隧道监控量测方案.doc

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1、沈海复线仙游至南安金淘高速公路莆田段A2合同段金钟1号、2号隧道监控量测方案中南大学土木工程检测中心二一 一七年六月目 录1 隧道施工监控的必要性32 方案编制依据43 工作项目与数量54 量测项目、仪器方法、测点布置与量测频率1141 掌子面地质观察1142 周边收敛位移量测1443 拱顶下沉量测1544 地表下沉量测165 隧道监测数据分析及处理186 组织与管理217 报价231 隧道施工监控的必要性由于岩石在生成条件和地质作用等方面的复杂性，并且在隧道的构筑过程中，开挖方式、支护方式、支护时机、支护结构刚度等因素对结构的稳定性都有影响，所以寻求能够正确反映岩体状态的物理力学模型是非常困

2、难的。因此，监控量测是观测设计和施工是否正确的眼睛，是判断围岩是否稳定，支护结构是否合理的重要手段。多年来，国内外一直通过地下工程围岩的监控量测来监视围岩变形和支护的稳定性，并已取得了重要的理论研究成果。但由于隧道工程受力特征极其复杂，加之对指导施工的作用和意义认识不足和具体施工方法、施工程序及管理方面的非科学化，致使隧道变形过大而酿成事故的事件不断发生。通过隧道施工变形的监测及其分析研究，掌控围岩变形动态，优化设计以改善支护稳定状况，为以后的设计提供类比依据，并为进一步深化理论研究提供原始依据，具有不可忽视的作用和意义。国际隧协（ITA）（1988）对隧道设计准则进行了调研，提出现场监测应为

3、隧道设计整体的一部分。监控量测的主要目的是：（1）控制隧道变形和稳定；（2）检验选择的施工方法是否适当；（3）控制地表沉陷；（4）量测结构构件中的应力发展；（5）掌握隧道围岩变形情况，并指出是否需要对围岩和支护进行加固。监测工作具有以下作用：（1）保证隧道围岩的稳定，确保施工安全，因此需要掌握围岩和支护结构的动态，按照动态的管理量测断面的信息，正确而经济地施工；（2）量测数据经过分析处理与必要的计算和判断，预测和确定隧道最终稳定时间，指导施工工序和施作二次衬砌的时间；（3）信息反馈修正设计。根据隧道开挖后围岩稳定性的施工信息，进行综合分析，检验和修正施工前的预设计；（4）积累资料，己有工程中的

4、量测结果可以应用到其他类似工程中，作为设计和施工的依据。同时，隧道是地下的隐蔽工程，地下地质条件复杂，存在许多潜在、无法预知的地质因素，稍有不慎，就会造成塌方、沉陷、突泥涌水、支护结构变形、人员和设备伤亡等，进而严重影响施工进度和工程形象。因此必须对开挖掌子面前方围岩进行超前地质预报，提早掌握隧道开挖掌子面前方围岩的地质情况、不良地质体的位置、工程性状、水文地质状况等信息，从而为施工阶段修正设计、施工支护材料的提早准备、防止可能的工程险情、确保合理的施工措施，进而加快工程进度，降低工程风险，促使施工技术更趋科学合理。因此，有必要做好隧道的施工监控量测工作。2 方案编制依据沈海复线仙游至南安金淘

5、高速公路莆田段A2合同段金钟1号隧道监控量测主要根据如下有关规范、文献进行编制：(1) 公路工程技术标准 JTG BO12003；(2) 公路勘测规范 JTJ 06199；(3) 公路隧道设计规范 JTG D702004； (4) 公路隧道通风照明设计规范 JTJ026.11999； (5) 公路隧道施工技术规范 JTJ04294； (6) 公路工程抗震设计规范 JTJ00489； (7) 公路工程地质勘察规范 JTJ06498； (8) 锚杆喷射混凝土支护技术规范 GB500862001； (9) 地下工程防水技术规范 GB501082001；(10) 混凝土结构设计规范 GB5001020

