4隧道監(jiān)控量測

1、隧道監(jiān)控量測QB/ZTYJGYGF-SD-0404-2011第五工程有限公司 譙生有1 前言1.1工藝工法概況隧道監(jiān)控量測是對圍巖動態(tài)監(jiān)控的重要手段，是新奧法的重要組成部分，新奧法主要創(chuàng)始人臘布希維茲于1944年開始研究隧道開挖后巖體隨時間變化的特性，1962年在第十三屆國際巖石力學會議上正式提出了新奧法，采用新奧法設(shè)計與施工的隧道，監(jiān)控量測是施工過程中必不可少的施工程序。通過監(jiān)控隧道施工中發(fā)生的變形情況，對圍巖的穩(wěn)定情況和支護結(jié)構(gòu)的可靠性做出預測，為圍巖穩(wěn)定性和支護、襯砌提供可靠性的信息，為二次襯砌確定合理的施作時間，為施工調(diào)整圍巖級別、修改支護系統(tǒng)設(shè)計和變更方法提供依據(jù)，確保施工安全。1.

2、2工藝原理監(jiān)控量測項目由必測項目和選測項目組成，必測項目主要監(jiān)測隧道洞內(nèi)外基本地質(zhì)情況、凈空變化、沉降縫兩側(cè)底板及路隧過渡段不均勻沉降、地表下沉等內(nèi)容；選測項目主要包括監(jiān)測隧底隆起、圍巖內(nèi)部位移、圍巖壓力、鋼筋及噴射混凝土受力、錨桿內(nèi)應力、二襯應力等內(nèi)容；通過對必測項目及根據(jù)工程規(guī)模、地質(zhì)條件、隧道埋深、開挖方法及其他特殊要求而開展的選測項目進行監(jiān)測，對觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和相互印證，從而科學有效地指導隧道施工，為隧道安全施工提供保障。2 工藝工法特點2.1采用必測項目和選測項目相結(jié)合的監(jiān)測模式，為指導隧道安全施工提供了豐富的量測數(shù)據(jù)。2.2 各監(jiān)測項目的監(jiān)測點設(shè)于同一斷面，不同監(jiān)測方法的監(jiān)測

3、數(shù)據(jù)可以相互印證。2.3 將全站儀無接觸目標測量方法引入隧道凈空收斂及拱頂下沉監(jiān)測，提高了量測效率，并保障了測量人員和設(shè)備的安全。 3 適用范圍本工藝工法適用于采用新奧法施工的鐵路、公路、水利等隧道工程。4 主要引用標準鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程TB10121公路隧道施工技術(shù)規(guī)范JTG F60鐵路工程測量規(guī)范TB10101鐵路隧道工程施工技術(shù)指南TZ204高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南鐵建設(shè)2010241號5 監(jiān)控量測施測方法 根據(jù)隧道埋深、圍巖級別、隧道斷面大小、開挖方法、支護類型等確定確定量測項目，并確定量測斷面間距和每個斷面上的測點、類型、位置、個數(shù)。按照量測項目和量測方法配置量測設(shè)備，按觀

4、測頻次要求對各測點及時進行觀測，對觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，指導隧道安全施工，當量測數(shù)據(jù)超過預警值時，為隧道支護參數(shù)進行調(diào)整提供分析依據(jù)。6 工藝流程及操作要點6.1量測工藝流程 量測工藝流程如圖1：圖1 量測工藝流程圖6.2操作要點 監(jiān)控量測的項目與方法隧道監(jiān)控量測的項目應根據(jù)工程特點、規(guī)模大小和設(shè)計要求綜合選定。量測項目可分為必測項目和選測項目兩大類。1必測項目及量測方法必測項目主要有隧道洞內(nèi)外基本地質(zhì)情況、凈空變化、沉降縫兩側(cè)底板及路隧過渡段不均勻沉降、地表下沉等內(nèi)容，量測項目及量測方法見表1：表1 必測項目及方法表序號監(jiān)測項目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

