市政隧道新奥法施工监控量测技术应用交流

市政隧道新新奥法施工工监控量测测技术应用交流范明坤高级工程师师交通部试验检测师师2016.1.121监控量测的的定义2目的及意义义3要求及流程程4内容及方法法5数据管理措措施6成果分析及及应用7注意事项8典型案例目录1、隧道监控控量测的定定义隧道现场监监控量测是是指在隧道道施工过程程中，对围围岩和支护护、衬砌受受力状态的的量测。现现场监控量量测是监视视围岩稳定定，判断支支护、衬砌砌结构设计计是否合理理，施工方方法是否正正确的一种种手段；也也是保证新新奥法安全全施工、提提高经济效效益的重要要条件；为为施工中可可能有的工工程变更提提供科学依依据；它贯贯穿隧道施施工的全过过程。为此此《公路隧道施施工技术规规范》（JTGF60-2009）中规定：采采用复合式式衬砌的隧隧道，必须须将现场监监控量测项项目列入施施工组织设设计，制定定监控量测测计划，并并在施工中中认真实施施。2、监控量测测的目的及及意义监控量测可可以及时提提供隧道洞洞内拱顶下下沉、周边边位移和地地表下沉测测量，及时时判断隧道道围岩及支支护结构变变形和隧道道洞口浅埋埋段地表沉沉降和稳定定情况，通通过上述监监控，可以以判断施工工工艺的可可行性，提提出更加恰恰当的施工工方法。实实现隧道信信息化动态态施工控制制，达到既既能安全快快速施工，，又能节省省工程造价价的目的。。同时若进进行选择项项目（支护护结构应力力状态量测测和围岩体体内部位移移等信息）），可以对对隧道支护护参数的合合理性进行行分析判断断，为支护护参数的调调整提供科科学的依据据。（1）确保安安全：为为此需要要掌握围围岩和支支护状态态，进行行动态管管理，根根据量测测信息，，预见事事故和险险情，以以便及时时采取措措施，防防患于未未然。（2）指导施施工：量量测数据据经过分分析处，，总结隧隧道围岩岩及支护护变形规规律，预预测和确确认围岩岩最终稳稳定时间间，指导导施工顺顺序和施施作二次次衬砌时时间，以以安排合合理的施施工顺序序和二次次衬砌施施作时机机。（3）修正设设计：根根据隧道道开挖后后所获得得的量测测信息，，进行综综合分析析，修正正支护参参数和检检验施工工预设计计，确保保设计与与施工的的合理性性和经济济性。（4）积累资资料：已已有工程程的量测测结果可可以直接接应用到到后续同同类围岩岩中或者者间接地地应用到到其他类类似的工工程中，，作为设设计和施施工的参参考资料料。2、监控量量测的目目的及意意义3、监控量测测的要求求及流程程3.1量测的要要求:快速埋设设测点(一般设置置在距掌掌子面、、工作面面2m范围内，，开挖后后24小时、下下次爆破破前测取取第一次次读数。。）测量读数数在隧道道内尽量量要快；；保证测测量点不不被破坏坏；读数数准确可可靠3.2监测断面面布置：：根据隧道道围岩的的级别不不同，监监控量测测的周边边位移、、拱顶下下沉量测测断面布布置如下下：围岩级别断面间距（m）Ⅴ5～10Ⅳ10～30Ⅲ30～50现场场工工作作程程序序准备工工作作确定埋设设断面测点埋设设数据整理理分析资料归档档数据采集集4、监控量量测内容容及方法法序号项目名称方法及工具布置测试精度量测间隔时间1～15d16d～1个月1～3个月大于3个月1洞内、外观察地质素描；地质罗盘、地质锤；相机开挖后及初期支护后进行——2周边位移各种类型位移计每10～50m一个断面，每断面2～3对测点。0.1mm1～2次/d1次/2d1～2次/周1～3次/月3拱顶下沉水准测量的方法，水准仪、钢尺等（全站仪器）每10～50m一个断面0.1mm4地表下沉水准测量的方法，水准仪、铟钢尺等幅口段、浅埋段h.0≤2b)0.5mm开挖面距量测断面前后＜2b时，1～2次/d；开挖面距量测断面前后＜5b时，1次/2~3d；开挖面距量测断面前后＞5b时，1次/3~7d.。4.1地质、支支护状态态观察该项目包包括对掌掌子面观观察和支支护结构构的支护护效果观观察。