6、02；(11) 工程测量规范GB500262007；(12) 吕康成，隧道工程试验检测技术，人民交通出版社，2000；(13) 李晓红著，隧道新奥法及其量测技术，2002，科学出版社；(14) 隧道工程地质勘察报告、补充勘察报告与隧道施工设计图。3 工作项目与数量沈海复线仙游至南安金淘高速公路莆田段A2合同段金钟1号隧道右洞里程YK71+670YK73+740，长2070m，左洞里程YK71+637YK73+770，长2133m；金钟2号隧道右洞里程YK73+815YK76+563，长2748m，左洞里程YK73+841YK76+533，长2692m，总长度为9643m。具体隧道情况如表1表4

7、所示。表1 金钟1号隧道右洞基本情况一览表里程范围围岩级别分段长度（m）YK71+670YK71+761级91YK71+761YK71+787级26YK71+787YK71+807级20YK71+807YK71+842级35YK71+842YK71+852级10YK71+852YK71+868级16YK71+868YK71+879级11YK71+879YK71+901级22YK71+901YK71+911级10YK71+911YK72+457级546YK72+457YK72+487级30YK72+487YK72+695级208YK72+695YK72+715级20YK72+715YK72+77

8、2级57YK72+772YK72+792级20YK72+792YK73+237级445YK73+237YK73+247级10YK73+247YK73+267级20YK73+267YK73+281级14YK73+281YK73+291级10YK73+291YK73+302级11YK73+302YK73+315级13YK73+315YK73+323级8YK73+323YK73+336级13YK73+336YK73+346级10YK73+346YK73+433级87YK73+433YK73+453级20YK73+453YK73+463级10YK73+463YK73+473级10YK73+473YK7

9、3+481级8YK73+481YK73+488级7YK73+488YK73+500级12YK73+500YK73+520级20YK73+520YK73+710级190YK73+710YK73+730级20YK73+730YK73+740级10表2 金钟1号隧道左洞基本情况一览表里程范围围岩级别分段长度（m）YK71+637YK71+749级112YK71+749YK71+775级26YK71+775YK71+795级20YK71+795YK71+833级38YK71+833YK71+843级10YK71+843YK71+883级40YK71+883YK71+893级10YK71+893YK72

10、+465级572YK72+465YK72+495级30YK72+495YK72+729级234YK72+729YK72+749级20YK72+749YK72+768级19YK72+768YK72+788级20YK72+788YK73+235级447YK73+235YK73+245级10YK73+245YK73+265级20YK73+265YK73+280级15YK73+280YK73+299级19YK73+299YK73+313级14YK73+313YK73+319级6YK73+319YK73+335级16YK73+335YK73+345级10YK73+345YK73+432级87YK73+4

11、32YK73+452级20YK73+452YK73+462级10YK73+462YK73+473级11YK73+473YK73+480级7YK73+480YK73+489级9YK73+489YK73+500级11YK73+500YK73+520级20YK73+520YK73+738级218YK73+738YK73+758级20YK73+758YK73+770级12表3 金钟2号隧道右洞基本情况一览表里程范围围岩级别分段长度（m）YK73+815YK73+830级15YK73+830YK73+870级40YK73+870YK73+890级20YK73+890YK74+191级301YK74+19

12、1YK74+259级68YK74+259YK74+280级21YK74+280YK74+296级16YK74+296YK74+315级19YK74+315YK74+345级30YK74+345YK74+365级20YK74+365YK74+835级470YK74+835YK74+900级65YK74+900YK74+940级40YK74+940YK74+976级36YK74+976YK74+998级22YK74+998YK75+102级104YK75+102YK75+144级42YK75+144YK75+342级198YK75+342YK75+363级21YK75+363YK75+516级15

