市政隧道新奥法施工监控量测技术应用交流

市政隧道新奥法施工监控量测技术应用交流范明坤

高级工程师交通部试验检测师1监控量测的定义2目的及意义3要求及流程4内容及方法5数据管理措施6成果分析及应用7注意事项8典型案例目

录1、隧道监控量测的定义

隧道现场监控量测是指在隧道施工过程中，对围岩和支护、衬砌受力状态的量测。现场监控量测是监视围岩稳定，判断支护、衬砌结构设计是否合理，施工方法是否正确的一种手段；也是保证新奥法安全施工、提高经济效益的重要条件；为施工中可能有的工程变更提供科学依据；它贯穿隧道施工的全过程。为此《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）中规定：采用复合式衬砌的隧道，必须将现场监控量测项目列入施工组织设计，制定监控量测计划，并在施工中认真实施。2、监控量测的目的及意义

监控量测可以及时提供隧道洞内拱顶下沉、周边位移和地表下沉测量，及时判断隧道围岩及支护结构变形和隧道洞口浅埋段地表沉降和稳定情况，通过上述监控，可以判断施工工艺的可行性，提出更加恰当的施工方法。实现隧道信息化动态施工控制，达到既能安全快速施工，又能节省工程造价的目的。同时若进行选择项目（支护结构应力状态量测和围岩体内部位移等信息），可以对隧道支护参数的合理性进行分析判断，为支护参数的调整提供科学的依据。（1）确保安全：为此需要掌握围岩和支护状态，进行动态管理，根据量测信息，预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然。（2）指导施工：量测数据经过分析处，总结隧道围岩及支护变形规律，预测和确认围岩最终稳定时间，指导施工顺序和施作二次衬砌时间，以安排合理的施工顺序和二次衬砌施作时机。（3）修正设计：根据隧道开挖后所获得的量测信息，进行综合分析，修正支护参数和检验施工预设计，确保设计与施工的合理性和经济性。（4）积累资料：已有工程的量测结果可以直接应用到后续同类围岩中或者间接地应用到其他类似的工程中，作为设计和施工的参考资料。2、监控量测的目的及意义3、监控量测的要求及流程3.1量测的要求:

快速埋设测点(一般设置在距掌子面、工作面2m范围内，开挖后24小时、下次爆破前测取第一次读数。）测量读数在隧道内尽量要快；保证测量点不被破坏；读数准确可靠3.2监测断面布置：

根据隧道围岩的级别不同，监控量测的周边位移、拱顶下沉量测断面布置如下：围岩级别断面间距（m）Ⅴ5～10Ⅳ10～30Ⅲ30～50

现场工作程序准备工作确定埋设断面测点埋设数据整理分析资料归档数据采集4、监控量测内容及方法

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、支护状态观察

该项目包括对掌子面观察和支护结构的支护效果观察。掌子面工程地质和水文地质情况观察包括岩石的名称、岩层产状、断层、层理、节理等结构面的分布、走向、产状。每茬炮后需要观测一次。支护状态观察包括初期支护状态和已施工区域支护效果观察。如喷射砼开裂部位、宽度长度及深度。二次衬砌的整体性、防水效果等，每天观察一次。洞内状态观察是可靠性很高且最直接的判断资料。对洞外边仰坡稳定和地表渗透观察按要求进行描述；做好相关的观察记录。观察使用地质罗盘、地质锤、钢卷尺、放大镜、秒表、手电、照相机或摄像机等。

周边位移量测是最基本的主要量测项目之一，布置在主测断面。先在测点处用凿岩机（或电钻）在待测部位成孔，然后将藕合剂（锚固剂）置入孔中，最后将收敛预埋件敲入，旋正收敛钩，尽量使两预埋件轴线在基线方向上，以利收敛计悬挂和观测。待凝固后，周边收敛量测采用收敛计进行数据采集。测头

4.2周边位移量测断面布置图台阶法测点布置示意图

CRD法测点布置示意图不同施工方法断面布置图不要焊接在钢拱架上

我们用测线布置图中的BC和DE边的值变化来实现对净空水平收敛的量测。周边收敛数据处理：回归分析时，一般同时采用下面的三种函数，通过对比，推算最终位移时采用三个函数中回归精度（拟合程度）较高的一个函数，不同测点的回归函数可能不同。

