古城岭3#监控量测专项方案.doc

宝兰铁路客运专线BLTL-14标合同段

古城岭隧道3#斜井监控量测专项方案

编制： 日期： 年 月 日
审核: 日期： 年 月 日
审批： 日期： 年 月 日

宝兰铁路客运专线BLTL-14标二工区
隧道监控量测方案
一、 编制依据
1、《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）
2、宝兰铁路客运专线BLTL-14标古城岭隧道设计图
3、《铁路隧道工程施工技术指南》〔TZ204-2008〕
4、《铁路隧道监控量测技术规程》〔TB10121-2007〕
二、工程概况
古城岭3#斜井位于兰州市榆中县境内，设计为单洞单车道，单车道净空尺寸5.0×6.0m(宽×高)。按200～300m长度设错车道一处。总长400m，其中400m为V级围岩。斜井综合坡度为9.2%，与正洞平面交角为60°0′0″，交汇里程为DK1018+550。
三、围岩监控总体方案
现场监控量测是隧道现代化施工管理的重要组成部分，它不仅能指导工作，预报险情，确保安全，而且通过现场监测获得围岩动态和支护工作状态的信息（数据），为修正和确定初期支护参数，混凝土衬砌支护时间提供依据。
监控量测是施工过程中必不可少的一道施工程序，用于监测隧道各施工阶段围岩和支护状态，确保施工安全，而且通过对围岩支护体系的稳定性状态的监测和评价，为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供依据，同时确定二次衬砌和仰拱的施做时间，从而达到确保施工及结构安全、指导施工顺序、便利施工管理的目的。
1、隧道监控量测的目的
隧道新奥法施工的基本要点为：“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。从中看出监控量测是隧道新奥法施工中重要的工序，是指导隧道开挖、支护、施工的核心技术。通过现场监控量测应达到下列目的：
（1）确保施工安全及结构的长期稳定性；
（2）验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据；
（3）确定二次衬砌施做时间；
（4）监控工程对周围环境影响；
（5）积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。
2、隧道监控量测的主要项目
施工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，及时提供围岩稳定程度和支护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，依据量测结果确定两次衬砌施做时间。根据隧道围岩的多样性及不良地质地段多的特点，为加强施工过程的监控量测，确保施工安全，我们拟采用信息化施工监控量测技术和实用的量测围岩应力-应变方法，控制围岩变形，掌握准确的数据，修正参数，指导施工。
监控测量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（见表4-1、4-2）。必测项目在采用喷锚构筑法施工时必须进行；选测项目应根据工程规模、地质条件、隧道埋深、开挖方法及其他特殊要求，有选择的进行。
必测项目是用以判断围岩的变化情况和支护结构工作状态的经常性量测。
表4-1 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、外检查
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、全站仪）
0.1mm

3
拱顶下沉
水准测量的方法，水准仪、钢挂尺或全站仪
1mm

4
地表下沉
水准测量的方法，水准仪、铟钢尺或全站仪
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、隧道激光断面仪）
0.01mm

注：H0——隧道埋深；b——隧道最大开挖宽度。
选测项目是用以判断隧道围岩松动状态、喷锚支护效果和积累资料为目的的量测。
表4-2 监控量测选测项目
序号
监控量测项目
量测方法和仪表
测试精度
备注
1
地表下沉
水准仪、铟钢尺或全站仪
1mm
H0＞2b
2
隧底隆起
水准仪、铟钢尺或全站仪
1mm