13、3YK75+516YK75+536级20YK75+536YK75+601级65YK75+601YK75+630级29YK75+630YK75+665级35YK75+665YK75+782级117YK75+782YK75+805级23YK75+805YK76+296级491YK76+296YK76+435级139YK76+435YK76+448级13YK76+448YK76+475级27YK76+475YK76+530级55YK76+530YK76+563级33表4 金钟2号隧道左洞基本情况一览表里程范围围岩级别分段长度（m）YK73+841YK73+856级15YK73+856YK73+876

14、级20YK73+876YK73+896级20YK73+896YK74+171级275YK74+171YK74+228级57YK74+228YK74+238级10YK74+238YK74+255级17YK74+255YK74+276级21YK74+276YK74+308级32YK74+308YK74+328级20YK74+328YK74+845级517YK74+845YK74+923级78YK74+923YK74+944级21YK74+944YK74+985级41YK74+985YK75+6级21YK75+6YK75+98级92YK75+98YK75+141级43YK75+141YK75+352

15、级211YK75+352YK75+373级21YK75+373YK75+520级147YK75+520YK75+551级31YK75+551YK75+620级69YK75+620YK75+638级18YK75+638YK75+668级30YK75+668YK75+800级132YK75+800YK75+820级20YK75+820YK76+288级468YK76+288YK76+395级107YK76+395YK76+408级13YK76+408YK76+435级27YK76+435YK76+480级45YK76+480YK76+533级53根据有关勘察设计资料，隧道监控量测项目与数量初步布置

16、如表5表7所示。表5 金钟1号隧道围岩情况统计表隧道名称围岩级别围岩长度（m）金钟1号隧道右洞级122级217级220级1511左洞级147级175级215级1596表6 金钟2号隧道围岩情况统计表隧道名称围岩级别围岩长度金钟2号隧道右洞级67级333级969级1379左洞级73级275级952级1392表7 金钟1号、2号隧道监控量测必测项目工作量统计表工作内容单位金钟1号隧道右洞金钟1号隧道左洞金钟2号隧道右洞金钟2号隧道左洞掌子面地质观察断面1563126015871523周边收敛位移量测断面64688179拱顶下沉量测断面64688179地表下沉量测断面10101111注：1对于地质条

17、件特殊的地段，适当对工作量进行调整；2待开挖后发现地质情况异常，应相应增减表中工作量。4 量测项目、仪器方法、测点布置与量测频率表8为量测项目、仪器方法、测点布置与量测频率简表。表8 监控量测项目及方法表 序号项目名称方法及工具布置量测间隔时间115天161个月13个月3个月以后必测项目1地质和支护状况观察岩层、岩性，结构面产状观察或描述,数码相机、地质罗盘等开挖后及初期支护后进行。每次爆破后进行观察2周边收敛量测SL-2型钢尺式收敛计当为级围岩时，断面间距510m；当为级围岩时，断面间距1030m；当为级围岩时，断面间距3050m；当为级围岩视具体情况确定间距。12次/天1次/2天1次/周2

18、次月3拱顶下沉量测水平仪、水准尺、钢尺或测杆12次/天1次/2天1次/周2次月4地表下沉量测全站仪、钢尺、塔尺、反射棱镜、反光片当2BH2.5B时，纵向测点间距为2050米；当BH2B时，纵向测点间距为1020米；当HB时，纵向测点间距为50米开挖面距量测断面2B,12次/天；2B开挖面距量测断面5B,1次/周注：B表示开挖宽度。41 掌子面地质观察观测中，应对岩质种类和分布状况、分界面位置和状态、节理裂隙发育程度和方向性、节理裂隙的填充物的性质和状态进行一定的描述，对开挖工作面的稳定状态作出初步的判断，对涌水、涌水量的大小、位置和压力等项目进行仔细的观察，如果发现异常现象，要详细纪录发现时间

