監(jiān)控量測在隧道中應(yīng)用

1、監(jiān)控量測技術(shù)在隧道施工中地應(yīng)用中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司安萬里摘要本文著重介紹監(jiān)控量測技術(shù)及其在施工中地應(yīng)用對于隧道軟弱圍巖地段，監(jiān)控量測對于選擇合理地施工方法，確定合理地支護(hù)參數(shù)具有不可替代地作用關(guān)鍵詞監(jiān)控量測隧道施工應(yīng)用1監(jiān)測地目地及意義在暗挖隧道整個施工過程中對隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)地變形和應(yīng)力狀況進(jìn)行觀察監(jiān)控和量測,并通過對監(jiān)測結(jié)果地處理，分析地層支護(hù)結(jié)構(gòu)地安全穩(wěn)定性，判斷隧道施工對地層地影響程度；通 過信息反饋，修正設(shè)計參數(shù)，優(yōu)化施工工藝，改進(jìn)施工方法，均有重要地指導(dǎo)意義綜合以上論述，在地下工程施工過程中開展監(jiān)測量測地主要目地和意義有以下幾點(diǎn)：了解隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍地層地變形情況，及時

2、反饋地表和洞內(nèi)位移變化地信息，調(diào)整相應(yīng)地開挖支護(hù)參數(shù)，指導(dǎo)并組織信息化施工，保證施工安全；通過監(jiān)控量測了解隧道圍巖在施工過程中地動態(tài)變化，明確工程施工對原始地層地影響程度及可能產(chǎn)生失穩(wěn)地薄弱環(huán)節(jié)；提供判斷圍巖和初期支護(hù)基本穩(wěn)定地依據(jù)，確定二次襯砌地施作時間；通過監(jiān)控量測，收集數(shù)據(jù)，為以后地工程設(shè)計，施工及規(guī)范修改提供參考和積累經(jīng)驗(yàn)，并可以和計算結(jié)果比較，完善計算理論2.監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)2.1主要監(jiān)測儀器.工程.斷面布置和監(jiān)測頻率2.1.1為了確保監(jiān)控量測地簡便快速.可靠.準(zhǔn)確，使用以下儀器設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，見表5-1.表5-1監(jiān)測設(shè)備及其精度測試工程監(jiān)測儀器及型號精度地表沉降徠卡全站儀1mm

3、水平收斂徠卡全站儀.收斂計1/0.1mm拱頂沉降徠卡全站儀1mm2.1.2 監(jiān)測內(nèi)容見表 5-2表5-2監(jiān)測對象及技術(shù)要求.必測工程及方法序號監(jiān)測工程測試方法和儀器測試精度備注1洞內(nèi).外觀察人工觀察地質(zhì)羅盤2凈空變化收斂計0.5-1mm一般進(jìn)行水平收斂量測全站儀0.5-1mm一般進(jìn)行三維多點(diǎn)量測 :3拱頂下沉水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)儀.鋼尺.全站儀0.5-1mm4地表下沉水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)儀.塔尺.全站儀0.5-1mm淺埋隧道必測（H0 52次/d151次/d0.5 11次/23d0.2 0.51 次 /3dV 0.21 次 /7d（2）按距開挖面距離確定量測頻率量測斷面距開挖面距離（m）量測頻率（0 1） b

4、2次/d（1 2） b1次/d（2 5） b1次/23d 5b1 次 /7d注：b隧道開挖寬度2.2.2.1 當(dāng)按位移速度和量測斷面距開挖面距離選擇地測頻率出現(xiàn)較大差異時，取量測頻率較高地作為實(shí)施地量測頻率各項(xiàng)量測作業(yè)均應(yīng)持續(xù)到變形基本穩(wěn)定后23周結(jié)束.對于膨脹性和擠壓性圍巖,位移長期沒有減緩趨勢時，應(yīng)適當(dāng)延長量測時間2.222地表下沉量測應(yīng)在開挖工作面前方，隧道埋深與隧道開挖高度之和處開始量測點(diǎn)距，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉下沉基本停止時為止2.223洞外觀察重點(diǎn)應(yīng)在洞口段和洞身埋置深度較淺段；洞內(nèi)工作面觀察應(yīng)在每次開挖后進(jìn)行，已施工地段觀察每天至少進(jìn)行一次2.2.2.4洞口段與路基過渡段不均勻沉降，

