深圳地铁监控量测方案

1、深圳市地铁2201标段监控量测计划书按照深圳市地铁2201标段监控量测项目服务合同，中南大学深圳地铁监 控量测项目组于2007年12月入场，为科学、合理、有序地开展监控工作，项目 组特拟定本指导方案，以确保施工安全和合理。一、监测依据（1）JTJ042-94公路隧道施工技术规范（2）JTG D70-2004公路隧道设计规范（3）GB50026-93 工程测量规范（4）吕康成，隧道工程试验检测技术，人民交通出版社，2000（5）李晓红著，隧道新奥法及其量测技术，2002，科学出版社（6）深圳市地铁二号线施工图设计文件二、隧道监控与超前地质预报的目的与意义自20世纪80年代后期以来，我国的隧道工程

2、大都以新奥法（New Austrian Tunneling Method，缩写为NATM）理论为基本指导原则来进行其结构设计和施工。 新奥法的含义可理解为：隧道形状应受力有利，采用与围岩密贴的锚杆和喷射混 凝土柔性支护结构，在充分发挥围岩自身承载能力的同时，尽量抑制围岩强度的 恶化，依靠现场量测来指导隧道设计和施工。对此，我国的相关隧道设计与施工规范均要求：采用新奥法施工的隧道， 施工时应视其规模、地质条件以及安全合理施工的要求，充分利用现场量测信息 指导施工，即通过对施工中量测的数据和对开挖面的地质观察等进行预测和反 馈。根据已建立的量测管理基准，对隧道的施工方法（包括特殊的辅助施工措施）、

3、 断面开挖步骤及顺序、初期支护的参数等进行合理调整，以保证施工安全、坑道 稳定和支护结构的经济性。其主要施工程序下图1-1所示。在隧道的施工过程中， 使用各种仪器设备和量测元件，对地表沉降、围岩与支护结构的变形、应力、应 变进行量测，据此来判断隧道开挖对地表环境的影响范围和程度、围岩的稳定性 和支护的工作状态，这种工作称为新奥法的现场监控量测。施工监控量测被视为 是新奥法的三大关键环节之一。其目的可归纳为下述三点：1、为设计和修正支护结构形式和参数提供依据进行隧道工程设计时必须依靠工程地质调查和试验来提供必要的依据和信 息，但由于岩土体地质情况千差万别，使得工程地质调查和试验取得的数据很难 正

4、确反映岩体的真实性。所以在施工过程中必须通过围岩与支护支护的变形和应 力的监测结果，对原设计予以修正，或者为重新计算和设计提供依据。2、正确选择开挖方法和支护施作时间通过分析量测数据，可以确定符合具体工程要求和地质条件的施工方法和支 护结构的施作措施，以充分利用围岩自承能力，然后通过量测分析，再确定适宜 的二次支护时间；在侧压力较大的地层中，利用量测数据，以确定最佳的仰拱施 作时间。3、为隧道施工和长期使用提供安全信息通过对围岩稳定性与支护可靠性的量测监控和分析评定，可以发现施工中隐图1-1图1新奥法法玳糅序藏的不安全因素和隧道有可能失稳的区段或局部薄弱的部位，从而及时采取相应 的加固或其它措

5、施。总之，隧道监控量测是为了完善隧道设计，正确地指导施工，以保证隧道工 程的安全性和经济性。深圳市地铁二号线设计和施工的标准均很高，隧道埋深浅，地质条件差，为 确保工程安全、顺利的实施，将施工时对周边环境的影响降低到最小程度，并使 建成的隧道结构经济、安全可靠，因此，在施工过程中进行监控量测是十分重要 和完全必要的。三、项目监测内容及其技术要求1、项目监测内容根据我国地铁施工技术规范、相关行业标准以及地铁施工图设计文件，本项 目监测内容分为必测项目和选测项目两种。（1）必测项目1）隧道通过地段及周边地表下沉量测其目的是及时跟踪隧道通过地段对地铁顶部土体的扰动影响。监测量：地表下沉量。2）隧道周

