢架上

11、下对正，并用螺栓连接牢固。钢架支立完成后进行钢筋网、锁脚锚管和喷射混凝土施工。 核心土开挖。根据现场机械施工要求，适时挖除核心土，但必须保证核心土的长度。 仰拱开挖及支护。仰拱开挖采用全幅施工，上面铺设仰拱栈桥，开挖长度控制在1.5m，在仰拱开挖完成后挖除中央排水沟位置土体，进行中心水沟施工，然后安装仰拱拱架并喷射混凝土达到设计厚度，使初期支护成环。 仰拱混凝土、仰拱回填和混凝土基层施工。当仰拱初期支护连续有3.0m长时，开始在仰拱初期支护上面安装仰拱钢筋，施作仰拱、仰拱保温层和仰拱回填。1.5 施工控制要点 由于围岩自稳能力差，开挖时采用人工风镐开挖为主，机械开挖为辅，在开挖时指挥手控制挖掘

12、机开挖深度，保证掌子面平齐，防止出现悬空，为便于作业，开挖长度可增加20cm。 开挖时减少挖掘机对隧道边沿的开挖，采用人工风镐对隧道周边进行修整，当风镐开挖有超挖掉块现象时采用镐头修整轮廓线。 核心土长度控制在3.0m以上，核心土必须保证其长度和宽度，上台阶核心土上口宽度不小于6.0m，下口宽度不小于7.5m，下台阶核心土上口宽度不小于4.2m，下口宽度不小于7m，为发挥机械施工功效和便于安装拱部钢架，上台阶核心土高度为2.0m，核心土顶面距拱顶高度2m。7中铁十三局集团第四工程有限公司哈绕城公路D1合同段项目经理部天恒山隧道施工组织设计下台阶在上台阶喷射混凝土达到设计强度70%以上且完成锁脚

13、锚管时开挖。要求仰拱开挖作业全幅整体一次性进行，及时施作仰拱，使初期支护全环钢架及时封闭成环。在施工过程中，为做到各作业面的平行作业，避免窝工，设专人负责各工序的衔接和作业顺序的安排。所有工序施工过程中一定要严格控制施工用水，杜绝水浸泡洞身，同时当土质变化时，及时进行土工实验。仰拱初支封闭到掌子面间距离严格控制在13.5米之内，并尽量缩短。仰拱砼到掌子面间的距离严格控制在16.5米，并尽量缩短。同一断面上台阶开挖到仰拱初支封闭，施作时间严格控制在12天之内，如由于其他原因不能按时封闭时，要施作临时仰拱或支撑。同一断面上台阶开挖到仰拱砼浇筑，施作时间严格控制在15天之内，如由于其他原因不能按时封

14、闭时，要施作临时仰拱或支撑。为减小临时支护段初期支护结构对地基的压力，提高地基的承载能力，对型钢拱架的底部设置404020厘米的木制垫块。1.6 微三台阶法施工工艺劳动力组织表3 微三台阶法每班作业劳动力组织序号作业项目作业内容人数1开挖挖掘机司机1自卸车司机3开挖指挥手1风镐手4轮廓线修整42初期支护钢架安装6喷射手2喷射机上料4搅拌机司机2搅拌机上料1拌和料运输13技术、安全、及测量量测技术员1质检工程师1专职安全员1测量工3监控量测2合计371.7 微三台阶法机械设备配置表4 微三台阶法机械设备配置表序号作业项目机具设备名称规格型号单位数量备注1开挖电动压风机12/20m3台2高压供风双

15、液注浆机KBY30/120台1注浆风镐G10台4风枪YT-28台8超前支护，锁脚锚管挖掘机现代150台1开挖、装碴自卸车20t辆4出碴装载机小松WA470辆12初期支护钢筋切断机QJ401台1钢筋折弯机40台1电焊机BX300台5钢架、锁脚锚管加工焊接电焊机BX400台2搅拌机JS750台2喷砼机台33测量及测量仪器全站仪徕卡台1水准仪台2塔尺个2收敛仪SWJ-台1第二节 CRD法2.1 适用范围标准断面中含软弱夹层地段采用“CRD”法施工。2.2 施工工艺流程CRD法是将隧道分侧分层进行开挖，分部封闭成环。每开挖一部均及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁、安装底部临时仰拱。施工步骤是先超前