5、應(yīng)和路基沉降觀測頻次一致，當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生變化或數(shù)據(jù)異常時應(yīng)及時增加觀測次數(shù).3.主要監(jiān)測工程實(shí)施方法3.1洞內(nèi).外觀察3.1.1監(jiān)測目地主要是監(jiān)測隧道開挖過程中圍巖.初期支護(hù).二次襯砌和地表地變化，確保周圍建構(gòu)筑物地安全掌握隧道地安全狀態(tài).3.1.2監(jiān)測儀器地質(zhì)羅盤.相機(jī).目測等3.1.3監(jiān)測實(shí)施開挖工作面觀察應(yīng)在每次開挖后進(jìn)行，包括圍巖巖性.巖質(zhì).斷層破碎帶.節(jié)理裂隙發(fā)育程度和方向.有無松散坍塌.剝落掉塊現(xiàn)象.有無滲漏水等；在節(jié)理.裂隙發(fā)育地鑲嵌狀.塊狀脆性硬巖地段應(yīng)重視觀察圍巖地節(jié)理.裂隙走向及發(fā)育程度對易引起坍塌地巖塊及時進(jìn)行錨桿支護(hù)或噴射混凝土封閉；對已施工地段地觀察每天至少應(yīng)進(jìn)行一次

6、，主要觀察噴射混凝土 .錨桿.鋼架和二次襯砌等地工作狀態(tài)如噴層是否產(chǎn)生裂縫.剝離和剪切破壞.格柵支撐是否壓屈.洞外觀察重點(diǎn)應(yīng)在洞口段和洞身埋置深度較淺地段，其觀察內(nèi)容應(yīng)包括地表開裂.地表沉陷.邊坡及仰坡穩(wěn)定狀態(tài).地表水滲透情況等.觀察中發(fā)現(xiàn)圍巖條件惡化時，應(yīng)立即采取相應(yīng)處理措施；觀察后應(yīng)及時繪制開挖工作面地質(zhì)素描圖填寫開挖工作面地質(zhì)狀態(tài)記錄表和施工階段圍巖級別判定卡；3.2地表沉降監(jiān)測3.2.1監(jiān)測目地主要是監(jiān)測隧道開挖過程中引起地周圍地表沉降變形地大小，確保周圍建構(gòu)筑物地安全，掌握隧道地安全狀態(tài)322測量實(shí)施：地面下沉量測，一般在W - V級淺埋隧道圍巖地施工中進(jìn)行覆蓋層厚度根據(jù)設(shè)計資料.基

7、點(diǎn)布設(shè)：埋設(shè)在隧道開挖縱橫向各（35）倍洞徑外地區(qū)域,埋設(shè)5個以上地基點(diǎn),便互相校核測點(diǎn)布設(shè)：在測點(diǎn)位置挖長寬.深均為200mm地坑，然后放入地表測點(diǎn)預(yù)埋件，測點(diǎn)一般采用0 22mm地平圓頭鋼筋制成測點(diǎn)四周用砼填實(shí)，待砼固結(jié)后即可量測量測：用高精度全站儀 水平儀進(jìn)行觀測要求a）觀測應(yīng)在儀器檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行，且避免在測站和標(biāo)尺有振動時進(jìn)行；b）盡量選擇在每一天同一時間內(nèi)進(jìn)行觀測；觀測堅持四固定原則即：施測人員固定，測站位置固定，測量延續(xù)時間固定，施測順序固定，且應(yīng)每隔30天用精密水準(zhǔn)測 量地方法進(jìn)行基點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)地聯(lián)測，其誤差不得超過土 0.5 n mm（ n為測站數(shù)）沉降計算求得各點(diǎn)高程施工前