数据分析4.3拱顶下沉量测

拱顶下沉量测数据，主要用于确认围岩的稳定性。测点布设方法是在拱顶中心位置，常与周边量测点布设在一起，即布在主量测断面。用凿岩机钻孔，然后将藕合剂（锚固剂）置入孔中，最后将收敛预埋件敲入，旋正收敛钩，以利收敛计悬挂和观测。待凝固后，拱顶下沉量测采用收敛计进行数据采集。拱顶下沉量测的方法常有三种：（1）用收敛计量测该方法投入较少，用收敛计量测来获取数据，操作简单，且仪器设备投入少；但后期的数据处理较多，可用计算机编程来实现计算，提高工作效率。在实际隧道中主要是挂勾子太困难。（首推全站仪贴反光片来完成）（2）用水准仪量测(差值法计算)

该方法用一测量钢尺和高精度的水准仪配合测量来实现对拱顶下沉的量测。测量时把钢尺挂在预埋的测点上，下挂一1Kg的垂球保持钢尺牵直，有水准仪读取钢尺上的读数，来实现数据的采集。最后采用差值法来计算，如果隧道较长，里面的BM点不好控制，视线不是很明显。（3）用全站仪量测该方法用全站仪来实现对拱顶下沉的量测。测量时在拱顶测点位置贴一个反光膜，用全站仪测量测点处的标高，来实现数据的采集。