16、开挖、支护施工一侧的上部，待初期支护完成且喷射混凝土达到设计强度70%以上时再开挖同侧的下部，然后开挖另一侧的上部，最后开挖另一侧的下部。施工工艺流程如图3所示。右侧导坑拱部超前小导管注浆加固左侧导坑拱部超前小导管注浆加固右侧导坑开挖上半断面、留核心土左侧导坑开挖上半断面、留核心土右侧上导坑拱部初期支护及右侧上导坑临时仰拱支护左侧上导坑拱部初期支护及左侧上导坑中隔墙临时初期支护及临时仰拱支护右侧导坑下半断面开挖左侧导坑下半断面开挖右侧下导坑边墙初期支护左侧下导坑边墙初期支护及左侧下导坑中隔墙临时初期支护右侧下导坑仰拱初期支护左侧下导坑仰拱初期支护图3 CRD法施工工艺流程图2.3 CRD法开挖

17、施工工序先施工部，沿拱部设计开挖轮廓线打入50超前小导管，并注浆加固地层，固结后开挖部土体，采用人工环形留核心土法开挖，上下台阶长度35m。施工中采用人工辅以小型挖掘机开挖，每循环进尺为一个拱架间距，开挖后初喷4cm厚C25钢纤维混凝土对开挖面进行封闭，当掌子面渗水和掉块时立即喷混凝土封闭掌子面，并及时施作拱部初期支护、中隔墙临时初期支护及临时仰拱支护；图4 CRD法施工工序示意图在待部初期支护完成、拱脚锁脚锚管完成（每拱脚4根，长度5.0m）且喷射混凝土达到设计强度70%以上后滞后部35m开挖左侧部，部超前支护和开挖方法同部，开挖后立即喷混凝土封闭掌子面，并初喷4cm厚C25钢纤维混凝土对开

18、挖面进行封闭，并及时施作拱部初期支护和临时仰拱支护； 在部开挖支护35m后采用同样方法开挖下部分部，接长型钢钢架和临时钢架，并设锁脚锚杆,完成整个断面的初支，形成闭合环；根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除临时钢架，灌注仰拱及隧底填充。2.4 CRD法施工控制要点 保持各分部开挖断面和各部的纵向间距，开挖轮廓线要圆顺，以减少出现应力集中现象。每块小断面开挖长度35m，及时设置临时仰拱封闭、步步成环，尽量缩短成环时间，必要时进行掌子面喷射混凝土临时支护。中隔壁设置为弧形临时支护，隧道左右开挖小断面底部临时仰拱保持在同一断面上，各节点的连接一定要对齐，螺栓连接牢固，并及时施作锁脚锚管。必须

19、保证中隔壁和临时仰拱钢架的规格数量和喷射混凝土的厚度，钢架之间纵向连接钢筋及时施作并连接牢固。为减小支护结构对地基的压力，提高地基的承载能力，对型钢拱架的底部设置404020厘米的木制垫块。初期支护稳定后分段拆除中隔壁临时支护，拆除长度应根据变形监控量测信息和仰拱浇筑长度确定（一般为46m）。但一次拆除长度不宜超过15m，并加强拆除过程监控量测。中隔壁混凝土拆除时，要防止对初期支护系统形成大的振动和扰动。可采用风镐由上至下逐榀拆除钢支撑之间的喷射混凝土，以及临时支护与初期支护连接部位附着在钢架上的喷射混凝土，临时钢构件采用气焊烧断。 临时支护拆除后及时施作隧道仰拱和二次衬砌。2.5 CRD法施

20、工作业组织表5 CRD法施工单口作业劳动力组织序号作业项目作业内容人数1开挖风镐手3挖掘机司机1自卸车司机42初期支护钢架安装6超前支护及锚管施工4喷射手2喷射机上料3搅拌机司机2搅拌机上料13技术、安全、及测量量测技术员1质检工程师1专职安全员1测量工3合计322.6机械配套上分部开挖设备采用风镐配合PC60挖掘机，通过预留孔洞将碴土出至下分部；下分部采用PC60挖掘机配合ZLC40侧卸装载机装碴，自卸汽车直接运出洞外。其中：风镐8台，PC60挖掘机2台， ZLC40侧卸装载机1台，自卸汽车6台。第三节 隧道大跨加宽洞段施工施工方法目前暂定为：标准地层采用“CRD”法、软弱夹层段采取管棚+“

