隧道监控量测实施细则.doc

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五台山至盂县高速公路

五盂高速公路隧道施工
监控量测实施细则

阳五高速公路投资管理有限公司
二〇一一年八月

隧道监控量测实施细则
目录
1、监控量测的目的 3
2、监控量测的项目 3
3、量测断面的间距和频率 4
4、测点设置要求及测设工具 5
5、量测方法及数据处理 5
5.1、水平收敛量测 5
5.2、拱顶下沉量测 7
5.3、量测数据的处理与应用 8
6、量测数据整理、分析与反馈的要求 9
7、监控量测规范要求 10
8．监控量测仪器及量测作业要求 11
8.1．量测仪器 11
8.2．量测作业要点 14
9、量测的管理及人员配备 14
9.1、量测的管理 14
9.2、量测人员配备 14
10、监控量测与信息反馈程序图 15

1、监控量测的目的
监控量测是隧道在施工过程中，对围岩支护体系的稳定状态进行监测，为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提出依据，是确保施工及结构运营安全、指导施工过程、便利施工管理的重要手段，采用新奥法原理设计、施工的隧道，监控量测是施工中不可缺少的施工程序。
2、监控量测的项目
2.1、必测项目是施工中必须作为一道工序进行的监控量测项目。它包括：
(1)洞内外观察
(2)水平相对净空变化值的量测
(3)拱顶下沉的量测
(4)地表沉降
2.2、选测项目是根据围岩性质、隧道埋置深度、开挖方式等条件自行确定的监控量测项目，作为必测项目的验证和补充。它包括：
(1)围岩压力量测
(2)钢架内力量测
(3)喷混凝土内力量测
(4)二次衬砌内力量测
(5)初期支护与二次衬砌间接触压力量测
(6)锚杆轴力量测
(7)隧底隆起
(8)围岩内部位移
(9)爆破振动
(10)孔隙水压力
(11)水量
(12)纵向位移
3、量测断面的间距和频率
3.1、地质及支护状况的观察，对判断围岩的稳定性、进行开挖前方的地质预报等十分重要，所以地质观察和记录对开挖后的每一个工作面都应进行，必要时还要进行地质描述。对初期支护应进行喷射混凝土、锚杆、钢架等的状况描述。
3.2、净空变形量测断面的间距应根据围岩级别、隧道断面尺寸、埋置深度等确定，其间距按表1采用。拱顶下沉量测与净空水平收敛量测应在同一断面内进行，并用相同的量测频率，应从表2根据变形速度和距开挖工作面距离较高的一个量测频率。

拱顶下沉及周边收敛量测间距表　　　拱顶下沉及周边收敛量测频率表
　表１　　　　　　　　　　 表２
围岩级别
量测断面间距(m)
Ⅴ~Ⅵ
5~10
Ⅳ
10~30
Ⅲ
30~50
位移速度(mm/d)
量测断面间距开挖面距离(m)
量测频率
≥5
(0~1)B
2次/d
1~5
(1~2)B
1次/d
0.5~1
(2~5)B
1次/2~3d
＜0.5
＞5B
1次/7d
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 注：Ｂ-隧道最大开挖宽度　
3.3、地表下沉量测应根据隧道埋置深度、地质条件、地表有无建筑物、所采用的开挖方式等因素确定是否进行。地表下沉量测的测点应与净空水平收敛及拱顶下沉量测的测点布置在同一断面内，沿隧道中线，地表下沉量测断面的间距可按表3采用。 地表下沉量测断面间距表
表3
隧道深度H0
量测断面间距(m)
2B＜H0＜2.5B
20~50
B＜H0≤2B
10~20
H0≤B
10
注：H0—隧道埋深；B—隧道最大开挖宽度
3.4、需要进行横断面方向地表下沉量测时，其测点间距应采取2~5米，在同一量测断面内应取7~11个测点。地表下沉的量测频率应和拱顶下沉及净空水平收敛的量测频率相同。地表下沉量测应在开挖工作面前方H0+B(隧道埋置深度+隧道最大开挖宽度)处开始，直至衬砌结构封闭，下沉基本停止时为止。
4、测点设置要求及测设工具
周边位移量测以水平相对净空变化值的量测为主，水平净空变化量测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。拱顶下沉量测断面的位置在每一断面宜布置1~3个点。若地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，应同时量测拱腰下沉及基底隆起量。测点的安装应能保证在开挖后12小时 (最迟不超过24小时)内和在下一循环开挖前测到初次读数。坑道周边收敛计可选铰弹簧式或重锤式，拱顶下沉量测采用水平仪、水准仪和挂钩钢尺等，有条件时可采用激光隧道断面监测仪进行量测。变形量测可采用单点或多点式锚头和传力杆，配以机械式百分表或点测位移计。不同工法测点布设参见示意图。
5、量测方法及数据处理
5.1、水平收敛量测
5.1.1、量测方法
水平相对净空变化的量测首先要求将预埋件按要求的时间及方法埋设，然后进行仪器的安装(如下图所示)。

