大麗北衙隧道監(jiān)控量測作業(yè)指導(dǎo)書

1、大麗北衙隧道監(jiān)控量測作業(yè)指導(dǎo)書大麗鐵路N7標(北衙隧道)監(jiān)控量測作業(yè)指導(dǎo)書擬制： 復(fù)核： 大麗鐵路N7標項目經(jīng)理部二工區(qū)北衙隧道監(jiān)控量測作業(yè)指導(dǎo)書監(jiān)控量測是信息化設(shè)計與施工的重要內(nèi)容，應(yīng)將監(jiān)控量測納入工序管理,作為隧道施工的有機組成部分。由于地下工程的受力特點及其復(fù)雜性，通過施工現(xiàn)場的監(jiān)控量測所得到的信息，為判斷圍巖穩(wěn)定性，支護、襯砌可靠性，二次襯砌合理施作時間，以及調(diào)整施工方法、改變支護設(shè)計參數(shù)、調(diào)整預(yù)留變形量等修正設(shè)計提供原始依據(jù)，同時將量測等到的結(jié)果迅速反饋到設(shè)計施工中去，以提高隧道施工的安全性、經(jīng)濟性。一、監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測方法1、監(jiān)測內(nèi)容根據(jù)隧道圍巖地質(zhì)情況和設(shè)計文件及相關(guān)規(guī)范要求，北衙

2、隧道確定的量測內(nèi)容見下表。 監(jiān)測內(nèi)容匯總表序號監(jiān)測項目監(jiān)測儀器監(jiān)測目的1地表下沉DS32型水準儀、塔尺掌握隧道施工時地表沉降的規(guī)律2隧道拱頂下沉DS32型水準儀，鋼掛尺、塔尺了解隧道施工過程中隧道支護結(jié)構(gòu)變位規(guī)律3隧道水平收斂數(shù)顯式收斂儀(SGS-1收斂儀)4支護狀態(tài)觀測每次開挖后對開挖面進行觀測，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即進行處理；對已施工的區(qū)段每天至少觀察一次，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂、突出等異常應(yīng)立即采取應(yīng)急措施。了解隧道支護結(jié)構(gòu)及圍巖地穩(wěn)定情況2、測點布置凈空變化、拱頂下沉和地表下沉（淺埋地段）等必測項目應(yīng)設(shè)置在同一斷面，其量測斷面間距及測點數(shù)量應(yīng)根據(jù)圍巖級別、隧道埋深、開挖方法等，沿隧道縱向在拱頂及內(nèi)軌頂

3、布設(shè)測點，單線測點間距：V級圍巖510米，級圍巖1030米，級圍巖3050米；雙線或三線大跨測點間距：按單線圍巖級別降一級處理。預(yù)埋環(huán)采用22鋼筋（或購買膨脹螺栓），長30cm，制環(huán)材料采用6鋼筋，將環(huán)焊接在22鋼筋尾端。按照圍巖級別以相應(yīng)的間距埋設(shè)預(yù)埋環(huán)，打30cm深風鉆孔，用水泥將直桿部分埋入孔中，環(huán)外露即可。拱頂點應(yīng)布置在隧道中線上。拱頂點、水平收斂點布設(shè)在同一里程斷面上。全斷面開挖水平收斂點高度布設(shè)在軌頂標高處。示意圖如下：圖1 測點布置示意圖臺階法開挖水平收斂點高度布設(shè)在上半斷面拱腳標高上1m處。示意圖如下：圖2 測點布置示意圖3、量測頻率、變形管理等級、量測管理取值標準量測頻率與結(jié)

4、束標準見下表： 量測頻率表位移速度（mm/d）量測斷面距開挖面距離量測頻率5（01）B2次/d15（12）B1次/1d0.51（12）B1次/23d 0.20. 5（25）B1次/3d 5B1次/7d 注：B表示隧道開挖寬度變形管理等級標準表管理等級管理位移施工狀態(tài)U0Un/3可正常施工Un/3U02 Un/3加強支護、及時支護U02Un/3采取特殊措施注：U0為變形實測值，Un容許實測值，見“結(jié)構(gòu)容許相對位移表”。Un的確定應(yīng)考慮圍巖類別、隧道埋深等因素選擇。結(jié)構(gòu)允許相對位移表（）拱腳水平相對凈空收斂值圍巖類別50m50m300m拱頂相對下沉值圍巖類別50m50m300m0.010.04注：