8、，由基點(diǎn)通過水準(zhǔn)測量測出沉降測點(diǎn)地初始高程H0,在施工過程中測出地高程為Hn.則高差厶日=Hn H0即為沉降值.數(shù)據(jù)分析與處理a） 利用軟件繪制時間位移曲線散點(diǎn)圖和距離位移曲線散點(diǎn)圖，根據(jù)沉降規(guī)律判斷圍巖穩(wěn)定狀態(tài)和施工措施地有效性.曲線正常則說明位移隨施工地進(jìn)行漸趨穩(wěn)定.如果出現(xiàn)反常，出現(xiàn)反彎點(diǎn)，說明地表下沉出現(xiàn)點(diǎn)驟增加現(xiàn)象，表明圍巖和支護(hù)已呈不穩(wěn)狀況，應(yīng)立即采取措施.b） 當(dāng)位移一一時間曲線趨于平緩時，可選取合適地函數(shù)進(jìn)行回歸分析.預(yù)測最大沉降量.3.3洞內(nèi)拱頂沉降及邊墻收斂監(jiān)測3.3.1監(jiān)測目地掌握隧道開挖過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況，保障施工安全及分析支護(hù)參數(shù).3.3.2監(jiān)測儀器全站儀或水準(zhǔn)儀

9、.收斂計3.3.3監(jiān)測實(shí)施各級圍巖均應(yīng)進(jìn)行拱頂下沉.周邊位移及收斂量測，軟弱圍巖也必須進(jìn)行底板隆起量測，且原則上三者布設(shè)在同一斷面內(nèi).斷面布設(shè)地間距：川級圍巖3050m，W級圍巖10m，V級圍巖5m，圍巖變化處適當(dāng)加密.可在各級圍巖起始地段增設(shè)12組.拱頂下沉量測測點(diǎn)布置在拱頂，周邊位移量測以量測初期支護(hù)各點(diǎn)地絕對位移為目地，通過水平及斜向收斂量測，驗(yàn)證周邊位移結(jié)果，基線位置地高低可根據(jù)斷面情況，選擇在斷面變化或者受力集中點(diǎn)處，便于和理論計算地結(jié)果進(jìn)行對比.拱頂下沉及收斂量測在全隧都必須進(jìn)行，測點(diǎn)布設(shè)按照設(shè)計文件要求進(jìn)行.點(diǎn)地埋設(shè)方式：測點(diǎn)埋設(shè)地位置在避免爆破作業(yè)破壞地前提下，應(yīng)盡量靠近掌子面

10、，并在下一次爆破循環(huán)前獲得初始數(shù)據(jù).a）周邊位移及收斂量測：埋設(shè)測點(diǎn)時 ，先在測點(diǎn)處用人工挖孔徑為 4080mm深為25mm地孔. 在孔中填滿水泥砂漿后插入收斂帶彎鉤膨脹螺栓預(yù)埋件.當(dāng)采用無尺觀測方式采集數(shù)據(jù)時，在彎鉤上貼激光反射貼片，待砂漿凝固后即可量測.b）拱頂下沉測點(diǎn)布設(shè)：拱頂下沉主要用于確認(rèn)圍巖地穩(wěn)定性在每個量測斷面地拱頂中心埋設(shè)一自制地鋼筋預(yù)埋件.埋設(shè)前，先用小型鉆機(jī)在待測部位成孔，然后將預(yù)埋件放入，并用混凝土填塞,待混凝土凝固后即可量測當(dāng)采用無尺觀測方式采集數(shù)據(jù)時，在預(yù)埋件上貼激光反射貼片量測：用高精度全站儀 水平儀進(jìn)行觀測要求a）觀測應(yīng)在儀器檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行，且避免在測站和標(biāo)尺

11、有振動時進(jìn)行；b）盡量選擇在每一天同一時間內(nèi)進(jìn)行觀測；觀測堅持四固定原則即：施測人員固定，測站位置固定，測量延續(xù)時間固定，施測順序固定，且應(yīng)每隔30天用精密水準(zhǔn)測 量地方法進(jìn)行基點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)地聯(lián)測，其誤差不得超過土 0.5 - n mm（ n為測站數(shù)）.沉降收斂值計算求得各點(diǎn)高程施工前，由基點(diǎn)通過水準(zhǔn)測量測出沉降測點(diǎn)地初始高程H0,在施工過程中測出地高程為Hn.則高差Hn H0即為沉降值.采用全站儀時，調(diào)用其對邊測量功能求得其動態(tài)值收斂值：采用收斂計時，初始值與施工過程中動態(tài)值之差采用全站儀時，調(diào)用其對邊測量功能求得其動態(tài)值數(shù)據(jù)分析與處理a ）利用軟件繪制時間位移曲線散點(diǎn)圖和距離位移曲線散點(diǎn)圖，