21、CRD”法。里程段为：SK88+969.55SK89+012.45（紧急停车带）、SK89+032.65SK89+051.75（车行横通道）XK89+111.127SK89+154.027（紧急停车带）、XK89+071.827SK89+90.927（车行横通道）大跨加宽洞段累计124m。第四节 不同施工方法的转换隧道施工采用微三台阶法和CRD法等施工方法，存在大断面向分部小断面过渡的情况，如：微三台阶法开挖上半断面进入CRD法的分部；也存在小断面向大断面过渡的情况，如：CRD法的分部进入微三台阶法的上半断面的情况。由于隧道开挖尺寸变化很小，大断面向小断面过渡主要是指台阶法向CRD法过渡，其施

22、工难度相对小一些，采取的方法是当上半断面开挖支护到设计位置后，先采用双层锚喷支护封闭端面，并将在断面变化处增设超前支护及环向钢架的方法，加强封端处初期支护，然后直接开挖进入小断面。待下台阶开挖到位后，采用同样方法进入小断面。小断面向大断面过渡，主要是指CRD法分部向微三台阶法的上半断面过渡，施工中将采用渐变方式，利用拱架喷砼逐渐加宽进入到大断面。第五节 隧道施工中二次衬砌的施作鉴于土质性质及隧道变形的特殊性，隧道施工中二次衬砌作业面距开挖掌子面的距离严格控制在60米之内，并尽量缩短，条件允许或紧急情况时尽量紧跟掌子面的施工。第六节 监控量测6.1 现场监控量测的目的天恒山隧道洞身围岩为、级围岩

23、，自稳能力差，极易坍塌，且隧道埋深浅，施工环境十分复杂。为保证施工安全，除采取必要的工程措施外，还必须对其进行监测与反馈工作。6.2 量测项目的确定天恒山隧道工程监测项目的确定、监测断面及测点的布置、仪器设备的选择及元件的埋设方法。主要考虑如下因素： 工程地质和水文地质情况； 隧道的埋深、跨度、结构的类型和施工工艺；设计提供的变形及其它控制值以及安全储备系数等。鉴于上述分析，量测项目如表6所示表6 天恒山隧道工程监控量测项目序号量 测内 容测点埋设时间观察周期和频率量测精度量测仪器量 测元 件1地质和支护状态观察对开挖面的围岩、地下水、支护变形、开裂、下沉、变形等，每次开挖后进行观察2洞内周边

24、位移施筑至设点断面1-15天：1-2次/天；15-30天：1次/2天；1-3个月：1-2次/周；3个月后：1-3次/月0.01mmJss30数字收敛仪3拱顶下沉施筑至设点断面中误差1mm/kmDSZ2水准仪，塔尺4地表沉降开挖面距量测断面10倍孔径时开挖面距测断面大于5倍洞径：1次/周；开挖面距测断面小于5倍洞径：1次/2天；开挖面距测断面小于2倍洞径：1-2次/天；初步稳定后-最终稳定状态：1-2次/周中误差0.5mm/kmDSZ2水准仪，精密水准尺5围岩压力及两层支护间压力根据实际情况选定量测断面后施筑至该选定断面1-15天：1次/天；15-30天：1次/2天；1-3个月：1-2次/周；3

25、个月后：1-3次/月0.2% F.S频率仪XJY4双膜压力盒6钢支撑内力0.2% F.S频率仪XJG2钢筋计说明：1.以上所设定的观测频率为正常情况下的固定频率，当出现异常情况，将根据现场实际情况增加观测频率。2.测点数量及布置参考规范要求和设计图纸，根据现场实际情况和量测的条件布置。6.3 监控量测断面的确定隧道围岩全部为第三、第四系粘土、亚粘土，围岩级别为、级，隧道处构造不发育，隧道围岩受地质构造影响轻微，且整个隧道所处的地貌单元为岗阜状平原区，呈坡缓、顶平漫岗式，隧道覆盖层较薄，一般在30m左右，属浅埋隧道。因此确定位移监测的断面间距标准见表7。表7 位移监测断面围岩级别断面间距（m）1

26、0205106.4 监控量测的方法及测点布置6.4.1 观察6.4.1.1 观察的目的细致的目测观察，对于监视围岩稳定性既省事而作用又很大，它可以获得与围岩稳定状态直接有关的直观信息，应当予以足够的重视。隧道观察的目的是：(1) 预测开挖面前方的地质条件；(2) 为判断围岩、隧道稳定性提供地质依据；(3) 根据喷混凝土层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。6.4.1.2 观察的内容观察内容主要包括工作面地质描述和支护结构的支撑效果。(1) 工作面工程地质和水文地质情况观察和描述包括岩石名称、岩石产状、风化变质情况，断层、层理、节理等结构面的分布、走向、产状及频率，有无偏压或膨胀地