当仪器安装完成后，利用弹簧秤、钢丝绳、滑管给钢尺施加固定的水平张力(弹簧秤拉力90N)，并在百分表读得初始数值X0；因第一次量测的初始读数是关键性读数，应反复测读；当连续量测3次的误差R≤0.18mm(R值根据收敛计不同而异)时才能继续爆破掘进作业。用同样方法可读得间隔时间t后的t时刻的Xi值，则t时刻的周边收敛值Ut即为百分表两次读数差：
Ut=L0-Lt+Xtl-Xto
式中：L0——初读数时所用尺孔刻度值；
Lt——t时刻时所用尺孔刻度值；
Xtl——t时刻时经温度修正后的百分表读数值，
Xtl= Xt+εt
Xto——初读数时经温度修正后的百分表读数值，
Xt0= X0+εt0
Xt——t时刻量测时百分表读数值；
X0——初始时刻百分表读数值；
ε——温度修正值，
εt=α(T0-T)L
α——钢尺线膨胀系数；
T0——鉴定钢尺的标准温度，T0=20℃；
T——每次测量时的平均气温；
L——钢尺长度。
5.1.2、数据处理
每次测量时要做好详细的量测记录，记录内容包括日期、时间、里程编号、环境温度、量测数据等，并及时根据现场测量数据绘制时态曲线和空间关系曲线。当位移时间曲线趋于平缓时，及时进行量测数据的回归分析，以推求最终位移和掌握位移变化的规律。目前，常采用的回归函数有：
对数函数 U=A+Bln(t+1)
U=Aln()
指数函数 U=Ae-B/t
U=A(e-Bt0-e-BT)
双曲函数 U=A
式中：U—变形值(mm)；
A、B—回归系数；
t—量测时间(d)；
t0—测点初读数时距开挖时的时间(d)；
T—量测时距开挖时的时间(d)。
5.2、拱顶下沉量测
5.2.1、拱顶下沉量测方法
拱顶下沉量测采用水准测量法进行，后视点可设在稳定衬砌上，用水平仪进行观测(如下图所示)。将拱顶初始相对高差与t时刻相对高差相减变得拱顶下沉量，即：Ut=(Q0+P0)-(Q+P)=(Q0-Q)+(P0-P)。若Ut为正值，则表示拱顶下沉；若Ut为负值，则表示拱顶向上位移。

5.2.2、拱顶下沉量测数据的处理
拱顶下沉量测数据的处理方法同水平相对净空变化量测。
5.3、量测数据的处理与应用
5.3.1．根据现场量测数据绘制水平相对净空变化、拱顶下沉时态曲线，净空水平收敛、拱顶下沉与距开挖工作面的关系图等。
5.3.2．根据量测结果及《公路隧道施工技术指南》的规定可根据表4中变形管理等级指导施工。
表4
变形管理等级
管理等级
管理位移
施工状态
Ⅲ
U〈U[1B/2B]/3
正常施工
Ⅱ
U[1B/2B]/3《U《2U[1B/2B]/3
加强监测
Ⅰ
U〉2U[1B/2B]/3
采取相应工程措施并加强监测

