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隧道地质超前预报及监控量测施工专项方案培训资料

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2020年4月19日
文档仅供参考
玉溪至临沧高速公路
普洱(振太)至临沧(临翔)段控制性工程试验段

泰和隧道地质超前预报及监控量测施工专项方案

编制:
复核:
审批:

云南公投建设集团有限公司玉临勘察试验段土建施工第二合同段项目部

目 录

第一章 工程概况.……………………………………..……………..1
第二章 地质超前预报和量测的依据……………………………….2
第三章 地质超前预报和量测的目的 …………………………….3
第四章 地质超前预报和监控量测方法…………………………….4
第五章 测点布置原则、各隧道量测测点及断面布置 ………….27
第六章 信息反馈与预测预报 …………………………………….28
第七章 质量保证方案及措施 …………………………………….30
第八章 量测过程中的应急处理措施……………………………….32
第九章 人员与组织机构…………………………………………….34

第一章 工程概况
1.1 概 述
1.1.1工程概述
玉溪至临沧高速公路采用双向四车道高速公路标准建设,设计速度80km/h,整体式路基宽度25.5m,分离式路基宽度2×12.75m。
泰和隧道为分离式隧道,隧道右幅起止桩号为K201+490～K207+870,全长6380米;隧道全线位于直线上,隧道所在路段纵坡:K201+490-K204+320为+0.4%、K204+320-K207+870为-1.9%,最大埋深约730m。隧道左幅起止桩号为ZK201+510-ZK207+930,全长6420米;隧道全线位于直线上,隧道所在路段纵坡:K201+510-K204+260为+0.4%、K204+260-K207+930为-1.9%,最大埋深约737m。本标段右幅长度2976米,左幅长度2976米。
1.1.2地层岩性
泰和隧道段为中浅切割中山地貌区。上覆层为第四系坡残积(Qdl+el)层,下伏基岩为白垩系下统曼岗组(K1m)地层。第四系覆盖层厚度不大,分布广,基岩出露一般。按照工程力学性能并结合工程特征共划分为①～⑤四个工程地质单元层。自上而下分述如下:
1、第四系坡残积(Qdl+el)层
1)粉质粘土:浅黄色、灰绿色,硬塑状。主要有安山玢岩风化后的碎石、角砾组成,碎石约占25%左右,表面无光泽,切面粗燥。承载力基本容许值240Kpa。
2)块石:杂色,中密。骨架颗粒主要由强风化砂岩、泥岩等碎块组成。一般粒组为>200mm颗粒质量约占55%,200mm～20mm颗粒质量约占20%。20～2mm颗粒质量约占15%,其余为粘性土及砂粒充填。承载力基本容许值400kPa。
2、白垩系下统曼岗组(K1m)地层
1)砂岩:紫灰、灰紫色,局部呈灰白色,细粒结构,局部含砾,中厚层状构造,钙质胶结,上部强风化节理裂隙发育,岩体破碎,多呈碎块状,岩质较硬,承载力基本容许值500Kpa;下部中风化,节理裂隙较发育,岩体较完整,机械破碎后岩芯呈碎块状,短柱状及柱状,岩质较硬。承载力基本容许值800kpa。
2)粉砂岩:紫灰、灰白等色,粉粒结构,钙泥质胶结,中厚层状构造。上部强风化节理裂隙发育,岩体破碎,岩芯多呈碎石状,岩质较软,承载力基本容许值450kpa;下部中风化,节理裂隙较发育,岩体较完整,机械破碎后岩芯呈碎块状、短柱状及柱状,岩质较软。承载力基本容许值700kpa。
3)泥岩:紫红色,泥质结构,泥质胶结,中厚层状构造,局部砂质含量较高。上部强风化节理裂隙发育,岩体破碎,岩芯呈碎块状,岩质软,承载力基本容许值400kpa;下部中风化,节理裂隙较发育,岩体较完整,机械破碎后岩芯呈碎块状、短柱状及柱状,岩质较软。承载力基本容许值600kpa。
1.2.3水文地质条件
(1)地表水
洞外地表水发育,河床纵坡较小,具有山区河谷暴涨暴跌的特性,最高洪水位涨幅约1.5m。河流宽度约4～8m,水深约0.2～0.5m,水流量均约1m3/s;隧道洞身段季节性冲沟呈树枝状发育,水量大小不一,总体水量均不大,水流量Q=0.05～5L/s不等。隧址区降雨充沛,植被茂密,地表水系较发育,地表水主要接受大气降雨的补给,汇水面积较大,流量受区内降雨量和季节性控制。
(2)地下水
隧道区地下水为第四系孔隙水类型和基岩裂隙水类型。隧址区第四系孔隙水多赋存于第四系松散土体中,多以潜水形式出现,水位严格受季节控制,径流途径较短,水量甚微;基岩裂隙水埋藏于白垩系岩层的构造裂隙和风化裂隙中,受地形地貌、气候、地层岩性及构造裂隙和风化裂隙发育程度的控制,水量相对较大,隧址区沟谷地带均有泉点出露。
1.2.4气象
隧址区总体属于亚热带季风气候,地形十分复杂,气候垂直变化明显。年平均气温在10℃～13℃之间,最热时间是5月和6月,月平均气温在18℃～25℃之间。年均降水量在1500mm左右。
第二章 方案编制依据
根据<普洱(振太)至临沧(临翔)段控制性工程试验段(泰和隧道)两阶段施工图设计> 地质超前预报及监控量测的有关内容,为掌握隧道在施工期间围岩发生的变形,确保隧道施工安全,结合泰和隧道所穿越地层的工程地质条件,针对该公路隧道的结构特点,制订现场监控量测实施方案,以利于本项目工作的实施,为隧道的安全施工提供科学依据。本监控量测实施方案的制订主要依据以下文件和标准:
(1)<普洱(振太)至临沧(临翔)段控制性工程试验段(泰和隧道)两阶段施工图设计>;
(2)<泰和隧道地质勘察成果报告>;
(3)<公路隧道设计规范>(JTG D70- )
(4)<公路隧道施工技术规范>(JTG F60- )
(5)<公路工程地质勘察规范>(JTJC20- )
(6)<工程岩体分级标准>(GB 50218- )
第三章 地质超前预报和量测的目的
隧道施工监控量测、现场地质调查及地质超前预报是在隧道开挖过程中进行,经过现场勘察及使用各种量测仪器和传感器对围岩与支护结构的工作状态进行测量,掌握隧道围岩与支护结构的工作状况和安全信息,及时预见事故和险情,并为调整和修改支护设计参数提供重要依据,特别是在采用新奥法修建的复合式衬砌的隧道支护体系当中,能够根据围岩及初期支护结构的力学与变形信息来确定二次衬砌的施作时间。
经过对泰和隧道在施工过程中围岩与支护结构变形与力学特性的现场监