6、边建筑物下沉量测其目的是掌握隧道的施工对周边岩土体的影响程度，将施工对周边环境的影 响控制到最小。监测量：建筑物下沉量。3）隧道周边建筑物裂缝观测其目的是通过了解隧道周边建筑物的裂缝分布及发展情况，将施工对周边环 境的影响控制到最小。监测量：建筑物表面的裂缝分布；裂缝的发展情况。4）隧道周边收敛位移量测其目的是为判断隧道空间稳定提供可靠信息；根据变形速度判断岩土体稳定 程度，为二次衬砌提供合理支护时机；指导现场设计与施工。监测量：隧道周边收敛量；收敛稳定时间。5）隧道拱顶下沉位移量测其目的是根据拱顶下沉速度判断岩土体稳定程度，为二次衬砌提供合理支护 时机；指导现场设计与施工。监测量：隧道拱顶累

7、计下沉量及下沉稳定时间。（2）选测项目1）锚杆内力量测其目的是了解现场围岩条件下，锚杆的受力状态和变化规律，隧道周边围岩 松动区的大致范围，为优化锚杆设置的类型、数量、间距、长度等参数提供依据。监测量：锚杆内力。2）喷射混凝土的接触压力量测其目的是了解喷射混凝土的受力状态和变化规律，为优化喷射混凝土的厚度 参数提供依据；监测量：应力。3）钢支撑内力量测其目的主要是了解现场围岩条件下，钢支撑所承受垂直与水平荷载的大小， 以及随施工过程的变化规律，为调整初期支护的类型与优化设计提供依据。监测量：应力。4）隧道施工爆破振动影响测试其目的是了解隧道施工过程中爆破掘进对已建隧道支护结构及周边岩土体 稳定

8、性的影响程度，为优化爆破参数，降低爆破对隧道结构及围岩的破坏性影响 提供依据。监测量：质点峰值振动速度。2、项目的技术要求（1）量测数据必须准确可靠。隧道开挖后其变形和应力变化较快，必须根据施工情况快速准确的进行量 测，才能掌握围岩变化的第一手资料，从而为进一步的判断和监控提供准确的资 料，高精度的仪器设备和高素质的专业技术人员是必要的保证。（2）数据处理和预测预报要快速准确。隧道监测的目的是为了保证隧道施工的安全，在隧道施工中根据已有量测信 息，采用回归分析、灰色预测等方法，对围岩的进一步变形和应力发展情况做出 预测预报，可以及时发现隧道施工中隐藏的不安全因素，从而能在有效的时间内 采取加固

9、措施以避免安全事故的发生。（3）监控必须及时有效、落到实处。隧道施工量测的目的是为了监控，在整个隧道施工监控量测中，监控最为关 键，而且监控的难度也远远大于量测。目前国内对量测方面的研究较多，然而， 真正根据量测信息对隧道施工安全进行监控，并进行有效反馈和动态设计、施工 的很少。花费大量人力物力获得的监测数据和信息仅仅限于低水平的应用，起不 到优化设计参数和施工方法的目的。究其原因，在于现场监测人员理论水平低， 无法对大量的数据进行全面综合分析和应用，因此，要达到隧道监控量测的真正 目的，必须有高素质的专业技术人员。1、必测项目（1）隧道通过地段及周边地表下沉量测在隧道通过地段及周边地表测试范

10、围内埋设沉降观测点，用精密水准仪监测 观测点的相对下沉量，并计算出当天的沉降量。该项量测的测点布置如图1-2 所示，该项量测计划每隔20m布置1个断面，每个断面7个测点，间距按照从中图1-2地表沉降测点布置心点往两边分别为3m、5m设置，具体量测时将根据现场实际地质地形情况以及 施工情况进行调整。（2）隧道周边建筑物下沉量测在隧道施工可能影响到的建筑物上选择代表性的点作为沉降观测点，用精密 水准仪监测观测点的相对下沉量，并计算当天的沉降量。（3）隧道周边建筑物裂缝观测由于地铁一般埋深较浅，施工过程中将对周边的地层产生扰动，同时爆破振动也会对周边的建筑物产生不利影响，观察相关建筑物的裂缝分布情况

