隧道施工监控量测方案

1、编制目的依据1.1编制目的为确保监控量测工作顺利正常开展，了解围岩状态，及时反馈信息于设计和指导施工，调整支护参数和二衬施作时间，确保施工安全和结构的长期稳定性，有效保护周边环境，尽量降低监控量测费用，减少对工程施工的干扰，同时为加强监控量测实施人员规范操作，全面掌握监控量测实施全过程，结合隧道工程特点，制定本方案。1.2编制依据1、《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）；2、《铁路大断面隧道三台阶七步开挖法施工作业指南》（试行）2007；3、《高速铁路工程测量规范》（TB10601-2009）；4、铁路隧道工程施工技术指南TZ204-20085、施工图纸、设计要求和环境、地质条件；6、工程特点、施工方法、工程状态和可操作性。2、工程概况及地质情况说明新建山西中南部铁路通道燕庄2号隧道位于山西省古县石壁乡附近全长877米，为单洞双线有碴隧道，隧道处于中低山区，进口位于强风化砂岩，洞身为后层砂岩和泥岩为主，局部夹薄层泥岩，出口段主要为黄土边坡，稳定性差。隧道最大埋深72米，最浅埋深仅为米，设计最大出水量1284m3/d。3、组织机构及作业程序3.1组织机构为保证监控量测工作正常有序开展，队部建立以总工程师负责的管理体系，技术室和安质室负责对燕庄2号隧道监控量测进行日常检查、指导和重大问题上报工作。并成立监控量测小组，制定各岗位职责，明确分工，责任到人。总负责人：队部总工程师，负责监控量测工作组织安排和重大问题的处理。主管部门：队部技术室、质检室，负责监控量测全面管理，日常检查、指导和重大问题上报工作，并参与重大问题的处理。监控量测负责人：测量队负责主管监控量测组工作，掌握监控量测工作状态，分析和上报有关监控量测数据和情况，制定处理措施，下达技术交底资料。及时组织相关人员开展监控量测工作，并对监控量测结果负责，分析监控量测数据和上报监控量测动态。现场监控量测实施人：各工区监控量测组员（操作人员和资料员），操作人员负责现场监控量测具体实施，负责测点的布设和保护，及时取得监控量测数据；资料员负责监控量测资料的收集、整理、签认、汇总和归档等资料管理工作。（1）熟悉资料（施工图纸、规范和作业指导书等）;（2）布点量测;（3）取得数据;（4）整理签认;（5）分析处理;（6）位移管理;（7）信息反馈;（8）工程对策;（9）资料归档。4、技术要求量测仪器配备：数码相机、收敛仪、全站仪、水准仪、塔尺、钢尺等。辅助工具：爬梯、手电筒及其它辅助工具。根据设计要求，结合燕庄2号隧道具体情况，确定围岩量测必测项目（见表4-1）。净空变化测点和拱顶下沉测点量测仪器、测试精度、量测断面、间距测点数量按表4-2进行。净空变化测点和拱顶下沉测点应布置在同一断面上，测点布置时应避开钢架和脱空回填处，将测点布置在两榀钢架之间。净空变化、拱顶下沉和地表下沉（浅埋地段）等必测项目必须设置在同一断面。表4-1围岩量测必测项目序号监测项目测试方法和仪表测试精度备注1净空变化隧道净空变化测定仪（收敛计）一般进行水平收敛量测2拱顶下沉水准测量的方法、水准仪、钢尺3地表下沉水准测量的方法、水准仪、塔尺隧道浅埋段必测（H0≤2b）4洞内外观察现场观察、数码相机、罗盘仪全断面开挖时，收敛量测点应布置在起拱线以下1m左右位置；台阶法开挖时，上台阶收敛量测点应布置在上下台阶界面以上1m左右位置，下台阶收敛量测点应布置在上下台阶界面1m左右位置。浅埋隧道（H0≤2b，H0—隧道埋深，b—隧道最大开挖宽度）应在隧道开挖前布设地表沉降测点，地表沉降测点纵向间距应符合表4-3要求。地表沉降测点横向间距为2～5m。在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧量测范围不应小于H0+B，地表有控制性建（构）筑物时，量测范围应适当加宽。其测点布置如图4-4所示。