19、、距开挖工作面的距离以及附近测点的各项量测数据，并及时汇报给负责技术的人员、项目负责人，必要时会同设计人员对出现的情况进行分析处理。(1) 观察目的预测开挖面前方的地质条件。为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据。(2) 观察内容a. 岩石种类和产状b. 岩性特征：岩石的颜色、成分、结构、构造c. 地层时代及产状d. 节理性质、组数、间距、规模，节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特征，充填物的类型和产状等；e. 断层的性质、产状、破碎带宽度、特征f. 地下水类型，涌水量大小、涌水位置、涌水压力g. 开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象h. 围岩类型(3) 观察频率每次隧道开挖工作面爆破后立即

20、观察，按要求及时记录和整理。(4) 观测断面布置按照相关规范及技术要求，洞内外观测在每次隧道开挖工作面爆破后立即进行。相关资料及实际施工经验，对级围岩每隔0.5m布置一个观测断面；级围岩每隔0.8m布置一个观测断面；级围岩每隔2.0m布置一个观测断面；级围岩每隔2.5m布置一个观测断面。所有项目的观察应做到及时，对观察结果的描述和记录应详细，必要时还应进行拍照。具体实施时可以填写如下隧道掌子面地质状况素描记录卡（表9）。表9 隧道掌子面地质状况素描记录卡隧道名称里程位置距洞口距离（m）埋深（m）施工情况围岩状态描述岩石坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩风化程度未风化 微风化弱风化强风化全风

21、化地质构造影响程度 轻微 较重严重很严重地质结构面岩体完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎间距（m）1.00.41.00.20.40.060.20.06张开性（mm）密闭1.0黏土充填粗糙度 明显台阶状 粗糙波纹状平整光滑平整光滑有擦痕地下水渗水量L/（min.10m）干燥10湿润1025偶有渗水25125经常渗水简要说明围岩类别备注掌子面素描观测日期编录日期42 周边收敛位移量测(1) 量测目的周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直观反映，量测周边位移可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息。根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度以便为二次衬砌提供合理的支护时机。指导现场设计与施工。(2) 量测仪器洞

22、周收敛用SL-2型钢尺式收敛计量测。埋设测点时，先在测点处用电锤钻出孔径为10mm，深为35mm的孔。然后埋入一头带膨胀螺丝的挂钩，拧紧挂钩后即可使用收敛计进行量测，每次量测至少量测三次以上。(3) 量测断面布置根据围岩类别、隧道埋深、开挖方法及实际施工经验，对级围岩每隔8m布置一个观测断面；级围岩每隔20m布置一个观测断面；级围岩每隔40m布置一个观测断面；级围岩每隔50m布置一个观测断面。(4) 测点布置与要求围岩周边收敛可采用收敛仪进行量测。在预设点的断面，隧道开挖爆破以后,沿隧道周边有代表性部位分别埋设测桩。测桩的埋设方法和拱顶下沉测桩的埋设方法相同。围岩周边收敛与拱顶下沉布置在同一断

23、面上，以便进行数据分析。隧道拱顶下沉和围岩周边收敛断面测点布置如图1。图1 上下台阶法开挖周边收敛及拱顶下沉量测断面布置图在特殊地段，根据具体情况，可另增设测线。(5) 量测资料记录与整理及应用量测原始记录应呈表格形式，注明断面编号、测点设置时间，量测内容并填写具体量测数值，以便记录施工情况，另外还应有量测人员与记录人员的签名。每次量测后，将原始记录及时整理成正式记录，对每一测量断面内的每条测线进行整理计算，整理后的量测资料包括：原始记录及实际测点布置图位移随时间以及距离开挖面间距的变化图位移速度、位移加速度随时间以及距离开挖面间距的变化图这四条曲线，不一定每条测线都要绘制，一般情况下有第一条

24、即可。当位移时间曲线趋于平缓时，应进行数据处理或回归分析，推算最终位移和掌握位移变化曲线，可选用对数、指数和双曲线函数等。根据这些函数关系可判断位移趋势值。区别位移与时间的正常与反常曲线。其中反常曲线是指非工序变化所引起的位移急剧增长现象，此时应加密监测，必要时应立即停止开挖并进行施工处理。在上述图表中应同时记入开挖、喷混凝土、锚杆施工工序和时间，并将位移警戒线和极限值算出来。43 拱顶下沉量测(1) 量测目的拱顶下沉是是隧道围岩应力状态变化的最直观反映，量测拱顶下沉可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息。根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度以便为二次衬砌提供合理的支护时机。指导现场设计与施工。