5、1、水平相對收斂值系指實測收斂與兩測點間距離之比； 2、硬質(zhì)圍巖的隧道取表中較小值，軟質(zhì)圍巖的隧道取表中較大值；3、本表所列數(shù)值可在施工過程中通過實測和資料積累作適當修正；當施工中出現(xiàn)下列情況之一時，應(yīng)立即停止施工，采取措施處理。（1）支護結(jié)構(gòu)及其背后土體坍塌、滑移及開裂。（2）監(jiān)測數(shù)據(jù)有不斷增大的趨勢。（3）支護結(jié)構(gòu)變形過大，超過控制基準或出現(xiàn)明顯的受力裂縫并不斷發(fā)展。（4）時態(tài)曲線長時間沒有變緩的趨勢等。各量測作業(yè)均應(yīng)持續(xù)到變形基本穩(wěn)定后23周結(jié)束，變形基本穩(wěn)定應(yīng)符合隧道周邊位移速度有明顯減緩趨勢。參照我國現(xiàn)行錨噴支護規(guī)范：拱腳水平收斂變化速度小于0.2mm/d,拱頂相對下沉速度小于0.1

6、5mm/d時，作為圍巖穩(wěn)定標志之一。對于洞口段軟弱圍巖，位移長期沒有減弱趨勢時，應(yīng)適當延長量測時間。二監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與信息反饋施工期間，監(jiān)測人員在每次監(jiān)測后，及時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制拱頂下沉、水平收斂位移隨時間及工作面距離變化的時態(tài)曲線，了解其變化趨勢。在取得足夠的數(shù)據(jù)后，還應(yīng)根據(jù)散點圖的數(shù)據(jù)分布狀況，選擇合適的函數(shù)，對監(jiān)測結(jié)果進行回歸分析，以預(yù)測該測點可能出現(xiàn)的最大位移值和變化速率，綜合判斷圍巖和支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并根據(jù)變形的等級管理標準及時反饋施工，作出結(jié)構(gòu)安全性、經(jīng)濟性評價，提出合理化建議。1、可采用的回歸函數(shù)有：U= A +Blnt或 （U= A + Blg（1+t）U=t/（A+ Bt）

7、U=Ae-B/t U=A（e-Bt-e-Bt0） U=Alg（B+t）/（B+t0）式中： U 變形值 A、B 回歸系數(shù) t、t0 測點的觀測時間（day）2、量測數(shù)據(jù)處理回歸分析在現(xiàn)場測試中，由于測試條件、人員等因素的影響，給測試數(shù)據(jù)造成偶然誤差，使散點圖上下波動，應(yīng)用中必須進行數(shù)學(xué)處理，以某一函數(shù)式來表示，進而獲得能較準確反映實際情況的典型曲線，找出測試數(shù)據(jù)隨時間變化的規(guī)律，并推算測試數(shù)據(jù)的極值，為監(jiān)控設(shè)計提供重要信息。21一元線性回歸一元線性回歸是研究被測物理量隨時間呈線性變化的規(guī)律，若被測物理量（位移）為y,觀測時間為x，找出一直線函數(shù)式來表示兩個變量Y與X的關(guān)系，即：y=a+bx。實

8、測數(shù)據(jù)散點一般都不在直線上，要使選擇的直線與實際散點相差最小，最有代表性，故采用最小二乘法原理來判別。即使平方和:達到最小的回歸線是最好的。使上述平方和達到最小的回歸線的A、B分別為：b=Lxy/Lxx其中：； 22 一元非線性回歸在現(xiàn)場測試中，兩變量之間多數(shù)不是線性關(guān)系，而是某種曲線關(guān)系，如何選擇適當類型的曲線，進行一元非線性回歸，可按下述步聚進行： 選擇能代表兩變量X與Y之間內(nèi)在關(guān)系的函數(shù)類型。在選擇中，主要是從散點圖的分布特征，變化點是否具有收斂性等特點，進行選擇，具體工程應(yīng)用中，選擇何種曲線函數(shù)，不能單純依靠理論上的推導(dǎo)，還要借鑒以往的經(jīng)驗，才能選出滿意的函數(shù)類型。求出兩不變量x與y相