11、，并用测 缝仪对裂缝发展情况进行观测。隧道拱顶下沉及周边收敛位移量测隧道周边收敛是指隧道周边相对方向两个固定点连线上的相对位移值，它是 隧道开挖所引起围岩变形值最直观的表现，对其量测采用隧道净空变化测定计 (简称收敛计)进行。隧道周边收敛量测的测点和量测基线如图1-3所示。每种围 岩类别各选择若十个比较有代表性的断面布置量测标志，II类围岩洞口段按10m 间距布点，其余地段按15m间距布点，III类围岩按30m间距布点，(注：测点与 基线的布置将视具体施工方案的变化进行修改和调整)。收敛量测测点与拱顶下沉测点布置在同一断面。埋设测点时，先在测点处用人工挖孔或凿岩机开挖孔径为4080mm，深为

12、25mm的孔。在孔中填满水泥沙浆后插入收敛预埋件，尽量使两预埋件轴线在基图1-3隧道洞内收敛基线布置线方向上，并使预埋件销孔轴线处于铅垂位置，上好保护帽，待沙浆凝固后即可 量测。2、选测项目钢支撑内力量测隧道型钢支撑内力量测采用表面应变计进行量测。根据隧道实际情况，每个 断面布4个测点如图1-8所示。具体方法：把表面应变计粘接在钢支撑上，用检测仪测得各点的应变，然后 根据虎克定律转化为钢支撑的内力。此种方法操作简单、安全稳定、使用方便、表面应变计图1-8双洞连拱隧道钢支撑内力量测测点布置图并能多点测量和远距离量测，能长期观测。（2）喷层应力量测喷层应力量测采用喷层应力计进行量测，根据隧道实际情

13、况，每个断面布图1-6双洞连拱隧道喷层应力量测布置图10个测点如图1-6所示。（3）锚杆内力量测支护锚杆在隧道支护系统中占有重要地位，为了解施工锚杆的受力状态及图10双1利连双连拱隧道锚干力力量测布置图大小，需对锚杆采用锚杆应力（应变）计进行监测。根据工程实际情况，选择三 个有代表性的结构断面进行监测，每组监测锚杆数量为5根。隧道测点布置分别 如图1-10所示。（4）爆破振动测试因地铁一般均埋深较浅，隧道左右洞施工过程中爆破对支护结构的影响比较 大，爆破振动测试同时采用两台三通道IDTS3850爆破振动仪对衬砌结构进行测 试，根据实测振动波速及安全规程要求，确定最大装药量，确保隧道结构安全。监

14、测方根据监测大纲确定监测点位置由监测方指导、施工方协助布设 观测点施工人员负责保护观测点，不要磕碰、损坏等不合格监测单位检查 .-合格图11 量测流程示意图3、量测流程图1-11所示为本次监控量测操作程序。五、数据采集、分析及信息反馈1、数据采集任何现场量测都不可避免地存在误差。为得到更为真实、可靠的量测数据， 在监控量测、采集数据时，应尽量减少各种误差,各量测项目数据采集及量测频率见表1-1。首先做到量测、采集数据专人专项负责，以减少随机误差。在使用精密水准仪进行洞内周边收敛位移量测时，通过左右尺读数控 制系统误差。专项量测需制定专项记录表。对于手工记录资料要保存好原始记录表， 对于智能式记

15、录器要及时将量测数据导入电脑，以防丢失。各项数据采集频度与相应量测频度(表1-1所列)同步。2、量测数据的处理与数据分析现场量测数据应及时绘制位移一时间曲线。曲线的时间横座标下应注明施工 工序和开挖工作面距量测断面的距离。在量测数据整理中，选用位移一时间曲线, 当位移一时间曲线趋于平缓时(如图1-13)，应进行数据处理或回归分析，以推 算最终位移值和掌握位移变化规律。采用回归分析时可在下列函数中选用：(2).指数函数，例如：(1 2).对数函数，例如：量测项目地质观察及量测间隔时间必 测 项 目地表沉降量测及建筑 下沉、裂缝观测在隧道开挖工作面距测试断面10m时即开始观测0 20m20 40m