27、压，工作面及毛洞自稳情况，地下水情况及影响等内容，并以表格和素描形式记录。(2) 工作面附近初期支护状态观察和已成洞的支护效果观察包括： 初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况的描述和记录； 有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象； 喷混凝土层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； 有无锚杆和喷混凝土施工质量问题； 钢拱架有无被压屈现象； 是否有底臌现象； 锚固效果，喷层开裂部位、宽度、长度及深度，模筑混凝土衬砌的整体性，防水效果等，以表格和素描形式记录下来。观察中，如有发现异常现象，详细记录发现时间、距开挖面的距离以及附近测点的各项量测数据。6.4.1.3 观察的时间每

28、次隧道开挖后，立即观察情况及有关现象，按要求及时记录整理。6.4.2沉降观测浅埋隧道开挖时会引起地层的沉陷而波及地表，因此对浅埋隧道地表沉降的观测是十分重要的。6.4.2.1 观测目的通过观测了解：(1) 地表沉降的范围以及沉降量的大小；(2) 地表沉降随工作面推进的变化规律；(3) 地表沉降的稳定时间。6.4.2.2 地表沉降观测方法地表沉降观测采用水准仪，其测量精度为1mm。沉降观测首先应布设基准点。本工程根据设计文件、规范、有关资料和现场具体情况，在施工前进行观测基准点的布设。利用先期已经布设的GPS点和导线点在隧道进口、出口附近各布设一个基准点，形成比较系统的水平、垂直位移观测网。基准

29、点布置在远离隧道施工沉降区不小于30m施工影响范围外的稳定面上，且保证相邻点位的通视，布设基准点时可利用设计院的原始基准点。沉降观测一般采用闭合路线或附和路线进行，便于往返较差，也利于基准点稳定性的检测。一般在基准点无破坏、移动的状况下，每3个月至5个月作一次基准点稳定性检测，以保证量测数据的精度要求。利用基准点按设计要求和规范及现场情况在隧道影响范围内布设测点，沿隧道纵向开挖洞室中线每1020m且垂直中线布置沉降观测断面，每个观测断面布置11个测点，测点间距根据洞室间距而定(图6)，横向间距范围为25m，隧道中线附近密些，远离中线处疏些；在洞口浅埋段、围岩地质条件变化段，沿中线每10m设一观

30、测断面，即加密观测。洞内净空收敛和拱顶下沉测点应与其在同一断面。沉降测点用钢钉嵌入地层或在地面标示红油漆点。布设点统一编号，并作初始观测值的测定，做好记录并作备份。沉降观测开始后对每一工程按既定观测频率，用同一编号的观测仪器进行观测。针对布设点的数量、密度及精度要求，本工程采用NA2精密水准仪（配钢尺）对隧道进行现场观测。图5 地表沉降测点布置图6.4.2.3 隧道深部位移监测6.4.2.3.1 埋设部位及里程根据隧道地质条件分析及现场地表踏勘情况，天恒山隧道深部位移观测布设于以下桩号：上行线进口布设一组多点位移计，位移计布设于K88+620.0附近，借用ZK8钻孔，多点位移计深度25.0m，

31、布设5点式位移计；上行线出口布设2-3组多点位移计，位移计布设于K89+148.0、K89+718.0、K89+805.0附近， 借用ZK10、ZK14和ZK16钻孔，多点位移计深度为30.20m、27.50m和29.9m，分别布设5点式多点位移计；下行线出口布设2-3组多点位移计，位移计布设于K89+152.94、K89+718.0、K89+816.0附近， 借用CK10、ZK31和ZK33钻孔，多点位移计深度为35m、27.30m和25.7m，分别布设5点式多点位移计；6.4.2.3.2测试原理图6 钻孔位移计示意图1基准帽 2传递杆 3锚头（测点） 4钻孔隧道深部位移观测，是通过钻孔位移

