高速公路隧道工程监控量测大纲及实施方案.doc

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1、垫邻高速公路隧道工程监控量测大纲及实施方案西南交通大学监控量测项目组2005.5邻垫高速公路隧道施工监测大纲及实施方案一、编制依据1公路隧道施工技术规范 （JTJ04294）2公路隧道安全技术规程 （JTJ07695）3公路隧道质量检验评定标准 （JTJ F80/1-2004）4. 公路隧道设计规范（JTG D70-2004）5. 铁路隧道喷锚构筑法技术规则（TBJ10892）6. 铁路隧道设计规范 （ TB100032001）7. 铁路隧道施工规范 （TBJ20496）8. 隧道设计图纸 二、隧道监控量测的目的和意义在隧道施工过程中，对围岩及支护结构的荷载、位移、应力、应变进行量测，监测围岩

2、的自承能力和变形，支护构件内力的动态变化，以便最大限度地利用围岩自承能力，并利用掌子面附近的量测资料和已施作初期支护隧道的量测资料，对围岩及隧道支护结构当前的和最终的稳定性进行分析，并据之对设计和施工安全进行动态判断。隧道施工期间进行的监控量测是在隧道开挖过程中，使用各种量测仪表和工具对围岩变化情况和支护结构的工作状态进行量测，及时提供围岩的稳定程度和结构可靠性的安全信息，预见事故和险情，作为调整和修改支护设计的依据，并在复合式衬砌中，依据量测结果确定二次衬砌的施作时间，进而实现隧道工程的信息化设计。隧道现场监控量测是保证工程质量的重要措施，也是判断围岩和衬砌结构是否稳定、保证施工安全和工程质

3、量、指导施工顺序、进行施工管理和提供设计支护信息的主要手段。2.1 监控量测的目的（1）根据现场监控量测数据，提供监控设计的依据和信息。主要掌握围岩力学形态的变化和规律，掌握支护结构的工作状态信息并及时反馈，指导隧道施工；监测围岩的应力状态及围岩的位移，了解围岩的松弛范围；通过监测信息，掌握浅埋地段开挖对地表的影响程度，确保它们处于安全的工作状态，以便对围岩的稳定性做出综合评价。（2）了解支护结构的应力状态与围岩压力状态和分布；了解支护参数和支护时间：确定复合式衬砌中二次衬砌的施做时间，并根据监测结果调整和修改隧道支护参数，确定合理的支护形式。（3）对隧道围岩和衬砌应力场、钢支撑受力状态等监测

4、信息异常状态进行及时的预测预报，指导现场施工。预报和监视险情，作为隧道开挖期间的工程预报，确定施工对策和工程措施，防患于未然。如果监测的结果与设计要求存在较大的差别时，有必要对支护或锚杆的布置做出调整与修改。（4）为今后相同地质条件下隧道的设计与施工提供试验数据和积累经验资料，完善隧道工程的设计和施工的工程类比法。（5）通过监测信息，及时掌握隧道支护结构二次衬砌的应变状态和钢支撑的受力状态，为正确调控施工决策、保证施工质量提供科学依据，以确保结构物可靠度和施工安全，并使施工过程对周边环境的影响程度严格控制在安全的范围内。（6）量测数据经分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，以保证隧道施

5、工安全和隧道稳定。（7）预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然。总之，对隧道施工进行监控量测使隧道的设计与施工运作纳入科学的动态管理中，使工程始终处于良好的运行状态，确保隧道施工的安全和工程建设质量，使隧道工程达到经济、合理和可靠的目的。2.2 监控量测的意义对隧道在施工过程中进行监控量测，具有重大的经济意义和实用价值。因为通过现场监控量测，将迅速、准确地获得第一手数据资料，将数据资料和现场量测资料进行分析，并将分析结果及时反馈给设计、施工单位、监理和业主，直接服务于隧道施工；并能及时预报和预测施工过程中出现的险情，对可能出现的事故进行防范和处理。可以避免由于缺乏隧道施工监控量测数据和结