5、變化收斂計0.1mm一般進行水平收斂量測全站儀1mm一般進行三維多點量測3拱頂下沉水準測量水準儀、鋼尺、全站儀0.1mm1mm4沉降縫兩側(cè)底板不均勻沉降水準測量水準儀、銦鋼尺0.5mm沉降縫兩側(cè)底板（或仰拱填充層面）沉降5洞口段與路基過渡段不均勻沉降觀測水準測量，水準儀、銦鋼尺0.5mm洞口底板（或仰拱填充層面）與洞口過渡段的沉降6地表下沉水準測量水準儀、塔尺0.5mm淺埋隧道必測（H0 2B）注：H0隧道埋深；B隧道最大開挖寬度。必測項目為日常施工管理中所必須進行的量測項目，主要為位移測試項目。凈空收斂量測一般只進行水平收斂基線的量測，拱頂下沉可根據(jù)量測斷面大小及開挖方法，布置13個測點。地

6、表下沉量測可以反映隧道開挖對地表土體的影響，在淺埋地段應將地表下沉量測也作為必測項目。2選測項目及方法選測項目主要包括監(jiān)測隧底隆起、圍巖內(nèi)部位移、圍巖壓力、鋼筋及噴射混凝土受力、錨桿內(nèi)應力、二襯應力等內(nèi)容，量測項目及量測方法見表2：表2 選測項目及方法表序號監(jiān)測施工測試方法和儀器測試精度備 注1地表下沉水準測量水準儀、塔尺0.5mmH02B時2隧底隆起水準測量水準儀、銦鋼尺0.5mm3滲水壓力滲壓計、頻率接收儀0.01MPa4圍巖內(nèi)部位移多點位移計、頻率接收儀0.1mm5圍巖壓力壓力盒、頻率接收儀0.01MPa 6二次襯砌接觸應力壓力盒、頻率接收儀0.01MPa7鋼筋受力鋼筋計、頻率接收儀0.

7、01 MPa8噴射混凝土受力混凝土應變計 頻率接收儀9錨桿桿體應力鋼筋計、頻率接收儀0.01 MPa10二次襯砌內(nèi)應力混凝土應變計、頻率接收儀11爆破振動觀測爆破振動記錄儀 振動器臨近建筑物12圍巖彈性波速度彈性波測試儀注：H0隧道埋深；B隧道最大開挖寬度。選測項目應根據(jù)工程規(guī)模、地質(zhì)條件、隧道埋深、開挖方法及其他特殊要求，有選擇地進行。6.2.2量測斷面布置量測斷面間距和每個斷面上的測點、類型、位置、個數(shù)應根據(jù)隧道埋深、圍巖級別、隧道斷面大小、開挖方法、支護類型等確定。圍巖差的地段，量測斷面應布置多些，圍巖好的量測斷面應相對少一些，在不良地質(zhì)體中，應考慮布置一定數(shù)量的選測項目。地表下沉量測布

8、置的測點數(shù)應適當多一些，應能測到完整的縱、橫向沉降曲線，從而分析隧道施工的縱、橫向影響范圍和程度。1必測項目量測斷面布置1）凈空變化、拱頂下沉和地表下沉（淺埋地段）等必測項目應設(shè)置在同一斷面，地表有建筑物時，應在建筑物周圍增設(shè)地表下沉觀測點。一般，量測斷面間距應根據(jù)圍巖級別、隧道埋深、開挖方法按下表3規(guī)定：表3 量測斷面間距和每斷面測點數(shù)量圍巖規(guī)則斷面間距(m)每斷面測點數(shù)量凈空變化拱頂下沉-5-1012條基線1-3點10-3012條基線1點30-501條基線1點注：洞口及淺埋地段斷面間距取小值，軟巖隧道監(jiān)測斷面應適當加密。地表下沉（淺埋地段）觀測點布設(shè)應沿線路中線布點，間距530米，必要時設(shè)

9、12個橫斷面，每斷面711點，監(jiān)測范圍應在隧道開挖影響范圍以內(nèi)。2）沉降縫兩側(cè)底版不均勻沉降，洞內(nèi)沉降縫每側(cè)宜布置4個以上的觀測點。3）洞口段與路基過渡段不均勻沉降，結(jié)合路基沉降觀測，在洞口、距洞口510m、1520m、50m處各設(shè)一個觀測斷面。2選測項目量測斷面的布置各選測項目量測斷面的數(shù)量，宜根據(jù)設(shè)計要求進行布置，或在每級圍巖內(nèi)選有代表性的斷面12個，斷面上的測試元器件、類型、位置及個數(shù)根據(jù)需要確定。6.2.3量測頻率1凈空變化、拱頂下沉、地表下沉（淺埋地段）各量測項目的量測頻率應根據(jù)位移速度和量測斷面距開挖面距離確定。1）按位移速度確定量測頻率表4 按位移速度確定量測頻率表位移速度（mm