位移控制基准(U1B/U2B取值)
表5
类别
距开挖面1B(U1B)
距开挖面2B(U2B)
距开挖面较远
允许值
65%U0
90%U0
100%U0
注：U0—极限相对位移值(结构允许相对位移，见下表)，U—实测位移值 B—隧道最大开挖宽度
结构允许相对位移表(%)
埋深
围岩级别
<50m
50～300m
300m～500m
拱脚水平相对静空变化值
Ⅴ
0.29～0.72
0.58～2.88
2.59～4.32
Ⅳ
0.14～0.43
0.29～1.15
1.00～1.73
拱脚水平相对静空变化值
Ⅴ
0.12～0.23
0.20～1.58
1.15～2.02
Ⅳ
0.09～0.14
0.06～0.12
0.43～1.15
注：硬岩取下限，软岩取上限。拱脚水平相对净空变化指两侧点间净空水平变化值与其距离之比；
拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比。墙腰水平相对净空变化极
限值可按拱脚水平相对净空变化值乘以1.2～1.3后采用。
5.3.3、根据位移变化速度判别：
1)、净空变化速度持续大于5.0mm/d时，围岩处于急刷变形状态，应加强初期支护系统。
2)、净空变化速度小于0.2mm/d，围岩达到基本稳定。
3)、在浅埋地段以及膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用其它指标判别。
5.3.4、根据位移时态曲线的形态来判别：
1)、当围岩位移速率不断下降时(du2/d2t<0)，围岩趋于稳定状态；
2)、当围岩位移速率保持不变时(du2/d2t=0)，围岩不稳定，应加强支护；
3)、当围岩位移速率不断上升时(du2/d2t＞0)，围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。
6、量测数据整理、分析与反馈的要求
6.1、每次量测后应及时对原始数据进行整理，并绘制量测数据时态曲线和距开挖面关系图，以寻求数据之间的规律，通过数据反馈信息了解隧道变形规律；
6.2、对初期的时态曲线进行回归分析，对数据最终位移、变形速率的变化、时态变化等进行预测预报；
6.3、数据异常时，应根据具体情况及时采取加厚喷层、加密或加长锚杆、增加钢架等加固措施。
测点布设示意图
7、监控量测规范要求
7.1、监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，按设计要求进行布点和监测，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。量测数据应及时分析处理，并将结果反馈到施工过程中。
7.2、隧道施工过程中应进行洞内、外观察，洞内观察可分为开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。
7.3、开挖工作面观察应在每次开挖后进行。观察中发现围岩条件恶化时，应立即采取相应处理措施；观察后应及时绘制开挖工作面的地质描述图、填写开挖工作面地质状态记录表和施工阶段围岩级别判定卡。
7.4、对已施工地段的观察每天应至少观察一次，主要观察喷射混凝土、锚杆和钢架等的工作状态。
7.5．洞外观察重点应在洞口段和洞身埋置深度较浅地段，其观察内容应包括地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况等。
7.6．净空变化、拱顶下沉量测宜在3~6h内完成，其它量测应在每次开挖后12h内取得起始读数，最迟不大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。
7.7、测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护、严防爆破损坏。
7.8、 拱顶下沉和地表下沉量测基点应在洞内、外水准基点建立联系。
7.9、净空变化、拱顶下沉和地表下沉(浅埋地段)等必测项目应设置在同一断面，其量测断面间距及测点数量应根据围岩级别、隧道埋深、开挖方法等按规定进行。
8．监控量测仪器及量测作业要求
8.1．量测仪器
隧道监控量测的项目应根据工程特点、规模大小和设计要求综合选定。量测项目可分为必测项目和选测项目两大类，量测项目、方法及精度要求如下表：
监控量测必测项目
序号
监测项目
测试方法和仪表
测试
精度
备注
1
洞内、外观察
现场观察、地质罗盘、数码相机

2
衬砌前净空
变化
隧道净空变化测定仪
(收敛计、隧道激光断面仪、全站仪)
0.1mm
全站仪采用非接触观测法
一般进行水平收敛量测
3
拱顶下沉
水准测量的方法，水准仪、钢尺
0.5~1mm

