隧道施工監(jiān)控量測技術(shù)

隧道施工監(jiān)控量測技術(shù)二0一四年九月目錄

1概述

2監(jiān)測目的與任務(wù)3監(jiān)測流程4監(jiān)測內(nèi)容5必測項目6選測項目7監(jiān)測報告

8保證措施9建議

1.概述到2011年底，已建公路隧道8522座，約625.34萬米。隧道里程占公路總里程的比例越來越高，2008年為0.085%，2009年為0.105%，2010年為0.128%，

2011年為0.152%。公路隧道里程增長情況隧道里程占公路總里程情況1.概述我國大陸特長公路隧道1.概述兩車道隧道三車道隧道四車道隧道1.概述連拱隧道小間距隧道分岔隧道1.概述隧道特點地質(zhì)勘察資料不充分設(shè)計準(zhǔn)備時間短施工過程復(fù)雜防水要求嚴(yán)格地質(zhì)條件復(fù)雜斷面積大形狀扁平隧道建設(shè)過程中塌方、邊坡失穩(wěn)等安全事故仍時有發(fā)生。1.概述1.概述埋深約7m，累計下沉60cm，下沉速率最大達6cm/D,隧道施工過程中存在各種地質(zhì)災(zāi)害因素，在孕育有一定風(fēng)險環(huán)境的隧道工程中，就有可能發(fā)生各類風(fēng)險事故，從而帶來人員生命及財產(chǎn)損失。因此，加強隧道施工監(jiān)測及超前地質(zhì)預(yù)報工作顯得尤為必要。1.概述2.監(jiān)測的目的與任務(wù)發(fā)現(xiàn)問題及時預(yù)警預(yù)防塌方優(yōu)化設(shè)計安全施工保證質(zhì)量保證工期控制造價現(xiàn)場監(jiān)控獲得圍巖動態(tài)信息（1）提供監(jiān)控設(shè)計的依據(jù)掌握圍巖力學(xué)性態(tài)的變化和規(guī)律掌握支護的工作狀態(tài)（2）指導(dǎo)施工、預(yù)報險情作出工程預(yù)報，確立施工對策：預(yù)測和確認(rèn)圍巖最終穩(wěn)定時間，指導(dǎo)施工順序和二襯施作時間，監(jiān)視險情，安全施工。（3）校核計算理論、完善工程類比法為正、反演分析提供計算數(shù)據(jù)和對比指標(biāo)為工程類比提供參考指標(biāo)為地下工程設(shè)計、施工積累經(jīng)驗資料（4）隧道運營安全監(jiān)控掌握工程運營中的安全狀態(tài)及時發(fā)現(xiàn)險情，采取相應(yīng)的補救措施2.監(jiān)測的目的與任務(wù)3.監(jiān)測流程4.監(jiān)測內(nèi)容監(jiān)控量測必測項目監(jiān)控量測選測項目4.監(jiān)測內(nèi)容一般用途（必測項目）初期支護穩(wěn)定性確定二襯支護時間最終變形量是否超出預(yù)留變形量收斂變形拱頂及地表下沉確認(rèn)圍巖穩(wěn)定性事先預(yù)測拱頂塌方4.監(jiān)測內(nèi)容一般用途（選測項目）圍巖內(nèi)部位移圍巖的松動范圍錨桿長度支護方式襯砌剛度錨桿軸力錨桿安全系數(shù)鋼支撐壓力安全系數(shù)及施工影響襯砌壓力及內(nèi)力檢驗設(shè)計初襯、二襯壓力4.監(jiān)測內(nèi)容5.必測項目5.1地質(zhì)和支護狀況觀察施工過程中，對掌子面、噴射混凝土、錨桿等的觀察；洞口地表情況、地表沉陷、邊坡及仰坡的穩(wěn)定以及地表水滲透等的觀察。5.必測項目5.1地質(zhì)和支護狀況觀察5.2周邊收斂

量測隧道內(nèi)壁兩點連線方向的相對位移，監(jiān)測圍巖的穩(wěn)定性。量測內(nèi)容隧道周邊位移是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化的最直接反映，量測周邊位移可為判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠的信息；根據(jù)變形速率判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度，為二次襯砌提供合理的支護時機；判斷初期支護設(shè)計與施工，用以指導(dǎo)設(shè)計與施工。