32、计量测孔壁岩土体不同深度处位移。它不同于隧道围岩收敛观测，后者仅能测到隧道净空收敛变形，前者则能测到洞室围岩内不同深度上轴向变形。因此，根据这些观测资料，可分析判断隧道等地下构筑物围岩位移的变化范围和松弛范围，预测预报围岩稳定性，为修改锚杆支护参数和隧道理论分析提供重要依据。围岩深部位移观测作用主要有：（1）研究围岩的位移变化规律；（2）研究围岩的位移变化范围和松弛范围；（3）研究构造部位特殊位移变化规律性；（4）根据位移量测结果，分层反分析岩体应力场及力学参数；（5）预测预报围岩稳定性，为施工安全服务；（6）根据观测结果，优化设计，修改喷锚支护参数。钻孔位移计量测岩体轴向位移的工作原理是：在

33、钻孔内不同深度的锚头用灌浆或液压锚固的方法与孔壁锚固为一体，当围岩沿钻孔轴线方向发生位移时，其位移量就通过与锚头联接在一起的钢杆（或钢丝）传递到孔口，然后通过数显卡尺量测孔内每一深度处的位移。根据观测目的，测量精度，预计的变形范围等综合考虑，项目组选用6点机械式位移计。在同一钻孔中，设多个锚头（测点），通过相应的位移传递杆，量测各测点（不同孔深处）至孔口间沿钻孔方向上的位移变化。埋设在钻孔内的各测点与钻孔孔壁紧密连接，围岩移动时能带动测点一起移动（如图6所示）。变形前各测点传递杆在孔口的读数为Si0，变形后第n次测量时各点传递杆在孔口的读数为Sin，由此，第i测点在第n次测量时沿钻孔孔壁位移即

34、为DiSinSi0。测量钻孔不同深度围岩的位移，以即测量各点相对于基准点的相对位移。测点位移采用数显卡尺进行测量。6.4.2.3.3钻孔多点位移计安装多点位移计主要用于围岩内部位移观测。为了及早地观测到隧道开挖过程中的总变形，位移计应在隧道开挖之前埋设，仪器埋设前需要预先钻孔，在孔内安放仪器后注浆密实。根据预定位置，逐点安装测点和固定点，1测点安装于隧道拱顶以上0。5m，2测点高出1测点2m，3测点高出2测点4m，4测点高出3测点7m，5测点高出4测点10-20m，以5测点作为测量基准点。仪器安装完毕后对钻孔进行注浆封孔。安装注意事项如下：多点位移计最大外径为60 mm，长25 m，钻孔直径不

35、小于90 mm。钻孔曲线弯曲度应不大于钻孔直径，以避免传递杆（丝）过度弯曲，影响传递效果。孔向偏差应小于3.0，孔深应比最深测点多1.0 m左右，孔口保持稳定平整。多点位移计应在洞室开挖之前埋设，仪器埋设前需要预先钻孔，在孔内安放仪器后灌浆密实。按设计的锚头位置计算测杆长度，准备好相应的测杆和灌浆管。仪器安装从最深的锚头开始，先将一测杆的阳螺纹一端拧紧到锚头端的螺孔中。把一根带螺纹的护管套入测杆，并旋于锚头上，将测杆与灌浆管并列并扎紧，要求灌浆管的长度应接近孔底或至少长出最远锚头1m。在扎紧前，根据灌浆管的长度按每1.5 m一个计算出所需固定支架，然后一起套在灌浆管上。支架两侧用塑料胶带将护管

36、及灌浆管缠紧以便成束向孔中推进并保证相对位置不变。将整束送入孔中之后再接下一节测杆，套上护管并把护管粘接牢固，依次向孔内送进。送到下一锚头位置时，按上述方法装上锚头、测杆和护管，再依次送入孔内。全部锚头和测杆送入孔内后，再安装测头，将测杆从相应的测头导向孔内穿出，旋在相应的传感器上，扭紧锁定螺丝，用水泥砂浆封孔。待水泥砂浆凝固后，进行封孔灌浆，灌浆材料为0.5水灰比的纯水泥浆，灌浆压力不大于0.5 MPa。由于灌浆管的内径为直径16的柔性管，必须一次性灌满，浆体一定要过筛，以防水泥块及其它杂物堵塞灌浆管。10 浆液终凝24小时后打开孔口装置，经检测合格，将电缆引出，然后安装保护罩和孔口保护盖。