表4-2量测仪器、测试精度、断面间距、测点数量围岩级别断面间距（m）水平净空变化拱顶下沉每断面测点数量量测仪器测试精度每断面测点数量量测仪器测试精度Ⅲ30～501条水平测线收敛计1个测点水准仪、钢尺或全站仪Ⅳ10～30每台阶1条水平测线1个测点Ⅴ～Ⅵ5～10每台阶1条水平测线1-3个测点注：洞口及浅埋地段断面间距取小值；三台阶法施工特殊地段要求布设两条斜测线。表4-3地表沉降测点纵向间距隧道埋深与开挖宽度纵向测点间距（m）20～50B<H0≤2B10～20H0≤B5～10注：H0为隧道埋深，B为隧道开挖宽度。监控量测的频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度按表4-5确定。由位移速度决定的监控量测频率和由距开挖面的距离决定的监控量测频率之中，原则上采用较高的频率值。当出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。在塑性流变岩体中，位移长期（开挖后两个月以上）不能变化时，量测要继续到每月为1mm为止。图4-4地表沉降横向测点布置示意图表4-5量测频率表位移速度（mm/d）量测断面距开挖工作面的距离量测频率≥5（0～1）B2次/d1～5（1～2）B1次/d（2～5）B1次/2～3d（2～5）B1次/3d＞5B1次/7d注：B表示隧道开挖宽度地表下沉量测测频率与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同；地表下沉量测在开挖面前方隧道埋置深度与隧道开挖高度之和处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。隧道开挖后应及时进行地质素描及数码成像，必要时应进行物理力学试验。开挖面地质素描、支护状态、影响范围内的建（构）筑物的描述应每施工循环记录一次。特殊情况下应增大描述频率。在没有特殊要求的情况下，选测项目可以采用和必测项目相同的量测频率。监控量测控制基准包括隧道内位移、地表沉降、爆破振动等，应根据地质条件、隧道结构的长期稳定性、隧道施工安全性，以及周围建（构）筑物特点和重要性等因素制定。隧道初期支护极限相对位移可参照表4-6选用。表4-6跨度7m≤B≤12m隧道初期支护极限相对位移围岩级别隧道埋深h（m）h≤5050＜h≤300300＜h≤500拱脚水平相对净空变化（%）ⅢⅣⅤ拱顶相对下沉（%）ⅢⅣⅤ注：1.本表适用于燕庄2号隧道复合式衬砌的初期支护，围岩为硬质时取表中较小值，围岩为软质时取表中较大值。表列数值可在施工中通过实测资料积累作适当修正。2.拱脚水平相对净空变化指两拱脚测点间净空水平变化值与其距离之比，拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比。位移控制基准应根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移按表4-7要求确定。地表沉降控制基准应根据地层稳定性、周围建（构）筑物的安全要求分别确定，取小值。表4-7位移控制基准类别距开挖面1B（U1B）距开挖面2B（U2B）距开挖面较远允许值65%U090%U0100%U0注：B为隧道开挖宽度，U0为极限相对位移值。4根据位移控制基准，可按表4-8分为三个管理等级。表4-8位移管理等级管理等级距开挖面1B距开挖面2BⅢU＜U1B/3U＜U2B/3ⅡU1B/3≤U≤2U1B/3U2B/3≤U≤2U2B/3ⅠU＞2U1B/3U＞2U2B/3注：U为实测位移值围岩与支护结构的稳定性应根据控制基准，结合时态曲线形态判别。当隧道采用分部开挖法施工时应每分部分别建立位移控制基准，同时应考虑各分部的相互影响。一般情况下，二次衬砌的施作应在满足下列要求时进行：①隧道水平净空变化速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降；②隧道位移相对值已达到总相对位移量的90%以上；③对浅埋、软弱围岩等特殊地段，应视现场具体情况确定二次衬砌施作时间。地质和初期支护观察地质和初期支护观察分开挖工作面观察、已施工区段初期支护观察及地表观察。.1开挖工作面观察在每次开挖后进行一次,内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状况、围岩变形等。