量測目的5.必測項目傳統(tǒng)的量測方法無尺量測技術(shù)5.必測項目5.2周邊收斂收斂儀高空作業(yè)，影響掌子面作業(yè)，效率低斷面布置監(jiān)測頻率5.必測項目5.2周邊收斂周邊位移變形管理等級標(biāo)準(zhǔn)周邊位移允許相對位移值（%）5.必測項目5.2周邊收斂5.3拱頂下沉是指對隧道拱頂?shù)膶嶋H沉降值進行量測，是相對于不動點的相對位移。量測內(nèi)容通過拱頂沉降位移量測，了解斷面的變形狀態(tài)，判斷隧道拱頂?shù)姆€(wěn)定性根據(jù)變形速率判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度，為二次襯砌提供合理的支護時機指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)計與施工防止沉降侵入二襯空間量測目的5.必測項目5.必測項目5.3拱頂下沉斷面布置監(jiān)測頻率5.必測項目5.3拱頂下沉a.正常型拱頂下沉量隨時間逐漸增大。對同一個量測斷面來講，從隧道開挖到拱頂下沉基本穩(wěn)定為止，每天的位移速度都是不同的，一般來說，初期位移速度最大，以后日趨減少，下沉逐漸收斂。當(dāng)在出現(xiàn)收斂趨勢后，某一時間段內(nèi)拱頂位移趨近于零時，判定圍巖達到穩(wěn)定狀態(tài)。此類曲線占拱頂下沉監(jiān)測曲線的大部分。

5.必測項目5.3拱頂下沉b.反復(fù)型此類曲線也比較常見，拱頂下沉量隨著時間的增長反復(fù)的增大和減小，但其變化區(qū)域較小，一般在1~2mm之內(nèi)，并且總體趨勢不變，有良好的統(tǒng)計特征。此種曲線屬于比較安全范疇，一般是由于測量誤差和施工擾動引起的。此時圍巖比較穩(wěn)定，沒有發(fā)生內(nèi)部位移等。

5.必測項目5.3拱頂下沉c.突變型此類曲線是關(guān)注的重點。曲線一旦有突變發(fā)生，并且排除測量誤差、操作錯誤和測點松動破壞所引起的突變可能后，一般該點就是隧道穩(wěn)定與否的節(jié)點。此后應(yīng)對該點加強監(jiān)測，密切注意該點的變化趨勢，結(jié)合地質(zhì)因素和施工因素等綜合分析，從而決定是否予以報警，加強該段圍巖的支護強度。5.必測項目5.3拱頂下沉32d.異常型通過對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理分析，發(fā)現(xiàn)除過上述三種類型曲線外，還存在許多異常型曲線，大致可以歸納為以下三種：