4
地表下沉
水准测量的方法，水准仪、塔尺
0.5~1mm
浅埋隧道必测(H0≤2b)
5
二次衬砌后
净空变化
隧道净空变化测定仪(收敛计、全站仪)
0.01mm
全站仪采用非接触观测法
6
沉降缝两侧底板不均匀沉降
三等水准测量
1mm
沉降缝两侧底板(或仰拱填充层面)沉降
7
洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测
三等水准测量
1mm
洞口底板(或仰拱填充层面)与洞口过渡段的沉降
注：1、H0—隧道埋深；b—隧道最大开挖宽度。
2、必测项目在采用喷锚构筑法施工时必须进行
监控量测选测项目
序号
监测项目
测试方法和仪表
测试精度
1
围岩与初期支护接触压力
压力盒
≤0.5%F.S.
2
喷混凝土应变
混凝土应变计
±0.1%F.S
3
钢架应力
钢筋计、应变计
拉伸≤0.5%F.S. 压缩≤1.0%F.S.
4
初期支护与二次衬砌接触压力
压力盒
≤0.5%F.S.
5
二次衬砌内应力
混凝土应变计、钢筋计
±0.1%F.S
6
围岩内部位移
多点位移计
0.1mm
7
隧底隆起
水准仪、铟钢尺或全站仪
0.5~1mm
8
爆破振动速度
振动传感器、记录仪
1mm/s
注：1、H0—隧道埋深；b—隧道最大开挖宽度。
2、选测项目应根据工程规模、地质条件、隧道埋深、开挖方法及其它特殊要求，有选择地进行
3、F.S—仪器满量程
8.1.1、隧道周壁测点三维绝对位移量测时，应建立独立局部三维坐标系，一般z轴为竖直方向，x轴、y轴分别平行和垂直于隧道轴线，局部三维坐标系可参照图4。

（A）

（B）
图 4 全站仪测量示意图
8.1.2、隧道周壁测点三维绝对位移量测时，有自由设站和固定设站两种方式，一般应采用全站仪自由设站三维绝对位移量测法。
8.1.3、隧道内粉尘浓度应控制在以下，减小粉尘浓度以提高可视距离。
8.1.4、隧道周壁测点位移量测时，全站仪测站设置一般应满足如下要求：
（1）测站距反射膜片的距离D应控制在100m以内。
（2）受隧道施工影响，为提高工作效率，同一测试断面设站次数可控制在2次以内。
（3）一次设站无法位移量测时，可进行转站量测，但转站次数不能超过3次。
8.1.5、受隧道内量测环境影响，自动搜索无法精确照准测定中心时，应采用人工照准。
8.2．量测作业要点
8.2.1、高效的组织是完成量测作业的前提条件，必须在组织建设上、组织人员搭配上根据工作目标建设好作业团队。
8.2.2、本项目隧道开挖跨度、开挖断面较大，为确切掌握变形规律、变形特点，因此必须认真进行量测，并通过综合分析掌握隧道的变形规律。
8.2.3、软弱围岩中隧道开挖时，围岩变形规律、特点、变形管理等级等必须通过具体量测数据分析并结合有关设计、规范及以往施工经验来总结、提炼出适用于指导该类围岩隧道施工的有关控制参数，才能保证量测有效指导施工生产。
8.2.4、由于软岩隧道必须采用分部开挖，因此量测的布点、数据分析等都应根据开挖方法来综合处理。
8.2.5、数据分析中，需采用数据数学分析结合现场初期支护变形情况等进行相互验证、综合判定，从而提高分析的准确、可靠性。
9、量测的管理及人员配备
9.1、量测的管理
本项目要求各标段成立监控量测小组，负责管段内隧道的监控量测工作。现场测点的埋设和保护工作由各隧道所属的施工队负责。量测工作由监控量测组长负责，各隧道技术人员配合。每次量测结果要记录详细，并及时将量测数据进行处理、分析，以及时指导施工生产。
9.2、量测人员配备
监控量测所需人员配置如下：
工作人员
人 数
工作职责
测量
3
量测数据的现场采集
数据
1
量测数据的处理、分析
10、监控量测与信息反馈程序图
量测的目的是为了指导施工，为调整支护参数和二衬施工时间提供依据，因此在做好数据收集和分析的基础上必须及时反馈信息，以保证量测作业的及时、有效性。在日常作业中按如下程序进行：
开始
施工设计
施工方案相关参数
支护形式相关参数
衬砌类型相关参数
隧道施工
监控量测
量测数据分析处理
回归分析
动态分析
综合分析
结构安全和经济性判断
经济类比
理论分析
标准评判
结构是否安全
结构是否经济
结束
反馈结构修正意见
正常施工循环
否
否
是
修改施工方法
是

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