37、仪器安装就位后应在地表设置标记，并对测头进行保护，防止公路车辆运行及人为活动对仪器的损害。6.4.2.3.4多点位移计观测观测采用数显卡尺。每次观测前后，在现场应对测量仪器进行检查；长期测量时，应定期进行率定，以保证仪器的测试精度。每次量测数据时，应重复测读二次以上，并取其中二次接近值的平均值作为正式读数，记录在表内；观测间隔时间，安装埋设后30d之内，每天测读l2次；第13个月每2d测读1次；3个月以后，每周测读12次。若设计有特殊要求，则可按设计要求进行。6.4.3 隧道内水平收敛量测6.4.3.1 观测目的(1) 隧道周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直观的反映，量测周边位移可为判断隧道

38、空间的稳定性提供可靠的信息；(2) 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；(3) 指导现场设计与施工。6.4.3.2 观测方法隧道内水平收敛观测点的布置与地表沉降观测点在同一断面上，测点加工时应保证测点与量测仪器连接光滑密贴。埋设时保证测点锚栓与围岩或支护稳固连接，变形一致，并统一编号，做好明显警示标志，防止人为损坏。测点尽量靠近开挖面布置，隧道开挖后，应及时埋设测点，以测得开挖后的变形，离开挖面不得大于2m，在每环初次支护完成24h以内，在下一循环开挖前，记录初次读数，以三次数据的平均值作为初始读数。采用Jss30型数显收敛计进行量测，量测精度为0.01mm。 图7 收敛量测

39、测线布置示意图6.4.4 拱顶下沉量测拱顶下沉观测点与水平净空收敛观测点布设在同一断面内，埋设时保证测点锚栓与围岩或初期支护稳定连接。拱顶下沉量测采用悬挂钢尺法进行，量测示意图见图8。测点尽量靠近开挖面布置，距开挖面不大于2m，在每次初次支护完成后24h以内，在下一开挖循环开始前，初次记录读数，以三次平均值作为初始读数。利用工作基点使用水准测量方法观测，观测精度为1mm。工作基准点设在洞口，应保证基点稳定可靠。图8 拱顶下沉量测示意图6.4.5锚杆轴力观测6.4.5.1锚杆轴力监测的意义、埋设部位及里程浅埋土质隧道中锚杆（包括系统锚杆和局部锚杆，局部锚杆主要为锁脚锚杆）的作用和受力机制是近年来

40、土质隧道争论的焦点问题之一。在天恒山隧道施工中对不同地段土质隧道施工中隧道顶部和锁脚锚杆轴力的观测分析，研究其作用机理，修正和优化锚杆设计参数。锚杆轴力监测以钢筋计作为轴力量测传感器，其方式为：在组合式锚杆中等间距置入3-5个钢筋计，以螺纹拧固方式连接，组成3-5测点式锚杆轴力计。将连接好的锚杆埋入钻孔，并注浆充填。通过钢筋计所测得的轴力大小来反映锚杆的轴力分布和变化情况。锚杆轴力计组合方式见图9：图9 锚杆轴力计（图中所示为6测点）钢筋计为振弦式传感器，其原理为：钢筋计受拉或受压均会引起传感器内的振弦的振动频率发生变化，通过传感器受力大小与振动频率的关系，求得钢筋计所受轴力的大小，其关系式如

41、下： (4-5)其中，轴力值(kN)，正值轴力为拉力，负值为压力；轴力为零时的频率(Hz)；量测频率(Hz)； 传感器标定常数(kN /Hz2)。根据以上确定的研究目标，天恒山隧道锚杆布设里程和位置如下（图10所示）：上行线布设桩号：SK88+560（锁脚和顶部各2）、SK88+620（锁脚和顶部各2）、SK88+700（锁脚和顶部各2）、SK89+20（锁脚和顶部各2）。6.4.5.2埋设方法顶部锚杆应力计图10 锚杆应力计埋设示意图锁脚锚杆应力计锚杆应力计用以实测锚杆不同部位受力情况，同时还与系统锚杆一样可以起到支护的作用，因此，应在原锚杆位置埋设锚杆应力计，并采用与系统锚杆相同的施工工艺