16、40 90m90m12次/天1次/天12次/周13次/月隧道拱顶下沉及周边收敛位移量测爆破后24小时内开始布点测试0 18m18 36m36 90m90m12次/天1次/天1次/2天1次/周选 测 项 目喷层应力量测爆破后24小时内进行布点量测0 18m18 36m36 90m90m12次/天1次/天1次/2天1次/周锚杆内力量测锚杆施作后开始布点测试0 18m18 36m36 90m90m12次/天1次/天1次/2天1次/周型钢支撑内力量测型钢支撑施作后开始布点量测0 18m18 36m36 90m90m12次/天1次/天1次/2天1次/周爆破振动每隔30m 一次测试完成u = a lg(

17、1 + t)( 1 1)表1-1各必测、选测项目的量测频度u = ac -h/t.双曲函数，例如:(1 3)tu =回归常数;a + bt式中a、bt初读数后的时间（d）;u位移值（mm）。3、信息反馈与预测预报在复杂多变的隧道施工条件如何进行准确的信息反馈与可靠的预测预报是本监控量测试验的主要内容之一。迄今为止，信息反馈与预测预报通过两个途径来实现。图1-13量测结果分析示意图时间（d） 正常曲戏反常曲戏（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采用反分析技术根据现场量测数据推算 而得知的如塑性区半径、初始地应力、

18、岩体变形模量、岩体流变参数、二次支护 荷载分布。这些数据是对支护系统进行计算所需要的。关于应力计算，已有专门计算机分析软件供使用。（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，而后根据前述的回归函数可以预测最终的位移值（t = 3 ）：=-1以及也、B dtd 2 udt2来直接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”，这就需针对不同的工程条件（围岩地层，埋深，隧道断面，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

19、则。1）根据极限位移值判断隧道周边任意点的实测相对位移值或用回归分析推算的最终位移值均应小 于表1-2所列数值。该表所列数值是在统计和分析了国内许多隧道的量测数据后 得到的，可作为应用中的依据，同时可根据实测数据的分析进行修正。当位移速度无明显下降，而此时实测相对位移值已接近表中规定的数值，或 者支护混凝土表面已出现明显裂缝时，必须立即采取补强措施，并改变施工方法 或设计参数。表1-2隧道周边允许相对位移值（%）盖层厚度（m）允许相对立移值&S围岩级别300m0.10 0.300.20 0.500.40 1.20w0.15 0.500.40 1.200.80 2.00V0.20 0.800.6

20、0 1.601.00 3.30注：相对位移值系指实测位移值与两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比。脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。2）根据位移速率判断表1-3 围岩稳定性判据工程实践表明：各项位急剧变位缓慢变位基本稳定壬夕；士有甘* 壬刍十白气rt-PrE1收敛位移1.0mm/d1.0 0.2mm/d0.5mm/d0.5 0.1mm/d1.0mm/d1.0 0.2mm/d0.2mm/d值与实测值很接近。从其位移速度与时间关系曲线显示出，位移的发展具有明显 的阶段性。因此，可在实测资料的基础上，依据位移速度将划分为三个阶段，即急剧变位、缓慢变位、基本稳定三个阶段，其围岩稳

21、定性判据如表1-3所示。3）根据位移一时间曲线判断如果位移时态曲线始终保持 土 0 ），表明围岩和支护已呈不稳定状态或危险状态，应加密监 dt 2视，并适当加强支护，必要时应立即停止开挖并进行施工处理。六、工程量监控量测工程量见表1-4。七、拟提交的研究成果表1-4控制测量项目及计划一览表项目名称方法及 工具测点布置量测间隔时间围岩类别线别里程115天16天1个月13个月3个月水平收敛及拱顶下沉量测收敛计，精密水平仪II类中 导 洞k1+090,+100,+115, +130,+145, +2851次/天1次/2天12次/周13次/月III类k1+175,+205,+235, +260,II类