断面布置图不要焊躬接在钢银拱架上根据测斯线布置页图，逗由于AB单C在同一垂直命面内，景其计算此方法如重下：令BC=侦L、AB=毕m、AC=帮n、BH淡=X们b、CH酿=X搬c、AH=洒h。由勾股魂定理：Xa2乎+h2堵=m2、Xb写2+瓣h2修=n趣2、Xc+减Xb=增L解方吊程得采：Xb=（L2+没m2-邪n2）/2L、Xc衬=（L2+驴n2-酷m2）/2泉L、h2刑=m镜2-X赔b2浩=扔n2-府Xc2我们急用h值的变迁化来实驾现对拱饲顶下沉怕的量测多。拱顶愉下沉数亮据处理潜：回归阳分析时瘦，与周哥边收敛粉的数据酿方法相停同。（如缠果隧左道存捉在整碍体沉污降数嘉据分娃析不明准确厌）4.4地表再下沉输量测监测防断面鸡布设飘原则①地表然下沉量蔽测，在钞浅埋隧晒道和隧师道的洞迹口段通卫常位于买软弱、赵破碎、活自然时象间较短难的围岩不中；每膀个隧道塑至少2个断闭面，穴若出狠现不料良地童质情预况时灶，加祝设监蛙测断仅面；②当现渡场地形测陡峭及桂有树木著遮挡时芝，作适斩当的调绑整；③每个疲断面上挽测线与伐隧道中仍心线垂斜直，埋盯设测点徐时中心和监测点母设在隧谈道轴线茫的地表躺位置，狭其它监能测点沿涛中心线吊对称布寇置，测漆点间距宁由中心虑监测点旬开始至呈距离地木表隧道第轴线最示远一点晌由密至鸣疏布置缘瑞，具体耐距离按2～5m布置，突宽度范蕉围为：W=刘B（开峡挖宽持度）+激H/展2（两侧煤埋深的友一半）暂；④参照饱标准水秃准点埋播设方法茂，埋设2个临快时水脆准基译点．酸临时脱水准躁基点齐应埋墓设在送通视刚条件葱良好拣的隧武道两巾侧稍井远区菠域、品不受区隧道检开挖歇下沉奖的影趋响稳乏固地玻点，热所有而测点他应和斩基点腔联测放以取路得原反始高浙程。测点埋勺设与监雁测①基往点埋向设在挠隧道僵开挖过纵、疑横向今（3～5）倍洞泳径外的休区域，垒参照标谨准水准蛾点埋设捕方法，爽埋设2个基彩点，耍以便伤互相像校核蔽，每个断珠面7~攻11个测宜点。所有疮基点工应和剑附近论水准楚点联夺测取肉得原决始高客程。②在集测点可位置乓，开框挖成宵长、屋宽、铃深均蛛为20光0m似m的坑井，然员后，船放入扫地表茎测点尼预埋股件（毕自制王），斥测点巨四周央用混非凝土恨填实学，待酱混凝盯土固餐结后末即可饥量测帮。③地建表下赌沉用寨高精型度水武准仪焰进行剥观测真。观涨测时纪坚持撑四固障定原渴则，端即施快测人抱员固派定，缎测站肢位置文固定顾，测舰量延遭续时永间固置定，鞋施测辩顺序壤固定乔。从锤地表这设点成观测揉，根聪据下庸沉位端移量集判定往开挖依对地阵表下杂沉的打影响菜，以演确定斤隧道烤支护弊结构俗。地表汇下沉改量测脱数据养计算地表下壶沉采用伯闭合测阿量法，庭这样有枝利益我厘们检查谦是否有贫误，当遥闭合差尸超过3m顺m时，我凉们必须谋重新测树。在地形奇较陡、许视线不胸通时我蜓们有时胸候一站抢不能测饥完，此境时我们斧可以设闯置转点任。当地表她下沉累沉计量到4～宫6c富m时我销们要饿加强蚊观测哲，必盖要调料整施稍工工欠艺或蜡提交纳量测跟预警填报告选。数据处刺理（仪爹高法计般算）见垦下表。水准测缴量记录晃表及计摔算应用5、监测威数据眼管理馒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.累1变形笨监测血项目膛管理取基准针对隧浴道监控阅量测，对建立监卸测变形仅管理等捆级标准肢，管理法等级分冠三等，块其等级湖划分及巡寿相应基即准值见岛下表。访通过对究监测结士果的比糠较和分趁析来判郊定支护另结构的伯稳定性兼和安全钥性，并赵指导施丢工。表变形株管理等灵级标准喂表注：U0为实至测变凝形值过，Un允许变异形值，Un的确趋定：Un的确必定应测考虑凝围岩奥级别洋、隧锦道埋易置深螺度等圆因素献并结浴合现廊场条盖件选劳择。依据《铁路震隧道施群工规范傻》（TB1风020忆4-2添002）规听定，缓进行余围岩黑稳定乐判别塘，其剧判据地如下尽所示齐：①根村据位怕移速烂度变广化判划别：烫周边气位移会变化广速度乞持续呆大于1.遭0m粥m/蜘d时，围狂岩处于荒急剧变脖形状态克，应加来强初期裤支护系盐统；周煎边位移么变化速妙度小于0.丘2m阿m/纯d时，尊围岩制达到衡基本杏稳定尺。5.2变形监室测速度身管理基格准二阶伯导数阶（加宅速度项）隧道位相移监控馋量测结萝果必须赏同时达矿到下列闭三项标使准时，使才可以弊进行二种次衬砌消施作：①隧穿道周边辜位移水铸平位移讯速度小技于0.娇2m踪蝶m/竟d；拱顶黑或底板衬垂直位难移速度墨小于0.1叠mm/楼d。（回归沿曲线锤后得俊到的嚼速度）②扁隧道畜周边缺水平蔬位移筒速度夸，以弊及拱予顶或班底板梢垂直壁位移辣速度核明显隔下降钻；③隧票道位移接相对值捐已达到娘总相对岩位移量类的90妖%以上。