当地质情况无变化时，可每天进行一次，观察应绘制开挖工作面略图并作好地质素描，填写工作面状态记录表及围岩级别判定。对已施工区段初期支护的观察每天一次，观察内容包括喷砼、锚杆、钢架的状况，以及施工质量是否符合规定的要求。洞外观察包括洞口地表情况、地表沉陷、边仰坡的稳定、地表水渗透的观察。5.监控量测方法洞内、外观察和地表沉降观测根据本方案要求进行。净空变化和拱顶下沉量测布点应在开挖后至初喷前进行，若围岩出现变化异常应尽早布设;初始读数在每次开挖后12小时内取得，最晚不得迟于24小时。洞内观察可分为开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。其中，开挖工作面观察应在每次开挖后进行，及时绘制开挖工作面地质素描图、数码成像，填写开挖工作面地质状况记录表，并与勘察资料进行对比；已施工地段观察，应记录喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等工作状态。洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等，同时还应对地面建（构）筑物进行观察。根据围岩条件确定量测间距埋设测点，并按规定量测频率进行量测。主要原理：每次测出两点间净长，求出两次量测的增量（或减量），即为此处净空变化值。读数时读三次，然后取其平均值，并按附表记录。预埋测点由钢筋加工而成，采用冲击电锤或风钻钻孔，埋入钢筋采用直径不小于20mm的螺纹钢，前端外露钢筋与埋入钢筋焊接，直径不小于6mm，加工成180°弯钩或三角形钩。测点用快凝水泥或锚固剂与围岩锚固稳定，埋入围岩深度不小于20cm，若围岩破碎松软，应适当增加测点埋入深度。量测方法①检查预埋测点有无损坏、松动，并将测点灰尘擦净。②把净空收敛仪的尺头及尺架挂钩分别固定在预埋测点孔内，选择合适的尺孔，将尺孔销插入，用尺卡将尺与联尺架固定。④测试过程中，若数显读数已超过25mm，则应将钢尺收拢（换尺孔）重新测试，两组平均值相减，即为两尺孔的实际间距，以消除钢尺重孔距离不精确造成的测量误差。⑤一条基线测完后，应及时逆时针转动调节螺母，摘下收敛仪，打开尺卡收拢钢尺，为下一次使用作好准备。采用精密水准仪和铟钢挂尺进行。主要原理：通过测点不同时刻相对标高，求出两次量测的差值，即为该点的下沉值。读数时应该读三次，取平均值，并按附表记录。按规定量测频率进行量测。在隧道拱顶轴线附近通过焊接或钻孔预埋测点，测点应与隧道外监控量测基准点进行联测。拱顶下沉量测测点布置在拱中，每断面布置一点，布设原则和间距按规定进行。预埋测点由钢筋加工而成，钢筋直径不小于6mm，前端加工成180°弯钩或三角形钩。测点用快凝水泥或锚固剂固定在拱顶选定位置，埋入围岩深度不小于20cm，若围岩破碎松软，应适当增加测点埋入深度。量测方法：设置水准基点（水准基点选择在围岩稳定地段设置）。量测时采用水准仪、塔尺及钢卷尺，测出该点相对标高即可。每次开挖后12h内取得初读数。同一测点每次量测必须采用同一基点。采用精密水准仪、铟钢尺进行，主要原理：通过测点不同时刻标高，求出两次量测的差值，即为该点的下沉值。其量测精度为±1mm。当隧道埋深小于3倍洞径时进行量测，小于2倍洞径时必须进行量测。基准点应设置在地表沉降影响范围之外。测点采用地表钻孔埋设，测点四周采用水泥砂浆固定。布点原则和量测频率按规定执行。当地表有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉观测点。监控量测布点应在喷砼前预埋，测点布置时应避开钢架和脱空回填处，并保证布点打入围岩，严禁将测点布在钢架上。及时进行测点的布设，并做好保护，可采用桩点沿初支边墙向内凹陷，防止破坏。如果测点被破坏，应在被破坏测点附近补埋，重新进行数据采集；如果测点出现松动，则应及时加固，当天的量测数据无效，待测点加固后重新读取初读数。测点布设以后，在测点位置用红色油漆做醒目标识。监控量测桩点上严禁悬挂重物。