10、/d）量測頻率52次/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d2）按距開挖面距離確定量測頻率表5 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（01）b2次/d（12）b1次/d（25）b1次/23d5b1次/7d注：b隧道開挖寬度。當按位移速度和量測斷面距開挖面距離選擇的測頻率出現(xiàn)較大差異時，取量測頻率較高的作為實施的量測頻率。各項量測作業(yè)均應持續(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，應適當延長量測時間。地表下沉量測應在開挖工作面前方，隧道埋深與隧道開挖高度之和處開始量測點距，直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉、下沉基本停止

11、時為止。2 洞外觀察重點應在洞口段和洞身埋置深度較淺段；洞內(nèi)工作面觀察應在每次開挖后進行，已施工地段觀察每天至少進行一次。3 沉降縫兩側(cè)底版不均勻沉降，一般應每15天進行一次。4 洞口段與路基過渡段不均勻沉降，應和路基沉降觀測頻次一致，當環(huán)境條件發(fā)生變化或數(shù)據(jù)異常時應及時增加觀測次數(shù)。6.2.4隧道監(jiān)控量測的實施1 編制量測計劃隧道開工前，應根據(jù)隧道規(guī)模、地形、地質(zhì)條件、支護類型和參數(shù)、水果方法等，編制量測計劃。2 監(jiān)控量測計劃的內(nèi)容1）確定各個隧道的具體量測項目和方法。2）根據(jù)量測項目和量測方法，選擇實施各個量測項目的量測儀器，選配的儀器設(shè)備應經(jīng)濟實用并能滿足量測精度的要求。3）量測點的布置

12、方案和埋設(shè)方法。4）量測頻率5）量測數(shù)據(jù)的處理方法6）量測人員的組織機構(gòu)和管理體系。建立健全的管理體系，安排認真負責經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員負責擔任量測任務(wù)。編制量測計劃時，一定要切合工程實際，并注意與施工的進程相適應，量測方法要有可操作性，做到技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理。量測計劃應經(jīng)監(jiān)理工程師批準后，才能實施。3 量測點的埋設(shè)必測項目各量測點應距開挖面2m的范圍內(nèi)盡快埋設(shè)，量測點的埋設(shè)形式應結(jié)合具體的量測方法而定，凈空變化如果采用全站儀進行觀測，應在打入圍巖的錨桿上固定反射片作為觀測點，如果采用收斂儀和水準儀器觀測法進行凈空變化觀測，則應在打入圍巖的錨桿上固定鋼勾作為觀測點。觀測點應結(jié)合其它觀測項目埋

13、設(shè)在能夠反映圍巖變化特征的地方，測點應埋設(shè)及時、牢固可靠、易于識別，并注意保護，嚴防爆破損壞。 4 量測項目的觀測1）洞內(nèi)、外觀察洞內(nèi)觀察可分開挖工作面觀察和已施工地段觀察兩部分，開挖工作面觀察應在每次開挖后進行。觀察中發(fā)現(xiàn)圍巖條件惡化時，應立即采取相應處理措施；觀察后應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；對已施工地段的觀察每天至少應進行一次，主要觀察噴射混凝土、錨桿、鋼架和二次襯砌等的工作狀態(tài)。洞外觀察重點應在洞口段和洞身埋置深度較淺地段，其觀察內(nèi)容應包括地表開裂、地表沉陷、邊坡及仰坡穩(wěn)定狀態(tài)、地表水滲透情況等。2）拱頂下沉、收斂量測初始讀數(shù)宜

14、在36h內(nèi)完成，其它量測應在每次開挖后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)定的時間內(nèi)對觀測點進行初始觀測。拱頂下沉可采用水準儀配合懸掛的鋼尺進行觀測，也可采用無接觸目標全站儀對邊測量進行觀測；盡空收斂可采用收斂儀或者無接觸目標全站儀對邊測量進行觀測。3）拱頂下沉和地表下沉量測基點應與洞內(nèi)、外水準基點建立聯(lián)系。4）其它量測項目的初始讀數(shù)也應及時進行觀測。5）根據(jù)各個量測項目的觀測頻率，及時采集量測數(shù)據(jù)，需要增加觀測次數(shù)的應及時增加觀測次數(shù)。6）觀測過程中必須認真仔細，確保采集的量測數(shù)據(jù)真實、可靠。6.2.5量測數(shù)據(jù)的整理