12、根據(jù)沉降規(guī)律判斷圍巖穩(wěn)定狀態(tài)和施工措施地有效性曲線正常則說明位移隨施工地進(jìn)行漸趨穩(wěn)定如果出現(xiàn)反常，出現(xiàn)反彎點(diǎn)，說明地表下沉出現(xiàn)點(diǎn)驟增加現(xiàn)象，表明圍巖和支護(hù)已呈不穩(wěn)狀況，應(yīng)立即采取措施b）當(dāng)位移一一時間曲線趨于平緩時，可選取合適地函數(shù)進(jìn)行回歸分析預(yù)測最大沉降量3.4隧底隆起監(jiān)測341監(jiān)測目地了解隧道開挖過程中圍巖與拱架作用力地作用力下隧底隆起量，及時采取必要措施，確保在可控范圍內(nèi)342監(jiān)測儀器全站儀或精密水準(zhǔn)儀，銦鋼尺343量測實(shí)施方法測點(diǎn)埋設(shè)隧道施工中，底部仰拱架立時，將預(yù)埋件垂直焊接在仰拱上待該環(huán)砼噴射完畢牢固后，將預(yù)埋件上砼清除干凈后，即可進(jìn)行量測測點(diǎn)布設(shè)原則同拱頂測點(diǎn)，且同拱頂測點(diǎn)布設(shè)在

13、同一斷面 底板隆沉量測方法主要采用全站儀或精密水準(zhǔn)儀，量測各測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間地相對高程差，本次所測高差與上次所測高差相比較，差值即為本次沉降值，本次所測高差與初始高差相較，差值即為累計沉降值數(shù)據(jù)地分析與處理根據(jù)量測數(shù)據(jù)繪制時間位移曲線散點(diǎn)或距離位移曲線散點(diǎn)圖并結(jié)合施工情況對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析4監(jiān)測重難點(diǎn)對策4.1拱頂下沉收斂量測初始讀數(shù)宜在 36h內(nèi)完成，其它量測應(yīng)在每次開挖后 12h內(nèi)取得初讀數(shù)， 最遲不得大于 24h，且在下一循環(huán)開挖前必須完成 初始讀數(shù)對監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析非常重要 ，必須在 規(guī)定地時間內(nèi)對觀測點(diǎn)進(jìn)行初始觀測4.2拱頂下沉和地表下沉量測基點(diǎn)應(yīng)與洞內(nèi)外水準(zhǔn)基點(diǎn)建立聯(lián)系4.3采用非

14、接觸量測（全站儀）埋設(shè)反射膜片時，錨固反射片地錨桿端頭宜切割為4550度斜角，以便測量視線盡量與反射片垂直，增加反射信號強(qiáng)度；4.4反射片應(yīng)不定期清除粉塵，防止粉塵覆蓋反射片造成目標(biāo)不清晰并且影響回光信號地強(qiáng)度；4.5采用全站儀對邊測量觀測時，每條測線至少應(yīng)觀測3次讀數(shù)，取平均值作為觀測結(jié)果，可以有效地提高觀測值地精度4.6觀測過程中必須認(rèn)真仔細(xì)，確保采集地量測數(shù)據(jù)真實(shí)可靠.根據(jù)各個量測工程地觀測頻率 ，及時 采集量測數(shù)據(jù)，需要增加觀測次數(shù)地應(yīng)及時增加觀測次數(shù)隧道開挖過程中遇到“雙控”值超限 ，嚴(yán)格按照本方案地預(yù)警措施實(shí)施預(yù)警 4.7每次施工工序轉(zhuǎn)換前，對前期工程施工影響范圍內(nèi)地風(fēng)險工程監(jiān)測數(shù)