22、上行线k1+090,+100,+115, +130,+145, +285I类k1+175,+205,+235, +260,II类下行线k1+090,+100,+115, +130,+145, +285I类k1+175,+205,+235, +260,各选测项目各种应力应变 计上行线：k1+090,k1+120,k1+2501次/天1次/2天12次/周13次/月上行线： k1+120,k1+250地表沉降 量测精密 水准仪进口端：k1+090, k1+100, k1+115同洞内量测间隔时间相同出口端：k1+260,k1+285在正常施工情况下，每周、月提供一份现场量测报告，该报告包括量测 数据

23、的处理分析结果、隧道与围岩稳定性的评价，各类围岩地段二次衬砌合理施 作时间的建议，以及进一步的施工方案的优化完善等。根据量测资料，当发生变形异常时，及时以书面报告形式通知施工单位 调整或加强支护措施，保证施工的安全。在围岩类别发生变化及地质条件发生突变情况时，应施工单位的要求， 及时提供相关监控量测与初步计算分析报告。整个监测项目完成后，提供项目总报告，对量测数据进行总体分析，总结其中的规律。八、项目目标及进度安排1、项目目标（1）根据量测信息，对隧道施工过程中可能出现的险情进行预测预报，确 保隧道工程的安全、顺利施工。（2）通过量测数据分析，确定适宜的二次支护时间，在侧压力较大的地层 中，利

24、用量测数据，确定最佳的仰拱施作时间，以充分利用围岩自承能力，保证 隧道的长期稳定。（3）通过量测数据的信息反馈，确定符合具体工程要求和地质条件的最佳 施工方法和支护结构的施作措施。（4）根据量测数据的信息反馈，对原设计的支护参数予以修正和优化，以 在保证隧道安全的基础上降低工程造价。2、量测进度安排项目启动后，项目进度将与合同段各隧道施工进度同步；根据项目施工进度 和工程实际情况，控制监控量测进度。在具体监测中，视现场实际情况，尽量在隧道开挖后12小时内布置测点并 进行初次量测。项目组图1-14项目量测管理的示意图九、项目管理与工程质量保证措施1、项目管理体系隧道施工现场监控量测，要按照量测计

25、划认真组织实施，并且与其他施工环节紧密配合，不能中断工作。特别是各预埋测点应当牢固可靠，并且要易于识别和妥善保护，不注：各量测断面位置（里程）可根据现场施工情况进行调整。得任意拆除和人为破坏。监测过程中，按照技术专长，分成三个监控量测小组，分别负责不同内容的监测、分析和监测数据的反馈及对设计和施工提出合理的建议。项目量测管理的示意如图1-14。项目启动，项目进度将与合同段各隧道施工同步；根据项目进度和工程实际 情况，控制监控量测进度。隧道施工监控量测工作的注意事项为：（1）确保量测仪器具有良好使用状态。（2）现场测试前要检查仪器准备数量、质量，检查设备是否完好，如发现 问题应当及时修理、更换或

26、补充，检查测点是否松动或人为破坏，确认测点状态 良好时方可进行测试。（3）测试工作中的基本要求1）按照各项量测的操作规程安装好仪器、仪表，每测点一般测读3次，3 次读数相差不大时，可取算术平均值；如果读数相差过大，应当检查仪器、仪表 安装是否正确，测点是否松动，当确定无误后再进行测试。2）每次测试都要做好记录，并且记录环境温度、掘进里程及其施工情况等， 保持原始记录的准确性。3）在现场进行初步计算，发现围岩与支护变形较大时，及时通知现场施工 负责人。（4）测试收尾工作，包括检查仪器、仪表，作好保养和保管工作，及时进 行资料整理。2、工程质量保证措施施工监控量测严格按照有关规范、标准以及施工图设计文件进行，监测质量 达到公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）的标准，以确保隧道工程施工的安 全，并根据量测信息进行及时反馈，优化设计。隧道施工现场监控量测，要按照量测计划认真组织实施，并且与其他施工环 节紧密配合，不能中断工作。特别是各预埋测点应当牢固可靠，并且要易于识别 和妥善保护，不得任意拆除和人为破坏。具体保证隧道施工监控量测质量的措施有：