5.3二次衬膨砌施工此条件6、隧道监谜控量测鲜成果分却析6.止1举例轧：某叛某隧原道K13愤3+1搞80断面肌周边怜位移(对数摇函数)1).回归宵曲线:图1-周边位疯移-时间曲烤线回归预函数帮：AB：y=配-6燃.57晴8+3威.01志8Ln磁(x)；Xm答ax醒4纽奉55阔,般Ym增ax班=坡1便1.提89罪5AC：y=比-6.牢42适1+执2.弯93窃3L含n(蛋x)；Xm羊ax览=阳4闸55泼,爬Ym兰ax叙=11茧.5经30图2、周边视位移速电度-时间锻曲线回归函疾数：AB：y擦=只3.恼01茶8/味x；Xm锻ax讨=鲁4洗55惯,白Ym阻ax昼=授0推.0希07AC：y煎=报2.宜93效3/头x；Xma聋x=糕45掀5,列Yma柱x=往0.乞006图3、周坡边位炕移加蔑速度-时间曲易线2)丙.稳定晒性判密别表:变形等衣级管理(根据袋累计厦位移骗计算)AB线：管盘理等级出：II茅I，施持工状尸态：讨可正腐常施固工AC线：管捉理等级阁：II顿I，施工色状态：爬可正常锋施工分析孕结果(根据匀位移据变化跨速度们计算)AB线：济围岩积基本秩达到洋稳定龟。AC线：悄围岩成基本堡达到像稳定屿。分析结似果(根据位叛移变化采加速度挡计算)AB线：杠速率蝴不断怠下降锐，围易岩趋沟于稳族定状译态。AC线：速融率不断抹下降，念围岩趋察于稳定滨状态。3).综合严分析综上械所述醉：K13经3+1拐80监测惧断面AB线累计仁位移、闲位移速咐度均较备小、围鄙岩趋于滨稳定，父可正常谱施工。AC线累计基位移、货位移速托度均较悲小、围晋岩趋于阅稳定，太可正常右施工。6.题2举例律：某配某隧抄道k1伤33疯+1驴80拱顶下财沉(对数函舍数)1)窃.回归曲离线:图4、拱渐顶下勤沉位沈移-时间迹曲线图5、拱顶稳下沉速款度-时间曲爷线图6、拱顶条下沉加耕速度曲渗线-时间曲降线2)趋.稳定粮性判耕别表:变形渣等级颈管理(根据惜累计舰位移掏计算)A点：雨管理衬等级桥：I，施撇工状肆态：虚应采赵取特苗殊措佣施分析器结果(根据位轮移变化嫁速度计炼算)A点：果围岩溜基本宅达到滚稳定亮。分析结欢果(根据薪位移性变化每加速骄度计因算)A点：速或率不断撕下降，额围岩趋仆于稳定筑状态。3)顾.综合欠分析K13础3+1帽80监测真断面投拱顶A测点思累计僚位移殖较大娘、但正位移塔速度罚逐渐李减小猫，表惭明围鲁岩变惭形偏悦大，常应密制切注嚼意围端岩动浑向，零有待抵观测姑。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.腹3大风丫济口隧道犯地表下盲沉数据茂分析6.4地质支免护状态逢观察7、量测丽数据应炸用注意圾事项测点掀埋设猴应准确量测秀数据设应真实性量测数矛据量测历和反馈浑信息应及时院性量测数止据的突规变与位女移量测槽数据撤与施笔工状鄙态量测数刻据与修矩改设计8、隧道龟监控为量测史典型畅案例200染9年6月厦蓉翠高速公欺路(贵州升境)A顿T1碍7合同肌段托性苗坳眼隧道季属地伏质条券件差执的连灯拱隧利道，渐我公动司监召测人译员在倾现场梨监测将，地最表下碧沉值被在洞辰口段酿掘进番时明只显变偶化，兼且洞软内量缠测断江面的裁周边州收敛象、拱首顶下姓沉值洪变化统较大卸，表跪明围愚岩松贝弛在脊发展烤，支吹护的骂强度馅不够瞧。初闲期支灵护多听处出段现开设裂现尿象，访量测朗数据灯已经买超出斩规范茂规定藏值我偏方及锐时提选交预竭警报泼告（可分别卫以电础话、掏短信搭等方订式）花给业病主、需监理歇、施车工单逗位要谊求撤矿离人虏员，毫停止钓施工匀，最宵终凌萌晨3点钟掌隧道剖垮塌脆，无鼠人员训伤亡醒事故并，见匪照片7.8.1隧道茧监控悉量测武工程盛应用衰实例峡一20祝12年11月在丽皂攀高速功公路华穷坪隧道倾进口端坑左幅ZK1尖82+重815～ZK1袋82+溉821段，设坡计为V级围婶岩；左岩土先体主剖要为她褐色饲、浅恰灰色得、黄龙色粉躺质粘顽土及胁粉土兽，潮亮湿或换较潮惰湿，奔呈疏险松状帐、可借塑状泳；岩邮土体耻稳定弯性较加差，宜易发雨生小藏坍塌涨及大储塌方私。我筐公司雨监测货组发蝴现在搭地表ZK赤18帜2+叔80估0～ZK院18熊2+磁83浴1区域段仆，地表姥下沉各挡观测点况沉降位言移速度决发生急前剧变化得，地表活多条裂响缝有增答大趋势漠；隧道叮里程ZK1态82+从810～ZK密18坦2+柿82属1里程笼段观驴测断祝面位劝移速疏度急剧剧变裕化，尝初期鼓支护话出现胞环向帅裂缝辽。由恼于地伯表有询多条分裂缝唱在增漆长，警导致凶围岩链和初瓶期支色护呈俱不稳济定状坚态。惭我方己提交稠监控患量测袖预警博报告崇，预序警里罚程:①地表ZK1为82+宇800～ZK止18院2+猜83焰1②洞