6、果分析而造成施工与支护等工作安排的盲目性，尽量降低工程造价，争取时间，保证在计划工期内圆满的完成隧道施工任务。总之，监控是量测的目的，而量测是监控的手段。三、隧道工程现场监控量测内容3.1 主要量测项目根据铁路隧道喷锚构筑法技术规则（TBJ108-92）和公路隧道施工技术规范(JTJ042-94)的有关规定，现场监控量测项目可分为必测项目和选测项目两大类。结合设计施工图纸和设计补充技术要求的有关内容，并根据本区段隧道的围岩物理力学性质和施工技术要求，本标段监控量测内容分为以下几项，具体内容见表1，监控量测的频率如表2所示。表1 公路隧道工程监控量测项目编号项目测试手段和方法量测目的1地表下沉（

7、8个测点）精密水准仪、水准尺掌握隧道开挖后地表下沉的范围和下沉量的大小；了解地表下沉与工作面推进的变化规律；地表下沉稳定的时间。2围岩内部位移量测（洞内3个钻孔）多点位移计（四点）掌握隧道开挖后围岩的松动范围，优化设计参数3围岩内部位移量测（洞外4个钻孔）在钻孔中安设位移计掌握隧道开挖后围岩的松动范围，优化设计参数4围岩压力及两层支护间量测压力盒、频率接收仪掌握围岩与衬砌相互作用及内力5钢支撑内力及外力（一对测力计）支柱压力计或钢弦式表面应变计、钢筋计等侧力计等了解钢支撑应力大小，为钢支撑选型与设计提供依据；根据受力大小判断围岩和支护结构的稳定性；了解实际状态，保证隧道施工安全。6支护、衬砌内

8、力、表面应力及裂缝量测混凝土应变计、应力计、测缝计等掌握衬砌受力状况及随时间变化情况，判断混凝土的稳定性，了解混凝土的7围岩弹性波测试声波仪及探头测定岩体的物理性质，判断围岩的稳定状态，提供工程围岩分类的参数。注：量测的间隔时间按照公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）执行。表 2 隧道监控量测频率编号项 目量测频率115天16d1月13月3月以上1地表下沉L2D,12次/d；L5D,1次/2d ；1次/周2围岩内部位移量测（洞内设点）12次/d1次/2d12次/周13次/月3围岩内部位移量测（地表设点）L2D,12次/d；L5D,1次/周4围岩压力量测12次/d1次/2d12次/周13次

9、/月5钢支撑内力及外力12次/d1次/2d12次/周13次/月6衬砌内力等量测12次/d1次/2d1次/周13次/月7围岩弹性波测试/注：表2中的L是指量测断面距开挖面的距离，D为隧道开挖的最大跨度。3.2 地表下沉3.2.1量测目的浅埋隧道或者软弱、破碎岩体的隧道，施工方法直接影响隧道的安全，当地表有建筑物时，那后果不堪设想。因此对浅埋隧道进行地表下沉量测是十分重要的。量测的目的在于了解以下内容：1） 地表下沉的量值、范围；2） 地表下沉随掌子面推进的规律；3） 地表下沉的稳定时间。3.2.2 量测的仪器和方法地表下沉的量测一般采用精密水准仪进行量测。隧道浅埋段地表下沉的量测一般与洞内收敛量

10、测、拱顶下沉量测在同一个断面内。当地表有建筑物时，应在建筑物的周围增设地表下沉观测点。按照本合同段的要求，在横断面上以间距25米布设8个测点，隧道中线附近密些。 图1 地表下沉断面布置示意图3.2.3 资料整理通过回归分析，将测试的资料同收敛、拱顶下沉的量测资料进行对比，再根据地表的建筑物的实际情况，提出具体的处理意见。3.3 围岩内部位移量测3.3.1 量测的目的围岩内部位移量测是监测隧道周边某点以及围岩内部不同深度各点的位移状态。主要目的如下：1） 判断隧道周围岩体的稳定性以及支护效果，确保施工安全和工程质量；2） 判别隧道围岩松弛范围，从而优化锚杆设计参数。3.3.2 量测的仪器及方法根