9、關(guān)函數(shù)中的未知參數(shù)。欲求非線性函數(shù)中的未知參數(shù)，首先是通過把非線性的函數(shù)轉(zhuǎn)化為線性函數(shù)關(guān)系（Y=A+BX），然后按線性函數(shù)求未知參數(shù)的方法求出未知參數(shù)，再由參數(shù)變換式求得選定的曲線函數(shù)的未知參數(shù)，而得到曲線函數(shù)的回歸方程。經(jīng)過剩余標準離差分析，感到精度不夠理想時，則可另選擇一種曲線函數(shù)按上述步聚在進行重新分析。2.3算例(以北衙隧道某斷面處拱頂位移為例)1、用指數(shù)函數(shù)進行回歸（）：求未知參數(shù)a、b 將取自然對數(shù)：Lny=Lna-b/x,令y=Lny;x=1/x；a=Lna;b=-b則有：y=a+bLnx用一元線性回歸列表計算方法，求出線性回歸系數(shù)a、 b。具體算法見表1、見表2、見表3用常對數(shù)

10、函數(shù)進行回歸（）：求未知參數(shù)a、b，令y=y;x=Lnxa=a;b=b則有：y=a+bx用一元線性回歸列表計算方法，求出線性回歸系數(shù)a、 b。具體算法見表1、見表4、見表5注：因該函數(shù)無極限值，需根據(jù)經(jīng)驗判別圍巖穩(wěn)定時間。 沉 降 觀 測 記 錄 表1施工單位：中鐵隧道集團大麗鐵路項目部一工區(qū) 編號：DL7BY2DK75+350工 程 名 稱北衙隧道觀測點布置簡圖水 準 點 編 號BM75+350水準點所在位置DK75+350水準點高程(m)觀測日期：06-5-29自 05 年11 月 29 日起至 05 年 12 月 18 日止觀 測 點觀測時間實測標高(m)本期沉降量(mm)總沉降量(mm

11、)說 明月日時拱頂112900初始讀數(shù)1130113112112212312412512111218監(jiān)理： 復(fù)核： 計算： 測量： 收斂位移回歸(Y=ae(-b/x)計算表 表2編號及算式XYXi=1/XiYi=LnYiXi2XiYiYi2111.0000 -0.6931 1.0000 -0.6931 0.4805 220.5000 -0.2231 0.2500 -0.1116 0.0498 330.3333 0.4700 0.1111 0.1567 0.2209 440.2500 0.5878 0.0625 0.1469 0.3455 550.2000 0.7419 0.0400 0.148

12、4 0.5505 660.1667 0.9163 0.0278 0.1527 0.8396 770.1429 0.9555 0.0204 0.1365 0.9130 8130.0769 1.0647 0.0059 0.0819 1.1336 9203.0 0.0500 1.0986 0.0025 0.0549 1.2069 61.00 17.80 2.72 4.92 1.52 0.07 5.74 N=9LXX=Xi'21/N(Xi')20.70 LX'Y'=XiYi1/N(Xi')(Yi')-1.41 LYY=Yi'21/N

13、(Yi')23.05 b'=LX'Y''/LX'X'-2.02 a'=1/NYi'-b/NXi'1.16 b=-b'2.02 a=ea'3.18 Y=ae(-b/x)Y=3.18e(-2.02/x)-0.97 計算：復(fù)核：監(jiān)理：日期： 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理分析表 表3施工單位：中鐵隧道集團大麗鐵路項目部一工區(qū) 編號：DL7BY2- DK75+350工 程 名 稱北衙隧道測點布置簡圖測 點 編 號BY2-350測點所在位置拱頂水準點高程(m)觀測日期： 05-11-29 數(shù)據(jù)處理日

14、期：05-12-18 水平、沉降位移隨時間或工作面距離變化的時態(tài)曲線圖：時態(tài)曲線回歸分析處理（判斷位移量大小和變化速率，綜合判斷圍巖和支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性）：對以上數(shù)據(jù)處理采用指數(shù)函數(shù)曲線擬合時間位移曲線，運用最小二乘法原理,采用EXCEL表進行計算，得到指數(shù)回歸方程：Y=3.18e(-2.02/x) ，相關(guān)系數(shù)r= 0.97 ,預(yù)測總沉降量（極限位移）為y=3.18 mm。變形基本穩(wěn)定，拱頂下沉變化速率小于0.15mm/d。圍巖趨于穩(wěn)定，且收斂較快。 級圍巖最大允許沉降位移值U0= 108500.1=10.85mm, V V0/3。 數(shù)據(jù)處理結(jié)論: 管理等級 級，可以按原施工方案進行施工,同時將

15、設(shè)計預(yù)留變形量由7cm調(diào)整為2cm。監(jiān)理： 復(fù)核： 計算： 分項技術(shù)負責人： 收斂位移回歸(Y=a+bLnX)計算表 表3編號及算式XiYiXi=LnXiYi=YiXi2XiYiYi2110.50 0.00 0.50 0.00 0.00 0.25 220.80 0.69 0.80 0.48 0.55 0.64 331.60 1.10 1.60 1.21 1.76 2.56 441.80 1.39 1.80 1.92 2.50 3.24 552.10 1.61 2.10 2.59 3.38 4.41 662.50 1.79 2.50 3.21 4.48 6.25 772.60 1.95 2.60