拱顶下沉和地表下沉量测基点应与洞内、外水准基点建立联系。各监控量测小组须保证量测数据的真实性、准确性和及时性，如实的反应实际变化情况，不得弄虚作假。现场监控量测与施工易发生干扰，必须紧密配合。施工现场应及时提供工作面，创造条件保证监控量测工作的正常进行；监控量测工作也要尽量减少对施工工序的影响。监控量测元件的埋设计划应列入工程施工进度控制计划中。量测仪器设备在使用前和使用过程中必须进行定期的检查、校对和率定。收敛仪使用时调节螺母逆时针转动最大范围不得露出螺纹。在收敛仪使用一段时间后应进行对零校正，检查数显读数是否为零，若存在偏差，必须进行对零。收敛仪量测完成后，用棉纱擦除灰尘并定期对钢尺擦涂机油，以防生锈。6.监控量测数据分析及信息反馈监控量测数据的分析处理包括数据校核、数据整理及数据分析。同时应注明开挖方法和施工工序以及开挖面距监控量测点距离等信息。数据校核量测数据校核主要是对数据进行可靠性分析，排除各种误差影响，保证量测数据的可靠性和完整性。每次观测后应立即对观测数据进行校核和整理，包括对观测数据的计算、填表制图、误差处理等，如有异常应及时补测。数据整理量测数据整理包括各种物理量计算和图表制作，打印相关监控量测报表，并根据数据绘制位移时态曲线图或散点图，以便于分析监控量测数据的变化规律和趋势。数据分析数据分析通常采用比较法、作图法和数值计算等，一般采用散点图和回归分析方法，分析各监控量测物理量值大小、变化规律和发展趋势，预测该测点可能出现的最终值及影响范围，评估安全状况。绘制时间-位移和距离-位移散点图，根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数进行回归分析，对最大值（最终值）进行预测，并与控制基准值进行比较，结合施工工况综合分析围岩和支护结构和工作状态。监控量测数据的分析包括以下主要内容：①根据量测值绘制时态曲线；②选择回归曲线，预测最终值，并与控制基准进行比较；③对支护及围岩状态、工法、工序进行评价；④及时反馈评价结论，并提出相应工程对策建议。监控量测信息反馈应根据量测数据分析结果，对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策与建议，目前以经验方法为主。信息反馈应以位移反馈为主，主要依据时态曲线的形态对围岩稳定性、支护结构的工作状态、对周围环境的影响程度进行判定，验证和优化设计参数，指导施工。由于施工的连续性和循环进行，施工中应保证信息反馈渠道的畅通，确保信息反馈的及时性和有效性。监控量测反馈程序应贯穿于整个施工全过程，可按图6-1规定的程序进行。图6-1监控量测信息反馈程序框图图6-1监控量测信息反馈程序框图施工过程中应进行监控量测数据的实时分析和阶段分析。实时分析：每天根据监控量测数据及时进行分析，发现安全隐患应分析原因并提交异常报告，及时采取措施，一般采用日报表形式。阶段分析：按周、月进行阶段分析，总结监控量测数据的变化规律，对施工情况进行评价，提交阶段分析报告，指导后续施工，一般采用周报、月报形式。工程安全性评价应根据位移管理等级分三级进行，并采用表6-1相应的工程对策。当监控量测位移管理达到Ⅲ级时，应上报监控量测组长、技术主管和现场监理工程师；当达到Ⅱ级时，上报一分部工程部长、总工程师和现场施工负责人，同时总工程师根据综合情况上报设计单位、业主单位和监理单位采取相应工程措施；当达到Ⅰ级时，立即暂停施工，上报各方，请业主单位召集各方分析原因，研究工程对策。分部应对位移管理等级根据每个隧道情况进行量化指标，以便于现场监控量测人员操作和汇报。6工程安全性评价流程图见图6-2。根据工程安全性评价的结果,需要变更设计时,应根据有关铁路工程变更管理办法及时进行变更设计。表6-1工程安全性评价分级及相应对策措施管理等级应对措施Ⅲ正常施工Ⅱ综合评价设计施工措施，加强监控量测，必要时采取相应工程对策护Ⅰ暂停施工，采取相应工程对策注：U—实测位移值；U0—最大允许位移值。监控量测结果监控量测结果位移（应力）是否超过Ⅲ级管理位移（应力）是否超过Ⅱ级管理位移（应力）是否达