1)全部上揚該類曲線一般較少發(fā)生，此時，三個拱頂測點不是下沉，而是上揚，發(fā)生此類情況大部分與特殊的地質(zhì)條件有關(guān)。有時，由于施工因素的影響也可以產(chǎn)生。5.必測項目5.3拱頂下沉332)一測點上揚、兩測點下沉此類曲線基本上是由于隧道的偏壓所致，一般為單側(cè)測點上揚，中間測點和另一側(cè)測點下沉。這種變化情況在連拱隧道偏壓中比較常見，如下圖示，左測點上揚，而另外兩測點全部下沉。可以得到，隧道的右側(cè)山體明顯高于左側(cè)，隧道右側(cè)所受荷載遠大于左側(cè)，從而在左側(cè)產(chǎn)生支護結(jié)構(gòu)扭曲隆起上揚。此時，需注意三點的變化量，如果曲線不急劇變化，一般無大礙，否則就需要采取專門削減偏壓的措施。5.必測項目5.3拱頂下沉3)一測點下沉，兩測點上揚此類曲線產(chǎn)生的原因與b)類曲線基本一致，但從安全程度上而言，其反映出圍巖更不安全。此時，圍巖的偏壓情況更加嚴(yán)重，值得密切關(guān)注此類測點的發(fā)展趨勢。從2）類和3）類曲線可以看出，如果發(fā)生偏壓現(xiàn)象，一般均會產(chǎn)生某些測點的上揚，但是拱頂測點變形一般位于兩側(cè)測點的中間位置，當(dāng)一側(cè)偏壓嚴(yán)重時，拱頂測點發(fā)生上揚，否則發(fā)生下沉。5.必測項目5.3拱頂下沉5.4地表下沉量測隧道洞口開挖成形后，地表巖土體下沉量。洞口、淺埋段、城市淺埋隧道、地鐵施工量測內(nèi)容通過地表下沉量的多少和下沉的快慢，判斷分析隧道洞口圍巖是否穩(wěn)定，為設(shè)計優(yōu)化支護參數(shù)提供可靠的數(shù)據(jù)，保證施工安全。量測目的量測頻率量測頻率同拱頂下沉和周邊收斂的量測頻率。5.必測項目地表下沉測點布置5.必測項目5.4地表下沉5.必測項目5.5報警指標(biāo)分兩個階段報警當(dāng)監(jiān)測值超過預(yù)警值的80%時，在報表中注明，以引起有關(guān)各方注意。當(dāng)監(jiān)測值達到預(yù)警值，除在報表中注明外，特別出速報通知有關(guān)各方。根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ042-94）規(guī)定，隧道周邊最大允許相對位移（指實測位移值于兩測點間距離之比，或拱頂位移實測值與隧道寬度之比）為0.20%～0.80%（具體數(shù)值會同業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工確定）。5.必測項目5.6二襯施作時機各測試項目的位移速率明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定監(jiān)測數(shù)據(jù)已產(chǎn)生的各項位移已達預(yù)計總位移量的80%-90%監(jiān)測數(shù)據(jù)…監(jiān)測數(shù)據(jù)周邊位移速率小于0.1-0.2mm/d，或拱頂下沉速率小于0.07-0.15mm/d二次襯砌作業(yè)6.選測項目6.1鋼拱架應(yīng)力量測鋼拱架中內(nèi)外鋼筋的軸力和型鋼鋼架內(nèi)外側(cè)的應(yīng)變，從而計算其所收的軸力和彎矩。量測內(nèi)容了解拱架與混凝土對圍巖的組合支護效果；了解鋼拱鋼架的實際工作狀態(tài)，視具體情況決定是否需要采取加固措施；判斷初期支護承載能力，保證施工安全，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。量測目的6.選測項目6.1鋼拱架應(yīng)力安裝前，在鋼拱架待測部位并聯(lián)焊接鋼弦式鋼筋計，在焊接過程中注意對鋼筋計淋水降溫，然后將鋼拱架由工人搬至洞內(nèi)立好，計下鋼筋計型號，并將鋼筋計編號，用透明膠布將寫在紙上的編號緊密粘貼在導(dǎo)線上。注意將導(dǎo)線集結(jié)成束保護好，避免在洞內(nèi)被施工所破壞。根據(jù)鋼筋計的頻率－軸力標(biāo)定曲線可將量測數(shù)據(jù)來直接換算出相應(yīng)的軸力值，然后根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有關(guān)計算方法可算出鋼筋軸力計所在的拱架斷面的彎矩，并在隧道橫斷面上按一定的比例把軸力、彎矩值點畫在各鋼筋計分布位置，并將各點連接形成隧道鋼拱架軸力及彎矩分布圖。測量方法6.選測項目6.1鋼拱架應(yīng)力振弦式鋼筋計鋼筋計的焊接6.選測項目6.2圍巖內(nèi)部位移從隧道內(nèi)或在淺埋隧道地表圍巖內(nèi)鉆孔，在孔內(nèi)設(shè)測試元件，量測沿鉆孔不同深度巖層的位移值。量測內(nèi)容判斷圍巖位移隨深度變化曲線找出圍巖的移動范圍，深入研究支架與圍巖相互作用的關(guān)系判斷開挖后圍巖的松動區(qū)、強度下降區(qū)與圍巖相互作用的關(guān)系判斷錨桿長度是否適宜，以便確定合理的錨桿長度判斷相鄰隧道施工對既有隧道圍巖穩(wěn)定性的影響量測目的6.選測項目6.2圍巖內(nèi)部位移多點位移常使用的是四點鉆孔伸長計進行量測。它由四個鉆孔錨頭、四根量測鋼絲、一個測筒、四個電感式傳感器和它的量測儀器—數(shù)字位移計組成。多點位移計