16、 3.79 5.06 6.76 8132.90 2.56 2.90 6.58 7.44 8.41 9203.00 3.00 3.00 8.97 8.99 9.00 61.00 17.80 14.09 17.80 28.75 34.15 41.52 N=9LXX=Xi'21/N(Xi')26.70 LX'Y'=XiYi1/N(Xi')(Yi')6.29 LYY=Yi'21/N(Yi')26.32 b'=LX'Y''/LX'X'0.94 a'=1/N

17、Yi'-b/NXi'0.51 b=b'0.94 a=a'0.51 Y=a+bLnX0.97 預(yù)測第30天總沉降位移3.71 計算：復(fù)核：監(jiān)理：日期： 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理分析表 表5施工單位：中鐵隧道集團大麗鐵路項目部二工區(qū) 編號：DL7BY2- DK75+350工 程 名 稱北衙隧道測點布置簡圖測 點 編 號BY2-350測點所在位置拱頂水準點高程(m)觀測日期： 05-11-29 數(shù)據(jù)處理日期：05-12-18 水平、沉降位移隨時間或工作面距離變化的時態(tài)曲線圖：時態(tài)曲線回歸分析處理（判斷位移量大小和變化速率，綜合判斷圍巖和支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性）：對以上數(shù)據(jù)處

18、理采用常對數(shù)函數(shù)曲線擬合時間位移曲線，運用最小二乘法原理,采用EXCEL表進行計算，得到指數(shù)回歸方程：y=0.51+0.94Lnx ，相關(guān)系數(shù)r= 0.97 ,預(yù)測第30天總沉降量為y=3.71 mm。變形基本穩(wěn)定，拱頂下沉變化速率小于0.15mm/d。圍巖趨于穩(wěn)定，且收斂較快。 級圍巖最大允許沉降位移值U0= 108500.1=10.85mm, V= V0/3。 數(shù)據(jù)處理結(jié)論: 管理等級 級，可以按原施工方案進行施工,同時將設(shè)計預(yù)留變形量由7cm調(diào)整為2cm。監(jiān)理： 復(fù)核： 計算： 分項技術(shù)負責人：3、用卡西歐4800（或4850）計算器對量測數(shù)據(jù)按常對數(shù)函數(shù)（）進行回歸分析：隨著電子技術(shù)的

19、廣泛應(yīng)用工程單位，工程單位大多數(shù)擁有卡西歐4800（或4850）計算器，現(xiàn)將采用4850計算器的計算過程敘述如下：開機按“FUNCTION”鍵“6（DSP/CLR）”-“6(SCL) ”-“EXE”；按“MODE”鍵“4（LR）”；按下列句法輸入數(shù)據(jù)：“Ln”數(shù)據(jù)x值“，”數(shù)據(jù)y值“M+”,結(jié)合本算列具體如下：Ln1,0.5;Ln2,0.8;Ln3,1.6;Ln4,1.8;Ln5,2.1;Ln6,2.5;Ln7,2.6; Ln13,2.9; Ln20,3.0;輸入結(jié)束后,按“FUNCTION”-“8(RESULTS)”后屏幕顯示：Regression預(yù)測第30天的總沉降量：按“EXIT”鍵“l(fā)

20、n”-輸入數(shù)值“30” “FUNCTION”“7（STAT）”-“倒三角”鍵“倒三角”鍵“5（）”“EXE”后屏幕顯示：Ln30屏幕顯示的數(shù)值“”即為第30天的預(yù)測總沉降量。具體計算過程可參考CASIO計算器fx-4850用戶說明書。監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理分析表（略）?？偨Y(jié)：從以上采用的三種算法來看，無論采用何種算法，其結(jié)果都非常接近，但在具體應(yīng)用過程中又各有其特點， 采用第一種方法（指數(shù)函數(shù)回歸）可以直接求出極限位移值，較明確；采用第二種方法（常對數(shù)函數(shù)回歸）處理起來簡單明了，但極限位移值不能直接求出，往往使得到的結(jié)果偏大；采用第三種方法（采用計算器）進行回歸分析，不需要了解計算過程就能直接得到結(jié)