掌掌子面工工程地质质和水文文地质情情况观察察包括岩岩石的名名称、岩岩层产状状、断层层、层理理、节理理等结构构面的分分布、走走向、产产状。每每茬炮后后需要观观测一次次。支护护状态观观察包括括初期支支护状态态和已施施工区域域支护效效果观察察。如喷喷射砼开开裂部位位、宽度度长度及及深度。。二次衬衬砌的整整体性、、防水效效果等，，每天观观察一次次。洞内内状态观观察是可可靠性很很高且最最直接的的判断资资料。对对洞外边边仰坡稳稳定和地地表渗透透观察按按要求进进行描述述；做好好相关的的观察记记录。观观察使用用地质罗罗盘、地地质锤、、钢卷尺尺、放大大镜、秒秒表、手手电、照照相机或或摄像机机等。周边位移移量测是是最基本本的主要要量测项项目之一一，布置置在主测测断面。。先在测测点处用用凿岩机机（或电电钻）在在待测部部位成孔孔，然后后将藕合合剂（锚锚固剂））置入孔孔中，最最后将收收敛预埋埋件敲入入，旋正正收敛钩钩，尽量量使两预预埋件轴轴线在基基线方向向上，以以利收敛敛计悬挂挂和观测测。待凝凝固后，，周边收收敛量测测采用收收敛计进进行数据据采集。。测头4.2周边位移移量测断面布置置图台阶法测测点布置置示意图图CRD法测点布布置示意意图不同施工工方法断断面布置置图不要焊接接在钢拱拱架上我们用测测线布置置图中的的BC和DE边的值变变化来实实现对净净空水平平收敛的的量测。。周边收收敛数据据处理：：回归分分析时，，一般同同时采用用下面的的三种函函数，通通过对比比，推算算最终位位移时采采用三个个函数中中回归精精度（拟拟合程度度）较高高的一个个函数，，不同测测点的回回归函数数可能不不同。数据分析析4.3拱顶下沉量测测拱顶下沉沉量测数数据，主主要用于于确认围围岩的稳稳定性。。测点布布设方法法是在拱拱顶中心心位置，，常与周周边量测测点布设设在一起起，即布布在主量量测断面面。用凿凿岩机钻钻孔，然然后将藕藕合剂（（锚固剂剂）置入入孔中，，最后将将收敛预预埋件敲敲入，旋旋正收敛敛钩，以以利收敛敛计悬挂挂和观测测。待凝凝固后，，拱顶下下沉量测测采用收收敛计进进行数据据采集。。拱顶下沉沉量测的的方法常常有三种种：（1）用收敛敛计量测测该方法投投入较少少，用收收敛计量量测来获获取数据据，操作作简单，，且仪器器设备投投入少；；但后期期的数据据处理较较多，可可用计算算机编程程来实现现计算，，提高工工作效率率。在实实际隧道道中主要要是挂勾勾子太困困难。（（首推全全站仪贴贴反光片片来完成成）（2）用水准准仪量测测(差值法计计算)该方法用用一测量量钢尺和和高精度度的水准准仪配合合测量来来实现对对拱顶下下沉的量量测。测测量时把把钢尺挂挂在预埋埋的测点点上，下下挂一1Kg的垂球保保持钢尺尺牵直，，有水准准仪读取取钢尺上上的读数数，来实实现数据据的采集集。最后后采用差差值法来来计算，，如果隧隧道较长长，里面面的BM点不好控制，，视线不是很很明显。（3）用全站仪量量测该方法用全站站仪来实现对对拱顶下沉的的量测。测量量时在拱顶测测点位置贴一一个反光膜，，用全站仪测测量测点处的的标高，来实实现数据的采采集。断面布置图不要焊接在钢钢拱架上根据测线布置置图，由于于ABC在同一垂直面内，，其计算方法法如下：令BC=L、AB=m、AC=n、BH=Xb、CH=Xc、AH=h。由勾股定理：：Xa2+h2=m2、Xb2+h2=n2、Xc+Xb=L解方程得：Xb=（L2+m2-n2）/2L、Xc=（L2+n2-m2）/2L、h2=m2-Xb2=n2-Xc2我们用h值的变化来实实现对拱顶下下沉的量测。。拱顶下沉数数据处理：回回归分析时，，与周边收敛敛的数据方法法相同。