3
围岩内部位移
多点位移计
0.1mm

4
围岩压力
压力盒
0.001MPa

5
二次衬砌接触压力
压力盒
0.001MPa

6
钢架受力
钢筋计、应变计
0.1MPa

7
喷砼内力
砼应变计
10µε

8
锚杆轴力
钢筋计
0.1MPa

9
二次衬砌内力
砼应变计、钢筋计
0.1MPa

10
爆破振动
振动传感器、记录仪

临近建筑物
11
围岩弹性波速度
弹性波测试仪
11

12
孔隙水压力
水压剂

13
水量
三角堰、流量计

14
纵向位移
多点位移计、全站仪

注：H0——隧道埋深；b——隧道最大开挖宽度。
我工区根据现场及我工区的实际情况只进行必测项目的监测。

量测项目主要内容及频率
项目名称
方法及工具
布 置
测试时间
1～15天
16天～1个月
1～3个月
3个月以上
地质及支护
状态观察
岩性、结构面产状及支护裂缝观察和描述，地质罗盘
开挖后及初期支护后进行
每次掘进后及初期支护后
周边位移
JSS30A型数显收敛计
每5～30米一个断面每断面2个测点
1次/天
1次/2天
1次/周
2次/月
拱顶下沉
水平仪、水准尺、钢尺或测杆
每5～30米一个断面
1次/天
1次/2天
1次/周
2次/月
地表下沉 （洞口浅埋段）
水准仪、水准尺
每5m一个断面，每断面至少7个测点、每隧道至少2个断面。中线每5～20m一测点。
开挖面距量测断面前后＜2B时，1次/天
开挖面距量测断面前后＜5B时，1次/2天
开挖面距量测断面前后＞5B时，1次/周
施工的初期阶段、位移及下沉量大或地质变化显著时，量测断面间距可取较小值；当施工进行到一定程度，地质良好，且位移下沉量较小时，量测间距可取表中较大值，根据情况也可加大，但在围岩突变处和较软弱结构面处应增设量测断面和测点；用台阶法开挖时，下半断面开挖越靠近上半量测断面，量测频率应适当增加，以便掌握位移（下沉）的变化；如果围岩位移（下沉）量较大，出现位移速度加速等情况，量测频率应适当增加，另外，进行洞内状态观测时应对每个开挖面都进行观察，一般应每天观察一次。
二次衬砌施做在满足下列要求时进行：各测试项目的位移速率明显收敛、围岩基本稳定；已产生的各项位移已达到预计总位移量的80%～90%；周边位移速率小于0.1～0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07～0.15mm/d。位移变化过大或有突变情况发生时，上报监理和业主处理。
3、围岩量测小组组织机构
施工监测是施工过程中的一道不可忽视的工序，为确保施工监测质量，真正做到信息化指导施工，确保施工安全、顺利进行，成立监测管理小组，实行监测质量专人责任制，由有经验的专业监测人员组成，制定实施性计划使监测按计划有步骤地进行。
4、施工监测流程图

图4-1施工监测及信息反馈流程图
5、量测方法及要求
测量前检查仪器设备是否完好，若发现故障及时进行修理或更换；确认测点是否松动或发生人为破坏，只有测点状态良好时方可进行测试工作。
（1）施工过程中应进行洞内、外观察。洞内观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。
（2）开挖工作面观察应在每次开挖后进行，及时绘制开挖工作面地质素描图、数码成像，填写开挖工作面地质状况记录表，并与勘查资料进行对比。
（3）洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等，同时还应对地面建（构）筑物进行观察。
(4)变形监控量测可采用接触量测或非接触量测方法。
(5)隧道净空变化量测可采用收敛计或全站仪进行。
①采用收敛计量测时，测点采用焊接或钻孔预埋。
②采用全站仪量测时，测点应采用膜片式回复反射器作为测点靶标，靶标粘附在预埋件上。量测方法包括自由设站和固定设站两种。
(6)拱顶下沉量测可采用精密水准仪和全站仪进行。在隧道拱顶轴线附近通过焊接或直接钻孔预埋测点。测点应与隧道外监控量测基准点进行联测。
(7)地表沉降监控量测可采用精密水准仪、銦钢尺进行，基准点应设在地表沉降影响范围之外。测点采用地表钻孔埋设，测点四周用水泥砂浆固定。
(8)围岩内变形量测可采用多点位移计。多点位移计应钻孔埋设，通过专用设备读数。
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、开挖方法等按表4-3规定进行。V级围岩量测断面布点示意图见图4-1。
表4-3 必测项目量测断面间距和每断面测点数量
围岩级别
断面间距（m）
每断面测点数量
净空变化
拱顶下沉
Ⅴ
不大于5m
2条基线
1～3点
Ⅳ
不大于10m
2条基线
1点
Ⅲ
30～50
1条基线
1点
测量中按各项测量操作规程安装好测试仪器，每测点一般读数三次，三次读数相差不大时取算术平均值作为观测值，测点由于人为破坏、松动时需要进行重新布点及时观测。测试完毕后检查仪器，做好养护保管工作。及时进行资料整理。
5.1、围岩及支护状态监测
开挖工作面的观察，在每个开挖面进行，特别是在软弱围岩地段，开挖后应立即进行地质调查，绘出地质素描图。若遇特殊地质情况时，应派专人进行不间断的观察。设专人负责施工中水文、地质的观察和素描，及环境水侵蚀和膨胀性围岩的监测，发现问题及时采取有效措施。
开挖后立即进行工程及水文地质、岩层结构面产状、节理裂隙发育程度及其方向、开挖面的稳定状态、涌水情况、是否有底板隆起等的观察；对已初期支护地段，加强对围岩动态情况的观察：锚杆的受力变形情况、喷射砼是否发生裂隙和剥离现象、拱架是否受压变形等，并做好观测记录及影像资料。
5.2、拱顶下沉量测
拱顶下沉量测点在初期支护后施做，用电钻钻孔，用锚固剂填满再插入测点固定杆，待砂浆凝固后即可进行量测工作。拱顶下沉点和净空变化点应布置在同一断面内，其量测断面间距及测点数量应按表4-3进行。支护结构施工时要注意保护观测点，一旦发现测点被埋或损毁，要尽快重新设置，保证量测数据不中断。拱顶下沉量测测点，一般布置在拱顶中部，每断面布置1点，当遇到其它障碍时，可适当移动位置。拱顶下沉量测布点如下图。
量测仪器：水平仪、、挂钩式钢尺
测量方法：采用水平仪、水准尺、挂钩式钢尺配合测量拱顶下沉，精度达1mm。