25、(2) 量测方法在拱顶布设固定测点，将钢尺挂在拱顶测点上，读钢尺读数，后视点设在稳定衬砌或者稳定的基准点上，读标尺读数，用水准仪进行观测。(3) 量测断面布置拱顶下沉量测断面的布置与周边位移量测的布置一致，对级围岩每隔8m布置一个观测断面；级围岩每隔20m布置一个观测断面；级围岩每隔40m布置一个观测断面；级围岩每隔50m布置一个观测断面。(4) 测点埋设隧道开挖施作初期支护后，在隧道的拱顶设置带挂钩的预埋件作为测桩，埋设前先用小型钻机在待测部位成孔，然后将测桩放入，用快凝水泥或早强锚固剂固定，测桩头需设保护罩。对于较差的围岩，锚桩可在锚喷支护后布置。(5) 量测仪器顶下沉量测采用精密水准仪(

26、精度0.1mm)、钢圈尺及精密因瓦水准尺进行量测。在量测频率拱顶下沉的量测频率，与周边位移量测的量测频率一致。选用表7与表4的量测频率，从两表中选择较高的一个量测频率。(6) 量测资料记录与整理及应用量测原始记录应呈表格形式，注明断面编号、测点设置时间，量测内容并填写具体量测数值，以便记录施工情况，另外还应有量测人员与记录人员的签名。每次量测后，将原始记录及时整理成正式记录，对每一测量断面内的每条测线，整理后的量测资料包括：原始记录及实际测点布置图位移随时间以及距离开挖面间距的变化图位移速度、位移加速度随时间以及距离开挖面间距的变化图这四条曲线，不一定每条测线都要绘制，一般情况下有第一条即可。

27、当位移时间曲线趋于平缓时，应进行数据处理或回归分析，推算最终位移和掌握位移变化曲线，可选用对数、指数和双曲线函数等。根据这些函数关系可判断位移趋势值。区别位移与时间的正常与反常曲线。其中反常曲线是指非工序变化所引起的位移急剧增长现象，此时应加密监测，必要时应立即停止开挖并进行施工处理。在上述图表中应同时记入开挖、喷混凝土、锚杆施工工序和时间，并将位移警戒线和极限值算出来。44 地表下沉量测(1) 量测目的了解地表下沉的范围以及下沉量的大小。地表下沉量随工作面推进的变化规律。地表下沉稳定的时间。(2) 量测方法及测点布置（a） 量测方法用全站仪量测，其量测精度为1mm。从水准点起测量测点得高程，

28、通过计算前、后两次地表沉降观测点高程得变化值即可算得地表沉降值。 （b）测点布置根据设计要求，地表沉降量测布置原则为：当2BH2.5B时，纵向测点间距为2050米；当BH2B时，纵向测点间距为1020米；当HB时，纵向测点间距为50米地表下沉测点布置见图4和图5。图4 隧道地表下沉量测断面布置图图5 隧道小净距段地表下沉量测断面布置图（c）测点埋设方法在地表钻2050cm深的孔，竖直放入f22mm左右的钢筋，钢筋和孔壁之间可填充水泥砂浆，钢筋头露出地面40cm左右，在钢筋顶端焊接一小铁片，在铁片上贴上反光贴片，并用红油漆标记，作为测点。(3) 量测频率：地表下沉量测在量测区间内，当开挖面距离前