（如果隧道存存在整体沉降降数据分析不不准确）4.4地表下沉量测测监测断面布设设原则①地表下沉量量测，在浅埋埋隧道和隧道道的洞口段通通常位于软弱弱、破碎、自自然时间较短短的围岩中；；每个隧道至至少2个断面，若出出现不良地质质情况时，加加设监测断面面；②当现场地形形陡峭及有树树木遮挡时，，作适当的调调整；③每个断面上上测线与隧道道中心线垂直直，埋设测点点时中心监测测点设在隧道道轴线的地表表位置，其它它监测点沿中中心线对称布布置，测点间间距由中心监监测点开始至至距离地表隧隧道轴线最远远一点由密至至疏布置，具具体距离按2～5m布置，宽度范范围为：W=B（开挖宽度））+H/2（两侧埋深的的一半）；④参照标准水水准点埋设方方法，埋设2个临时水准基基点．临时水水准基点应埋埋设在通视条条件良好的隧隧道两侧稍远远区域、不受受隧道开挖下下沉的影响稳稳固地点，所所有测点应和和基点联测以以取得原始高高程。测点埋设与监监测①基点埋设在在隧道开挖纵纵、横向（3～5）倍洞径外的的区域，参照照标准水准点点埋设方法，，埋设2个基点，以便便互相校核，，每个断面7~11个测点。所有基点应和和附近水准点点联测取得原原始高程。②在测点位置置，开挖成长长、宽、深均均为200mm的坑，然后，，放入地表测测点预埋件（（自制），测测点四周用混混凝土填实，，待混凝土固固结后即可量量测。③地表下沉用用高精度水准准仪进行观测测。观测时坚坚持四固定原原则，即施测测人员固定，，测站位置固固定，测量延延续时间固定定，施测顺序序固定。从地地表设点观测测，根据下沉沉位移量判定定开挖对地表表下沉的影响响，以确定隧隧道支护结构构。地表下沉量测测数据计算地表下沉采用用闭合测量法法，这样有利利益我们检查查是否有误，，当闭合差超超过3mm时，我们必须须重新测。在地形较陡、、视线不通时时我们有时候候一站不能测测完，此时我我们可以设置置转点。当地表下沉累累计量到4～6cm时我们要加强强观测，必要要调整施工工工艺或提交量量测预警报告告。数据处理（仪仪高法计算））见下表。水准测量记记录表及计计算应用5、监测数据管管理措施管理等级管理位移施工状态ⅢU0＜Un／3正常施工ⅡUn／3≤U0≤2Un／3加强支护ⅠU0＞2Un／3采取特殊措施5.1变形监测项项目管理基基准针对隧道监监控量测，，建立监测测变形管理理等级标准准，管理等等级分三等等，其等级级划分及相相应基准值值见下表。。通过对监监测结果的的比较和分分析来判定定支护结构构的稳定性性和安全性性，并指导导施工。表变形管理理等级标准准表注：U0为实测变形形值，Un允许变形值值，Un的确定：Un的确定应考考虑围岩级级别、隧道道埋置深度度等因素并并结合现场场条件选择择。依据《铁路隧道施施工规范》（TB10204-2002）规定，进进行围岩稳稳定判别，，其判据如如下所示：：①根据位移移速度变化判别：周边边位移变化化速度持续续大于1.0mm/d时，围岩处处于急剧变变形状态，，应加强初初期支护系系统；周边边位移变化化速度小于于0.2mm/d时，围岩达达到基本稳稳定。5.2变形监测速速度管理基基准二阶导数（（加速度））隧道位移监监控量测结结果必须同同时达到下下列三项标标准时，才才可以进行行二次衬砌砌施作：①隧道周周边位移水水平位移速速度小于0.2mm/d；拱顶或底底板垂直位位移速度小小于0.1mm/d。（回归曲线后后得到的速速度）②隧道周周边水平位位移速度，，以及拱顶顶或底板垂垂直位移速速度明显下下降；③隧道位位移相对值值已达到总总相对位移移量的90%以上。5.3二次衬砌施施工条件6、隧道监控量量测成果分分析6.1举例：某某某隧道K133+180断面周边位位移(对数函数)1).回归曲线:图1-周边位移-时间曲线回归函数：：AB：y=-6.578+3.018Ln(x)；Xmax455,Ymax=11.895AC：y=-6.421+2.933Ln(x)；Xmax=455,Ymax=11.530图2、周边位移移速度-时间曲线回归函数：：AB：y=3.018/x；Xmax=455,Ymax=0.007AC：y=2.933/x；Xmax=455,Ymax=0.006图3、周边位移移加速度-时间曲线2).