15、、分析與反饋1 量測數(shù)據(jù)的整理1）現(xiàn)場量測所取得的原始數(shù)據(jù)，應進行數(shù)學處理，將各種量測數(shù)據(jù)進行分析對比、相互印證，以確定量測數(shù)據(jù)的可靠性，去掉測試錯誤的數(shù)據(jù)。每次量測后應及時進行數(shù)據(jù)整理，并繪制量測數(shù)據(jù)時態(tài)曲線和距開挖面關(guān)系圖。2）選擇合理的回歸曲線，對初期的時態(tài)曲線應進行回歸分析，預測可能出現(xiàn)的最大值和變化速度。3）周邊收斂量測后，必要時，可以對每條測線分別進行回歸分析，求出各自回歸精度最高的收斂時間回歸方程和收斂距開挖面距離回歸方程，以推算可能出現(xiàn)的最終位移和得出位移變化規(guī)律。2 量測數(shù)據(jù)分析1）按實測最大位移值或回歸預測最大位移值進行判別實測最大位移值或回歸預測最大位移值不應大于表所列指

16、標，并按變形管理等級指導施工。 位移控制基準根據(jù)測點距開挖面的距離可參考下表6要求確定。表6 位移控制基準類別距開挖面1B（U1B）距開挖面2B（U2B）距開挖面較遠允許值65%U090%U0100%U0注：B隧道最大開挖寬度；極限相對位移。 變形管理等級變形管理等級按三級管理，見表7：表7 變形管理等級管 理 等 級管 理 位 移 （mm）施 工 狀 態(tài)UU0/3可正常施工U0/3U2U0/3應加強支護U（2U0/3）應采取特殊措施注：U實測位移值；U0最大允許位移值。2）根據(jù)位移變化速度判別：凈空變化速度持續(xù)大于5.0mm/d時，圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應加強初期支護系統(tǒng)。凈空變化速度小于0

17、.2mm/d時，圍巖達到基本穩(wěn)定。在淺埋地段以及膨脹性和擠壓性圍巖等情況下，應采用其它指標判別。3）根據(jù)位移時態(tài)曲線的形態(tài)來判別：當圍巖位移速率不斷下降時（du2/d2t0），圍巖趨于穩(wěn)定狀態(tài)；當圍巖位移速率保持不變時（du2/d2t0），圍巖不穩(wěn)定，應加強支護；當圍巖位移速率不斷上升時（du2/d2t0），圍巖進入危險狀態(tài)，必須立即停止掘進，加強支護。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)分析時，應結(jié)合現(xiàn)場施工工況，對回歸曲線進行分析，并及時預警。3 信息反饋監(jiān)控量測工作必須緊跟開挖、支護作業(yè)，并按設(shè)計要求布設(shè)監(jiān)測點，并根據(jù)具體情況及時調(diào)整或增加量測的內(nèi)容。量測數(shù)據(jù)應及時分析處理，并將結(jié)果反饋給設(shè)計、監(jiān)理，實現(xiàn)動態(tài)設(shè)計、

18、動態(tài)施工。根據(jù)觀察、量測結(jié)果，判斷原設(shè)計不合適時，應及時修正設(shè)計，特別是量測結(jié)果與初期預測有較大差異，而確認必須進行設(shè)計變更時，根據(jù)圍巖的變化修正設(shè)計。對錨桿數(shù)量、形狀尺寸、噴混凝土厚度、材質(zhì)、一次掘進長度、鋼支撐的等進行局部修正或進行圍巖分級、支護模式、變形富裕量、開挖斷面形狀、施工方法、襯砌厚度等進行修改。7 勞動力組織 每個開挖面應組織一個量測小組負責該開挖面監(jiān)控量測工作，一個開挖面監(jiān)控量測人員組織見下表8：表8 勞動力組織序號工作項目主要作業(yè)內(nèi)容人 數(shù)測量技術(shù)員測量工1儀器操作操作全站儀、水準儀、收斂儀等量測儀器22配合協(xié)調(diào)扶尺、記錄、埋點、照明，配合采集量測數(shù)據(jù)23數(shù)據(jù)處理分析整理量