11、据公路隧道施工规范的要求，结合隧道围岩的具体情况进行测试断面的选取。在将周边收敛量测、围岩压力测试、钢支撑应力测试等均可以布设在同一量测断面上，围岩内部位移的量测与净空收敛量测可同步进行，从而减少对施工的干扰。 图2 围岩内部位移量测断面示意图洞内测点的布置按照合同要求布置三个钻孔，初步决定分别布置在拱顶、拱脚（腰），然后埋设多点位移计（机械式四点位移计）。具体布置示意图2。地表测点的布置和洞内布置在同一个断面，具体的孔深示隧道的实际情况来确定，初步考虑四个钻孔，埋设单点位移计来进行。围岩内部位移量测的仪器，主要使用的是多点位移计，它可以量测隧道不同深度处围岩的位移量。位移计按测试装置的工作原

12、理可分为电测试和机械式两种。本次测试采用机械式的位移计。围岩内的量测频率与同断面的其它项目量测频率相同。 3.4 围岩压力量测及两层支护间压力3.4.1 量测的目的围岩压力量测，通常情况下是指围岩与支护或者喷层与二次衬砌之间的接触压力量测，其目的是：1） 了解围岩压力的量值及分布状态；2） 判断围岩和支护的稳定性，分析二次衬砌的稳定性和安全度。3.4.2 量测方法与仪器接触压力量测仪器根据测试原理和测力计结构的不同分为液压式测力计和电测试测力计，电测试测力计的优点是精度高。本次测试围岩压力采用钢弦式压力盒进行量测。在隧道断面上按照测试的具体分别在边墙、拱腰、拱顶和仰拱底部等处布点，按规范要求并

13、结合隧道施工的具体情况布置个测点数量。采用压力盒置于围岩与两层支护之间，每个量测断面布置15个压力盒。分别在隧道拱顶、边墙和隧道仰拱中部设置压力盒，确定围岩作用在支护体系上的压力，判断支护类型的合理性以及隧道衬砌结构是否稳定。每个量测断面的元件、仪器的布置见图3所给出的示意图。图3 围岩压力、衬砌应力量测断面示意图3.5 二次衬砌混凝土应力、应变等的量测3.5.1量测目的研究二次衬砌的应力应变分布以及外荷情况，作为分析和评定安全性的依据，且间接了解到围岩的稳定状态，并与其他测试手段相互验证。3.5.2量测仪器量测仪器可分为应力式和应变式两类。具体仪器使用见下表：量测点作用使用元件量测仪器应力观

14、测点混凝土结构应力测量钢筋计等电阻应力仪、频率接收仪应变观测点支护结构的应变测量埋入式混凝土应变计电阻应变仪、频率接收仪3.5.3量测要点为了保证量测的精度，仪器的安装及量测都不能与施工同时进行，需要将它们列在施工循环作业之中，并应注意以下几点：埋置在喷射混凝土和围岩的分界面上时，要用砂浆、石膏等使传感器和围岩密贴，其后，仔细喷射混凝土使传感器和喷射混凝土之间不留空隙；在喷射混凝土内埋置传感器时，应仔细进行喷射，使传感器和喷射混凝土间不留有空隙；厚度大的混凝土会产生发热和干燥收缩，同时因传感器和混凝土和温度膨胀系数不同，故混凝土硬化后有时在传感器受压面上产生微小缝隙。预计会产生这种现象时，应事

15、先设置压注水泥浆用的压浆管和回流管，用水泥浆填充，应采用能够容易填塞这个缝隙的传感器；布置传感器的引线和管路等应以不防碍施工为原则；注意湿气、尘埃、干扰磁场等对指示仪表的影响本隧道的量测间隔时间，见表2：根据隧道的地质状况，按照规范的要求，本合同段隧道共计约有近140多个有代表性的断面，需要对这140多个断面进行衬砌应力和应变的量测，所以此项量测工作量大。3.6 钢支撑内力计外力3.6.1 量测的目的 在一般的隧道设计中，I、II类围岩中采用型钢支撑；三类围岩采用格栅支撑。量测的主要目的是：1） 了解钢支撑应力的大小，为钢支撑选型和设计提供依据；2） 根据钢支撑的受力状况，判断围岩和支护结构的