图4-2拱顶下沉量测点布置示意图
5.3、水平收敛（周边位移）量测
量测断面相应进程处，即每10m布设一个量测断面，且与拱顶下沉观测点在同一量测断面上。测点用风钻打眼埋设好固定杆，并在外露杆头设挂钩。测点大小适中。支护结构施工时要注意保护观测点，一旦发现测点被埋或损毁，要尽快重新设置，保证量测数据不中断。水平收敛量测测点，一般布置在两侧拱腰，每断面布置两点，当遇到其它障碍时，可适当移动位置。
测量仪器：JSS30A型数显收敛计
测量方法：采用JSS30A型数显收敛计测量水平收敛值（详见下图）

注：Ⅴ~Ⅳ级围岩布置两条基线，Ⅲ级围岩可只布置一条基线
图4-3水平收敛量测布点示意图
5.4、地表下沉量测
浅埋隧道地表沉降测点应在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。地表沉降测点横向间距为2—5m，且没断面不少于7个点。在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧量测范围不应小于Ho + B，地表有控制性建(构)筑物时.量测范围应活当加宽。其测点布置如下图。
测量仪器：精密水平仪、因瓦尺
测量方法：采用精密光学水平仪、水准尺配合测量地表沉降。每个断面均绘制下沉时间曲线。用经纬仪将所有测点设置在同一直线上。

图4-4地表下沉横向测点布置示意图
四、量测频率及变形管理等级
必测项目的监控量测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度分别按表5-1和表5-2确定。由位移速度决定的监控量测频率和由距开挖面的距离决定的监控量测频率中，原则上采用较高的频率值。出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。
表5-1 量测频率（按位移速度）
位移速度（mm/d）
量测频率
≥5
2次/d
1～5
1次/d
0.5～1
1次/2～3d
0.2～0.5
1次/3d
＜0.2
1次/7d
表5-2 量测频率（按距开挖面距离）
量测断面距开挖面距离（m）
量测频率
0～1b
2次/d
1～2b
1次/d
2～5b
1次/2～3d
＞5b
1次/7d
注： b——隧道开挖宽度。
洞内观测分为开挖工作面观测和初期支护状态观测两部分。开挖观测应在每次开挖后进行，地质情况变化不大时，可每天进行一次。对初期支护的观测也应每天至少进行一次。
实测最大位移值或回归预测最大位移值不应大于表5-3所列指标，并按表5-4变形管理等级知道施工。
表5-3隧道初期支护限相对位移
围岩级别
埋深h（m）
h＜50
50＜h≤300
300＜h≤500
拱角水平相对净空变化值（%）
Ⅴ
0.20～0.50
0.40～2.00
1.80～3.00
Ⅳ
0.10～0.30
0.20～0.80
0.70～1.20
Ⅲ
0.03～0.10
0.08～0.40
0.30～0.60
Ⅱ

0.01～0.03
0.01～0.08
拱顶相对下沉（%）
Ⅴ
0.08～0.16
0.14～1.10
0.80～1.40
Ⅳ
0.06～0.10
0.08～0.40
0.30～0.80
Ⅲ
0.03～0.06
0.04～0.15
0.12～0.30
Ⅱ

0.03～0.06
0.05～0.12
注：①硬岩取下限，软岩取上限；
②拱角水平相对净空变化指两测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；
③墙腰水平相对净空变化极限值可按拱角水平相对净空变化值乘以1.2～1.3后采用。
表5-3 变形管理等级
管 理 等 级
管 理 位 移
施 工 状 态
Ⅲ
U＜U0/3
可正常施工
Ⅱ
U0/3≤U≤2U0/3
应加强支护
Ⅰ
U＞2U0/3
应采取特殊措施
（注：U-实测位移值；U0-最大允许位移值）
五、量测数据的处理与反馈
（1）量测数据整理、分析与反馈应符合下列要求：
①每次量测后应及时进行数据整理，并绘制量测数据时态曲线和距开挖面关系图。
②对初期的时态曲线应进行回归分析，预测可能出现的最大值和变化速度。
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。
（2）围岩稳定性的判别
①根据位移变化速度判别：
净空变化速度持续大于5.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护系统。
净空变化速度小于0.2mm/d时，围岩达到基本稳定。
在浅埋地段以及膨胀性和极压性围岩等情况下，应采用其他指标判别。
②根据位移时态曲线（图4-2）的形态来判别：
图6-1 位移u-时间t的关系曲线图
当围岩位移速率不断下降时（du2/d2<0）,围岩趋于稳定状态；
当围岩位移速率保持不变时（du2/d2=0），围岩不稳定，应加强支护。
当围岩位移速率不断上升时（du2/d2>0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。
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