42、进行埋设。天恒山隧道锚杆布设注意事项如下：锚杆应力计由25锚杆和钢弦式传感器组合而成，传感器最大外径为53 mm，钻孔直径约为6070 mm；钻孔方位应符合设计要求，孔弯应小于钻孔半径。钻孔应冲洗干净，并严防孔壁沾油污；安装时，应确保锚杆应力计不产生弯曲，电缆不受损坏，锚杆根部应与孔口平齐；锚杆应力计埋设完成后，将电缆沿洞壁引至边墙。在整个观测期内，应特别注意对电缆的保护，防止因施工及人为等原因造成电缆的损坏；将组装检测合格后的观测锚杆送入钻孔内，引出电缆和排气管，插入灌浆管，用水泥砂浆封闭孔口；安装检查合格后进行灌浆。6.4.5.3锚杆应力计观测安装前测得轴力初始值，注浆24h后测得轴力基准

43、值。在掌子面通过安装点之后到二次衬砌通过时进行观测；掌子面1.0D之间，每天测读l2次；1.0D之后至二次衬砌前每2d测读1次。若设计有特殊要求，则可按设计要求进行。观测采用数显应力振弦仪。每次观测前后，在现场应对测量仪器进行检查；长期测量时，应定期进行率定，以保证仪器的测试精度。6.4.6土压力计观测6.4.6.1土压力监测的意义、埋设部位、里程及埋设方法和注意事项图11 土压力计观测布设示意图隧道构筑物山岩压力的确定和支护结构受力的状况可通过置于围岩和初次支护间的土压力计进行测量，应力的测试采用双膜压力传感器，选择有代表性的断面埋设压力传感器，每个测试断面共布置5个压力传感器，测点布置见图

44、11，埋设时应保证压力盒与围岩密贴，埋设后将压力盒的电缆线引出统一编号，并量测压力盒的初始读数。本项目选择土压力测试压力计为双膜压力传感器，量程为1-3MPa。土压力监测对比明洞回填压力与正常固结土中隧道构筑物山岩压力的分布规律和分布特点，因此，土压力计布设桩号及位置如下：上行线在明洞段（SK88+52-SK88+550）布设3组土压力测试断面。上行线布设桩号：SK88+560附近、SK88+620附近、SK88+700附近、SK89+20附近布设4组土压力测试断面。下行线布设桩号：SK88+560附近、SK88+620附近、SK88+700附近、SK89+20附近布设4组土压力测试断面。埋设

45、方法和注意事项如下：在进行喷射混凝土层施作之前，将喷层应力计固定在待测部位；注意环向喷层应力计与径向喷层应力计的区别；将导线引到利于保护、方便量测的位置；喷砼时应将整个应力计严密包围。6.4.6.2土压力计观测安装前测得压力初始值，喷层封闭后12h后测得基准值。在掌子面通过安装点之后到二次衬砌通过时进行观测；掌子面1.0D之间，每天测读l2次；1.0D之后至二次衬砌前每2d测读1次。若设计有特殊要求，则可按设计要求进行。观测采用数显应力振弦仪。每次观测前后，在现场应对测量仪器进行检查；长期测量时，应定期进行率定，以保证仪器的测试精度。6.4.7喷层应变观测6.4.7.1喷层应变监测的意义、埋设

46、部位、里程及埋设方法和注意事项喷层应变计主要用于监测隧道支护结构的受力性态，为支护结构的优化和围岩支护结构的稳定性评价提供基本资料。根据观测的目的的不同分别采用了环向和径向两种，其仪器见右图所示。喷层应变计工作原理同土压力计基本相同，每个测试断面共布置5个压力传感器，埋设时应保证压力盒垂直于喷层层面并同喷层轴力方向平行，为减小喷层受偏心荷载，喷层布设于喷层厚度中部，埋设后将压力盒的电缆线引出统一编号，并量测压力盒的初始读数。喷层埋设注意事项同土压力计，喷层布设桩号及位置如下：图12 土压力计观测布设示意图上行线布设桩号：SK88+560附近、SK88+620附近、SK88+700附近、SK89+20附近布设4组喷层应变测试断面，布设位置见图12；下行线布设于K89+152.94、K89+718.0、K89+816.0附近，附近布设3组喷层应变测试断面，布设位置见图12；6.4.7.2喷层应变计观测安装前测得压力初始值，喷层封闭后12h后测得基准值。在掌子面通过安装点之后到二次衬砌通过时进行观测；掌子面1.0D之间，每天测读l2次；1.0D之后至二次衬砌前每2d测读1次。若设计有特殊要求，则可按设计要求进行。观测采用数显应力振弦仪。每次观测前后，在现场应对测量仪器进行检查；长期测量时，应定期进行率定，以保证仪器的测试精度。6.5 量测数据的处理与反馈6.5.1