多點位移計的安裝6.選測項目6.2圍巖內(nèi)部位移根據(jù)不良地質(zhì)、突水、洞口淺埋等及有特殊要求的停車、通道交叉地段或業(yè)主及監(jiān)理認(rèn)為有必要監(jiān)控的地段，設(shè)置監(jiān)控量測斷面。測孔布置如右圖所示。多點位移計測孔和測點位置示意圖6.選測項目6.3錨桿軸力量測錨桿軸力的大小。量測內(nèi)容了解錨桿受力狀態(tài)及軸力的大小，為確定合理的錨桿參數(shù)提供依據(jù)。判斷圍巖變形的發(fā)展趨勢，概略判斷圍巖內(nèi)強度下降區(qū)的界限。評價錨桿的支護效果。掌握圍巖內(nèi)應(yīng)力重分布的過程。量測目的6.選測項目6.3錨桿軸力沿隧道周邊鉆孔，布置與錨桿材質(zhì)相同的量測錨桿，沿錨桿不同長度上布置原件，量測沿錨桿長度各點的軸力。量測方法由鋼筋應(yīng)力傳感器連接而成的量測錨桿。量測儀器6.選測項目6.3錨桿軸力錨桿鉆孔和布設(shè)位置示意圖MG型差阻式錨桿應(yīng)力計錨桿應(yīng)力計現(xiàn)場焊接6.選測項目6.4圍巖壓力量測圍巖與初期支護之間的壓力以及初期支護與二次襯砌之間的圍巖壓力。量測內(nèi)容了解初期支護、二襯對圍巖的支護效果。了解初期支護、二襯的實際承載情況及分擔(dān)圍巖壓力的情況。檢驗隧道偏壓，保證施工安全，優(yōu)化支護參數(shù)。量測目的6.選測項目6.4圍巖壓力根據(jù)不良地質(zhì)、突水、洞口淺埋等及有特殊要求的停車、通道交叉地段或業(yè)主及監(jiān)理認(rèn)為有必要監(jiān)控的地段，設(shè)置監(jiān)控量測斷面，每個斷面沿隧道周邊在圍巖與初期支護以及初期支護與二次襯砌之間埋設(shè)土壓力盒進行量測。測點布設(shè)∶應(yīng)把測點布設(shè)在具有代表性的斷面的關(guān)鍵部位上（如拱頂、拱腰、拱腳、邊墻仰拱等），并對各測點逐一進行編號。埋設(shè)壓力盒時，要使壓力盒的受壓面向著圍巖。在隧道壁面，當(dāng)測圍巖施加給噴砼層的徑向壓力時，先用水泥砂漿或石膏把壓力盒固定在巖面上，再謹(jǐn)慎施作噴砼層，不要使噴砼與壓力盒之間有間隙，保證圍巖與壓力盒受壓面貼緊。量測方法6.選測項目6.4圍巖壓力初襯與二襯間土壓力盒的安裝土壓力盒初襯圍巖間壓力盒布設(shè)位置示意圖

7監(jiān)測報告當(dāng)日監(jiān)測完成后即對監(jiān)測資料進行整理，并在第二天形成日報表，日報表包括施工工況、天氣情況、測點布置圖、觀測時間、計算結(jié)果表、曲線圖及評價建議等。監(jiān)測報告形式分以下幾種：

(1)日報，當(dāng)日監(jiān)測完成后即對監(jiān)測資料進行整理，并在第二天形成日報表

(2)周報根據(jù)一周內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，以周報形式定期報送給相關(guān)單位。

(3)月報根據(jù)一個月內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合分析，以月報形式定期報送給相關(guān)單位。

(4)階段報告與總結(jié)報告階段報告根據(jù)監(jiān)測需要進行?？偨Y(jié)報告在項目監(jiān)測結(jié)束后提交。(5)緊急情況下報告日常巡視過程中或當(dāng)日監(jiān)測數(shù)據(jù)量測、分析后，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測對象出現(xiàn)明顯異常情況或監(jiān)測數(shù)據(jù)達到預(yù)警、報警指標(biāo)時，應(yīng)及時電話報告上級主管部門，并提交緊急情況下報告。應(yīng)加強測量人員的安全教育。量測人員進洞