29、后距离d2D时，每天12次，2Dd5D时，当时，每周量测一次。5 隧道监测数据分析及处理为了真实、及时、准确的反映施工现场信息，监测数据需历经以下过程：测点埋设数据采集数据收集数据输入绘制曲线输入计算机生成图表信息反馈。监控量测的信息反馈可按照图7规定的程序进行。施工过程中应进行监测数据的实时分析和阶段分析。实时分析即每天根据监测书籍及时分析，阶段分析应按周、月进行，总结监测数据变化的规律，对施工情况进行评价，提交阶段分析报告，指导后续施工。监测数据的分析及处理的要求如下：（1） 应及时对现场量测数据绘制时态曲线（或散点图）和空间关系曲线。（2） 当位移时间曲线趋于平缓时，应进行数据处理或回归

30、分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律。根据现场量测的位移时间曲线进行如下判断：图6 位移时间曲线图当时，说明变形速率不断下降，位移趋于稳定；当时，说明变形速率保持不变，应发出警告，及时加强支护系统；当时，则表示已进入危险状态，须立即停工，采取有效的工程措施进行加固。（3） 当位移时间曲线出现反弯点时，则表明围岩和支护已呈不稳定状态，此时应密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖。（4） 隧道周壁任意点的实测相对位移值或用回归分析推算的总相对位移值。当位移速率无明显下降，而此时实测位移值已接近表列数值，或者喷层表面出现明显裂缝时，应立即采取补强措施，并调整原支护设计参数或开挖方法。（5）

31、埋设量测元件情况和量测资料，均应整理清楚报监理工程师核查，并作为竣工交验资料的一部分。（6） 根据量测结果进行综合判断及位移控制基准，确定变形管理等级。（7） 根据监测资料及数据分析结果，进行隧道工程安全性评价，程序如图7。图7监控量测信息反馈程序框图图8 隧道工程安全性评价流程表9 容许洞周水平相对收敛值(%)埋深（m）围岩级别3000.200.500.200.500.401.200.401.200.401.200.802.000.601.600.601.601.003.00注：(1) 脆性围岩取下限值，塑性围岩取上限值；(2) 相对位移是指实测位移值与两测点距离之比，或拱顶位移实测值与隧道

32、宽度之比。(3) 拱顶下沉允许值一般可按表中数值的0.51.0倍采用。6 组织与管理针对本项目的特点，专门成立隧道监控量测项目部。为保证量测数据的真实可靠及连续性，需要采取以下措施：（1）量测人员相对固定，保证数据资料的连续性；（2）仪器的管理采用专人使用专人保养，专人检验的方法；（3）量测设备，传感器等各种元器件在使用前均经检查校准合格后方投入使用；（4）制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制计划中；（5）量测数据均经现场检查，室内复核两次检查后方可上报；（6）量测数据的存储计算管理均采用计算机系统进行；（7）各量测项目从设备的管理，使用及量测资料的

33、整理均设专人负责。（8）在监测过程中遇到监测数据异常或观察到围岩或支护出现不稳定迹象时，应立即口头汇报给监理工程师，并在24小时内提出书面报告和相应建议。（9）在施工过程中，除按规定及时提交观测成果外，还应实时综合分析量测结果，利用目测和量测结果对隧道设计、施工提出合理的建议。在提出建议时，必须论证充分，不同量测项目的量测数据能够相互印证。在竣工文件中应包括下列量测数据：（1）现场监控量测计划；（2）实际测点布置图；（3）围岩和支护的位移时间曲线图、空间关系曲线图以及量测记录汇总表；（4）经量测变更计划和改变施工方法地段的信息反馈记录；（5）现场监控量测文字说明书。7 报价工作内容单位金钟1号隧道右洞金钟1号隧道左洞金钟2号隧道右洞金钟2号隧道左洞工作量合计单价（元/断面）小计（元）备注掌子面地质观察断面1563126015871523593393.2552956如因工程实际需要而增加表中未列的量测项目，其服务单价由双方协商确定，所形成的协议作为本协议的补充部分。周边收敛位移量测断面64688179292870254040拱顶下沉量测断面64688179292870254040地表下沉量测断面10101111426175259350合计（元）1320385.6