16、稳定性；3） 了解钢支撑的实际状况，保证隧道的施工安全。3.6.2 量测的方法和仪器 目前型钢支撑应力量测多采用钢弦式表面应变计，格栅支撑应力量测采用钢筋应力计。 测试断面的布置和围岩压力等量测布置在同一断面上，对在I、II类围岩中，监测时在横断面上，根据钢架的长度和围岩的具体情况来选择不同的测点进行监测，一般在某些位置的上下缘布设一对表面应变计，但要注意固定的质量；对III类围岩，钢支撑采用格栅支撑，监测时，选测和格栅主筋直径相同的钢筋计焊接到适当的部位，监测钢支撑应力、应变的变化。测力计布设的示意图见图4。监测的频率见表2，与同断面压力盒的观测频率相同。 图4 测力计安装示意图3.7 围岩

17、弹性波测试3.7.1 测试的主要目的围岩声波测试是一种地球物理探测方法，具有速度快、简易、经济等特点。测试的主要目的： 测定岩体的物理性质，判断围岩的稳定状态，提供工程围岩分类的参数。3.7.2 测试仪器和方法 声波仪是围岩弹性波测试的主要设备，它主要的部件是发射和接收机。测试方法根据实际情况来布设，一般采用单孔法或双孔法。四、仪器配置及测点数量主要仪器配置及测点数量序号仪器名称数 量需要量备用总数1水准仪2132多点位移计20378015013压力盒1751515027754表面应变计455511023855钢筋计455511023856地表下沉测点8100408407混凝土应变计14222

18、15032748铟钢尺5279裂缝测量仪21310频率接受仪31411声波仪21312屏蔽电缆根据实际情况来定，需要的量非常大。13集线器21314伸缩杆21315计算机20216打印机20217 注：这里只是主要的仪器及其元件，统计不全面，具体确切数量在现场来确定。4.1隧道施工监控量测主要测试仪器4.3.1 仪器及仪表(1) 通用仪器按照隧道所处地理位置，整个隧道监测可按3台购置，二台检测，一台备用。YJ26型静态电阻应变仪； P10R18平衡箱；ZXY型振弦计；频率接收仪；声波仪；裂缝测量仪；水准仪等。(2) 埋设的元器件每个监测断面所需要的元器件按照实际所需数量购买，预留一定的损耗量。

19、XJH2型埋入式混凝土应变计；XYJ3型双膜压力盒；机械式4点位移计；表面应变仪；钢筋计等。4.3.2 工具以下为在量测断面安装测试元件时所必须的工具万用表，兆欧表250V，标定矩尺；电锤，电源板，试电笔，记录笔，记录板，计数器，大、小螺丝刀（“一”、“十”字型），钢卷尺，活扳手，老虎钳，尖嘴钳，剥线钳，30W电烙铁，数字式温度计，美工刀，剪刀，羊角榔头，尖嘴镊子，锯弓，500W或1000W电炉，手电筒3只，工具包。4.3.3 消耗品703胶，CH31胶，封口胶带，双面胶带，黄底黑字M6异型（英文字母与阿拉伯数字）号码管，热缩管，记号笔，8#油画笔，5#电池4对，0#、1#砂布，药棉，酒精，白

20、胶布，松香，锡焊丝，绑扎带，反光纸，500m花线。五、监控量测方案实施原则5.1隧道代表地段选择 代表地段包括： (1) 洞口地段(避开洞口衬砌加强段) (2) 埋深较浅(2D)的地段 (3) 围岩类别发生变化的地段5.2隧道量测断面的选择每座隧道根据监测项目和开挖揭露的围岩条件可在每间隔30m50m设置一个监测断面，特殊地段可按照最小10m的距离减少或增加监测断面，以便确保监测的精度和量测的可靠性，保证量测结果的准确性。各个断面的数据应同时采集。5.2.1 监控量测断面根据上述监控量测布置的原则，对隧道施工监控量测的断面布置一般按3050米来设置监测断面，特殊情况增加监测断面。5.3 监控量