21、果，不要用到高等數(shù)學(xué)知識，一般人都能用，所以實用性更強；三監(jiān)測管理體系針對本工程監(jiān)測項目的特點擬由23人組成監(jiān)控量測及信息反饋小組，負責北衙隧道2號橫洞監(jiān)控量測日常工作。為確保監(jiān)測結(jié)果的質(zhì)量，加快信息反饋速度，全部監(jiān)測數(shù)據(jù)均由計算機管理，每次監(jiān)測必須有監(jiān)測結(jié)果，及時上報監(jiān)測日報表，并按期向施工監(jiān)理、局項目部提交監(jiān)測月報或周報，并附上相對應(yīng)的測點位移或應(yīng)力時態(tài)曲線圖，對當月的施工情況進行評價并提出施工建議。并根據(jù)當前的施工方法修改監(jiān)測方案，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和及時性。監(jiān)測反饋程序見圖4。四質(zhì)量保證措施為保證量測數(shù)據(jù)的真實可靠及連續(xù)性，特制定以下各項質(zhì)量保證措施：1）、監(jiān)測組與監(jiān)理工程師、技術(shù)負

22、責人密切配合工作，及時向監(jiān)理工程師、技術(shù)負責人報告情況和問題，并提供有關(guān)切實可靠的數(shù)據(jù)記錄。2）、制定切實可行的監(jiān)測實施方案和相應(yīng)的測點埋設(shè)保護措施，并將其納入工程的施工進度控制計劃中。3）、量測項目人員要相對固定，保證數(shù)據(jù)資料的連續(xù)性。4）、量測儀器采用專人使用、專人保養(yǎng)、專人檢校的管理。5）、量測設(shè)備、元器件等在使用前均應(yīng)經(jīng)過檢校，合格后方可使用。6）、各監(jiān)測項目在監(jiān)測過程中必須嚴格遵守相應(yīng)的實施細則。7）、量測數(shù)據(jù)均要經(jīng)現(xiàn)場檢查，室內(nèi)兩級復(fù)核后方可上報。8）、量測數(shù)據(jù)的存儲、計算、管理均采用計算機系統(tǒng)進行。9）、各量測項目從設(shè)備的管理、使用及資料的整理均設(shè)專人負責。五強化量測數(shù)據(jù)在隧道施

23、工中的作用1、評價圍巖穩(wěn)定性，確保施工安全評價圍巖穩(wěn)定性主要是應(yīng)用圍巖位移、位移速率及圍巖位移加速度（有變位時間曲線看出）等數(shù)據(jù)。我國錨噴支護規(guī)范規(guī)定，當隧洞支護上任何部位的實測收斂相對值達到上述結(jié)構(gòu)允許相對位移表中所列數(shù)值的70或用回歸分析進行預(yù)報的總收斂值接近上述結(jié)構(gòu)允許相對位移表中數(shù)值時，必須立即采取補強措施，并改變原支護參數(shù)，同時分析原因看是否由施工方法不當造成的，如由施工不當引起的，應(yīng)立即改變施工方法。從監(jiān)視施工中位移穩(wěn)定的角度看，尤其注意圍巖位移加速度的出現(xiàn)，在時態(tài)位移曲線上出現(xiàn)明顯的反彎點（及拐點）時應(yīng)采取緊急加固措施。對于淺埋隧道則應(yīng)根據(jù)地表下沉量來判斷位移穩(wěn)定性。2、評價圍巖

24、達到穩(wěn)定的標準，確定仰拱澆注時間及二襯施作時間。我國噴錨構(gòu)筑法規(guī)范規(guī)定，確定二襯(隧道最終支護)施作時間應(yīng)在圍巖達到穩(wěn)定以后，即應(yīng)滿足下述要求：（1）周邊收斂速度明顯下降；（2）收斂量已達到總收斂量的8090；（3）收斂速率小于0.2mm/d,或拱頂位移速率小于0.15mm/d。一般軟弱圍巖仰拱灌注時間可在圍巖穩(wěn)定以后進行；對于極差的圍巖，當位移量和位移速度很大時，為維持圍巖穩(wěn)定，仰拱灌注應(yīng)盡早施作。3、調(diào)整施工方法 當測得的位移速率或位移量超過容許值時，除加強支護外還應(yīng)調(diào)整施工方法，如采用臺階法開挖，縮短臺階長度和增加臺階層數(shù)，縮短進尺節(jié)約循環(huán)時間以提前錨噴支護的時間，提前施作仰拱等。4、調(diào)整錨桿支護參數(shù)及噴砼厚度 當測得的位移速率或位移量超過容許值時一般應(yīng)增加錨桿數(shù)量和長度、錨桿類型或加大錨桿直徑等。當噴砼出