稳定性判别别表:变形等级管管理(根据累计位位移计算)AB线：管理等等级：III，施工状态态：可正常常施工AC线：管理等等级：III，施工状态态：可正常常施工分析结果(根据位移变变化速度计计算)AB线：围岩基基本达到稳稳定。AC线：围岩基基本达到稳稳定。分析结果(根据位移变变化加速度度计算)AB线：：速速率率不不断断下下降降，，围围岩岩趋趋于于稳稳定定状状态态。。AC线：：速速率率不不断断下下降降，，围围岩岩趋趋于于稳稳定定状状态态。。3).综合合分分析析综上上所所述述：：K133+180监测测断断面面AB线累累计计位位移移、、位位移移速速度度均均较较小小、、围围岩岩趋趋于于稳稳定定，，可可正正常常施施工工。。AC线累累计计位位移移、、位位移移速速度度均均较较小小、、围围岩岩趋趋于于稳稳定定，，可可正正常常施施工工。。6.2举例例：：某某某某隧隧道道k133+180拱顶顶下下沉沉(对数数函函数数)1).回归归曲曲线线:图4、拱拱顶顶下下沉沉位位移移-时间间曲曲线线图5、拱拱顶顶下下沉沉速速度度-时间间曲曲线线图6、拱拱顶顶下下沉沉加加速速度度曲曲线线-时间间曲曲线线2).稳定定性性判判别别表表:变形形等等级级管管理理(根据据累累计计位位移移计计算算)A点：管管理等等级：：I，施工工状态态：应应采取取特殊殊措施施分析结结果(根据位位移变变化速速度计计算)A点：围围岩基基本达达到稳稳定。。分析结结果(根据位位移变变化加加速度度计算算)A点：速速率不不断下下降，，围岩岩趋于于稳定定状态态。3).综合分分析K133+180监测断断面拱拱顶A测点累累计位位移较较大、、但位位移速速度逐逐渐减减小，，表明明围岩岩变形形偏大大，应应密切切注意意围岩岩动向向，有有待观观测。。桩号测点监测天数累计值（mm）平均速度(mm/d)数据分析K101+447

测点14558.61.30累计沉降值较大，曲线呈缓慢上升趋势，下断面尚未开挖。测点24581.51.81测点34582.61.84测点44588.91.98测点54597.52.17测点64591.02.02测点74574.11.65测点84556.01.246.3大风丫丫口隧隧道地地表下下沉数数据分分析6.4地质支支护状状态观观察7、量测测数据据应用用注意意事项项测点埋埋设应应准确量测数数据应应真实性性量测数数据量量测和和反馈馈信息息应及时性性量测数数据的的突变变与位位移量测数数据与与施工工状态态量测数数据与与修改改设计计8、隧道监监控量量测典典型案案例2009年6月厦蓉蓉高速速公路路(贵州境境)AT17合同段段托苗苗坳隧隧道属属地质质条件件差的的连拱拱隧道道，我我公司司监测测人员员在现现场监监测，，地表表下沉沉值在在洞口口段掘掘进时时明显显变化化，且且洞内内量测测断面面的周周边收收敛、、拱顶顶下沉沉值变变化较较大，，表明明围岩岩松弛弛在发发展，，支护护的强强度不不够。。初期期支护护多处处出现现开裂裂现象象，量量测数数据已已经超超出规规范规规定值值我方方及时时提交交预警警报告告（分分别以以电话话、短短信等等方式式）给给业主主、监监理、、施工工单位位要求求撤离离人员员，停停止施施工，，最终终凌晨晨3点钟隧隧道垮垮塌，，无人人员伤伤亡事事故，，见照照片7.8.1隧道监监控量量测工工程应应用实实例一一2012年11月在丽丽攀高高速公公路华华坪隧隧道进进口端端左幅幅ZK182+815～ZK182+821段，设设计为为V级围岩岩；岩岩土体体主要要为褐褐色、、浅灰灰色、、黄色色粉质质粘土土及粉粉土，，潮湿湿或较较潮湿湿，呈呈疏松松状、、可塑塑状；；岩土土体稳稳定性性较差差，易易发生生小坍坍塌及及大塌塌方。。我公公司监监测组组发现现在地地表ZK182+800～ZK182+831区域段段，地地表下下沉各各观测测点沉沉降位位移速速度发发生急急剧变变化，，地表表多条条裂缝缝有增增大趋趋势；；隧道道里程程ZK182+810～ZK182+821里程段段观测测断面面位移