19、測數(shù)據(jù)，并對量測數(shù)據(jù)進行報表分析14小計228 主要機具設(shè)備 監(jiān)控量測主要機具應根據(jù)量測項目確定，部分選測項目使用的測量設(shè)備可根據(jù)實際需要另外增加，一個量測小組一般情況下應配置的測量設(shè)備見表9：表9 主要量測機具配置表序號機具設(shè)備名稱規(guī)格型號單位數(shù)量用途1地質(zhì)羅盤臺1觀察洞內(nèi)外地質(zhì)情況2全站儀2級，免棱鏡測距臺1拱頂下沉、凈空收斂3水準儀DS1臺1地表下沉、不均勻沉降、拱頂下沉4水準尺3m因瓦水準尺把2水準測量5鋼尺30m鋼尺把1拱頂下沉6收斂儀JSS30A臺1水平收斂9 質(zhì)量控制9.1易出現(xiàn)的質(zhì)量問題監(jiān)測點埋設(shè)不及時，造成量測初始值失真。9.1.2 監(jiān)測斷面間距不符合要求。9.1.3 觀測點

20、被碰撞造成觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異?；蛴^測點被破壞使觀測數(shù)據(jù)不連續(xù)。9.1.4 觀測不及時。9.1.5 觀測精度低。9.2保證措施9.2.1 隧道開挖后，應及時埋設(shè)監(jiān)測點，最遲應在開挖后12小時內(nèi)進行埋設(shè)。9.2.2 監(jiān)測斷面間距應根據(jù)圍巖變化及時調(diào)整，必要時應加密監(jiān)測斷面。9.2.3 在施工過程中應對監(jiān)測點作好防護工作，監(jiān)測點旁應設(shè)置醒目的警示標志，提醒施工人員在施工時不對監(jiān)測點進行破壞。9.2.4 當監(jiān)測標志上有混凝土或其它污染物時，每次觀測時應進行清理，防止混凝土等污染物造成觀測讀數(shù)有誤。9.2.5 監(jiān)測點遭到破壞時，應及時對破壞的監(jiān)測點進行恢復，并保持連續(xù)觀測。9.2.6 應按照規(guī)范規(guī)定的觀測頻

21、率及時觀測，不得隨意減少觀測頻次。9.2.7 當監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生異常時，應仔細分析原因，如因監(jiān)測點被碰撞造成數(shù)據(jù)異常時，應剔除異常變形值，如因圍巖變化產(chǎn)生異常，則應加密觀測頻率，并啟動監(jiān)測預警機制，及時采取施工措施。9.2.8 量測使用的測量設(shè)備除應按計量檢定規(guī)定進行年檢外，還應在日常使用過程中進行日常檢校，確保測量設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)，提高量測精度。9.2.9 采用的量測方法及測量設(shè)備應滿足量測精度要求，對不滿足要求的測量設(shè)備應進行更換。10 安全措施10.1主要安全風險分析量測作業(yè)過程中，對測量人員和測量設(shè)備可能造成傷害的風險因素主要有高空墜物、圍巖坍塌及隧道內(nèi)的施工車輛碰撞，地表沉降監(jiān)測時

22、，應防止地表滑坡。10.2保證措施 10.2.1 應加強測量人員的安全教育。10.2.2 量測人員進洞作業(yè)必須戴安全帽。10.2.3 量測作業(yè)時，測量人員或設(shè)備上空的其他高空施工作業(yè)應停止。10.2.4 量測過程中應隨時保持警惕，注意觀察作業(yè)面附近的圍巖穩(wěn)定情況，一旦有塌方跡象，應立即將人員和設(shè)備撤離至安全地帶。10.2.5量測作業(yè)時，應設(shè)置燈光警戒，防止測量施工車輛對測量人員和測量設(shè)備造成傷害。10.2.6加強洞內(nèi)電力、通風、排水管線路的管理，防止漏電、漏風傷人。10.2.7地表沉降監(jiān)測時，應注意觀察監(jiān)測范圍周遍邊坡穩(wěn)定情況，發(fā)現(xiàn)邊坡有失穩(wěn)跡象時應及時撤離滑坡危險區(qū)。11 環(huán)保措施 隧道內(nèi)進行測量作業(yè)時，不亂丟棄雜物，不得對施工通風、排水等設(shè)施造成影響和破壞。12 應用實例12