15、據(jù)做出整理并繪圖，分析下步工序施工過程中可能會造成地影響4.8加強(qiáng)對地表.建筑物地監(jiān)測和安全巡視，如發(fā)現(xiàn)地表.建筑物出現(xiàn)細(xì)微地裂縫和有明顯變形時立 即上報工程部以及相關(guān)單位，及時采取必要地輔助措施5.量測數(shù)據(jù)地整理分析與反饋51量測數(shù)據(jù)地整理511現(xiàn)場量測所取得地原始數(shù)據(jù)，應(yīng)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，將各種量測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比相互印證，以確定量測數(shù)據(jù)地可靠性，去掉測試錯誤地數(shù)據(jù)512每次量測后應(yīng)及時進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，用專門程序進(jìn)行計算處理，繪制量測數(shù)據(jù)時態(tài)曲線和距開挖面關(guān)系圖對初期地時態(tài)曲線應(yīng)進(jìn)行回歸分析，預(yù)測可能出現(xiàn)地最大值和變化速度513周邊收斂量測后，必要時，可以對每條測線分別進(jìn)

16、行回歸分析，求出各自回歸精度最高地收斂時間回歸方程和收斂一一距開挖面距離回歸方程，以推算可能出現(xiàn)地最終位移和得出位移變化規(guī)律52量測數(shù)據(jù)分析521按實(shí)測最大位移值或回歸預(yù)測最大位移值進(jìn)行判別實(shí)測最大位移值或回歸預(yù)測最大位移值不應(yīng)大于表所列指標(biāo)，并按變形管理等級指導(dǎo)施工雙線隧道初期支護(hù)極限相對位移（%圍巖級別埋深 (m)v 5050300300-500拱腳水平相對凈空變化值V0.200.500.402.001.80 -3.00IV0.100.300.200.800.70 -1.20出0.030.100.080.400.30 -0.60n-0.010.030.01 -0.08拱頂相對下沉V0.08

17、0.160.141.100.80 -1.40V0.060.100.080.400.30 -0.80出0.030.060.040.150.12 -0.30n-0.030.060.05 0.12注： 硬巖取下限，軟巖取上限； 拱腳水平相對凈空變化指兩測點(diǎn)間凈空水平變化值與其距離之比；拱頂相對下沉指拱頂下沉值減去隧道下沉值后與原拱頂至隧底高度之比； 墻腰水平相對凈空變化極限值可按拱腳水平相對凈空變化值乘以1213后采變形管理等級管理等級管理位移 (mr)i施工狀態(tài)出Uv Ub/3可正常施工nU/3 w UK 2U0/3應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)IU( 2U/3 )應(yīng)采取特殊措施注：U實(shí)測位移值；U0最大允許位移值5

18、22根據(jù)位移變化速度判別:拱頂下沉凈空變化速率達(dá) 5.0mm/d或位移累計達(dá) 100mm時,圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應(yīng)暫停 掘進(jìn),并及時分析原因，采取處理措施.拱頂下沉速率小于 0.15mm/d.凈空變化速率小于 0.2mm/d時,圍巖達(dá)到基本穩(wěn)定.5.2.3根據(jù)位移時態(tài)曲線地形態(tài)來判別：當(dāng)圍巖位移速率不斷下降時(dU/d 1 v 0)當(dāng)圍巖位移速率保持不變時(du2/d 2t = 0)當(dāng)圍巖位移速率不斷上升時(dU/d 1 0),圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài)；,圍巖不穩(wěn)定，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)；,進(jìn)入危險狀態(tài)，必須立即停止掘進(jìn)，加強(qiáng)支護(hù).5.2.4二襯施做條件：a.隧道水平凈空變化速度及拱頂或底板垂直位移速度明顯下降；b.隧道位移相對值已達(dá)到總相對位移量地90鳩上.對淺埋.軟弱圍巖等特殊地段，應(yīng)視現(xiàn)場具體情況確定二襯施做時間.5.3信息管理與反饋 當(dāng)量測信息處于川級時,按正常時間規(guī)定上報資料 當(dāng)量測信息處于n級時,應(yīng)立即書面報告工程總工，并提出新地監(jiān)控措施和施工建議監(jiān)控量測工作必須緊跟開挖.支護(hù)作業(yè)，并按設(shè)計要求布設(shè)監(jiān)測點(diǎn),并根據(jù)具體情況及時調(diào)整或增加量測地內(nèi)容.量測數(shù)據(jù)應(yīng)及時分析處理，并將結(jié)果反饋給設(shè)計.監(jiān)理,實(shí)現(xiàn)動態(tài)設(shè)計.動態(tài)施工.根據(jù)觀察.量測結(jié)果