21、测数据的采集根据以上量测断面的布置和测点的设置，量测监控数据的采集频率(见表2)按照公路隧道施工技术规范(JTJ042-94)和监控量测设计的要求进行，确保采集数据的可靠性、准确性、科学性。本次量测计划充分应充分考虑施工计划安排和隧道施工条件，在埋设量测元件和测读读数时，与协助单位协商，密切配合，尽量减少对施工的干扰，确保顺利完成本次现场量测任务。5.4 监控数据的处理5.4.1 量测数据的散点图和应用根据现场量测数据可绘制位移与时间曲线(或散点图)。曲线的时间横坐标下应注明施工工序和开挖工作面距量测断面的距离，以便对隧道开挖后围岩的变形和应力状态进行分析，指导设计和施工，并推算最终位移值和掌

22、握位移变化规律。说明：采用回归分析是可选用下列函数：(1)对数函数 例如：u=a1g(1+t)，u=a+blg(1+t)(2)指数函数 例如：u=a*(eb/t)(3)双曲函数 例如：u=t(a+bt) 式中 a、b回归常数； t初读数后的时间，d； U位移值，mm。5.4.2量测曲线反常的处理当位移时间曲线出现反拐电时，即说明位移出现反常的急剧增长现象。此时表明围岩和支护已呈不稳定状态，应加强监测，并根据围岩条件适当加强支护或采取处理措施。5.4.3允许相对位移值隧道周边任意点的实测相对位移值或用回归曲线分析推算的最终位移值均应小于公路隧道施工技术规范中(JTJ042-94)的建议值。当位移

23、速度无明显下降，而此时实测相对位移值已接近表中规定的数值，或者支护混凝土表面出现明显裂缝时，必须采取补强措施，并改变施工方法或设计参数。六、报表测试与监测成果按以下方式反馈甲方及监理： 日报表：日报表给出本次观测到的所有测点的监测数据的直接结果。内容包括：文字性说明及以表格形式给出的本次所有测点的直接监测结果。文字性说明包括：所测测点的范围、位置，施工情况，最大监测值及速率，相应管理等级，必要时给予趋势判别。 半月报表：半月报表给出本阶段内所测测点的所有监测结果，并进行分析给出阶段性结论。半月报表是提交给监理及业主的重要监测成果的报表。数据分析的成果将体现在该报表中，将给出时态图以及分布图，并

24、进行回归预测分析。本报表每半个月提交一次。 总报告：对测试与监测成果进行全面分析、评价，给出基于监测成果所做出的本工程安全性以及对周围环境的影响程度的最终评估结论。总报告在现场工作结束后两个月内提交。七、 技术保证及监控量测协助单位西南交通大学是国内具有专业从事地下工程监测、科研和教学师资的全国重点大学。西南交通大学近年来与铁路、公路建设单位、施工单位配合，先后完成了南昆铁路家竹箐隧道、京珠高速公路粤境南段担架哨隧道、重庆渝长高速公路铁山坪隧道、川藏公路二郎山隧道、成渝高速公路中梁山隧道、成昆线以及广州地铁、上海地铁车站和区间隧道等重点工程的监控量测任务，具有长期从事地下工程现场量测的队伍和实

25、践经验，可以完成隧道施工的监控量测。附：隧道监控量测记录表围岩内部位移量测记录表隧道名称: 测点里程: 测试人员: 记录人员: 测点钢线颜色位移(mm)测点钢线颜色位移(mm)A无色A无色绿色绿色黄色黄色B无色B无色绿色绿色黄色黄色C无色C无色绿色绿色黄色黄色D无色D无色绿色绿色黄色黄色E无色E无色绿色绿色黄色黄色 混凝土衬砌应力量测记录表隧道名称: 测点里程: 测试人员: 记录人员: 测点编号频率(Hz)测点编号频率(Hz)A1A1B2B2C3C3D4D4E5E5F6F6围岩接触压力量测记录表隧道名称: 测点里程: 测试人员: 记录人员: 测点编号频率(Hz)测点编号频率(Hz)A1A1B2B2C3C3D4D4E5E5F6F6