控量测以及围岩前方的超前地质预报,主要达到如下的目的和任务:
1、监控量测的目的
隧道监控量测是隧道施工管理的重要组成部分,应将现场监控量测项目列入施工管理文件。作为不可缺少的施工工序,它不但监测各施工阶段围岩动态,确保施工安全,而且经过 现场监测获得围岩动态和支护工作状态的信息(数据),为修正初期支护参数,确定二次衬砌和抑拱施工作时间提拱信息依据,还能为隧道工程设计与施工积累资料,为今后的设计和施工提拱类比依据。
(1)掌握围岩动态和支护结构的工作动态,利用量测结果修改设计,指导施工;
(2)预见事故和险情,以便及时采取措施,防范于未然;
(3)积累资料,为以后的工程设计、施工提供经验;
(4)为隧道施工提供可靠的信息;
(5)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,以保证施工安全和隧道稳定。
2、监控量测的任务
(1)制定可靠的监控量测方案,为隧道的安全和优化施工及地下水的自然状态的保护提供技术支撑;
(2)指导并校核项目部的日常量测和掌子面观测;
(3)负责对典型断面的量测断面的测点埋设、量测,对开挖后的围岩状态做出评价,对量测数据及时分析整理并及时向业主、监理单位通报;
(4)对支护结构型式,支护参数和二次衬砌支护时间提出建议,并书面通知监理及业主;
(5)参与由业主、设计、监理及项目部参加的支护结构型式及参数、围岩类别变更及其它一些变更讨论会议;
(6)对出现的异常情况迅速向有关部门发出警报并及时提出处理方案,对支护结构的合理性及安全性作出评价;
(7)对本隧道水压力对支护衬砌受力影响进行监测和评价;
(8)每周和每月提交监控量测报告。每季度在原计划基础上向业主和监理提交修正下季度工作安排,工作完后向业主提交系统的、完整的监控报告及其原始资料,报告的电子文本;
(9)根据施工需要向业主提出召开监控工作会议的建议。
第四章 地质超前预报和监控量测方法
4.1 地质超前预报的内容与工作方法
隧道地质超前预报主要是在隧道施工过程中,根据岩土工程勘察及设计资料和已经揭露的地质情况,采用仪器设备和地质数学方法,对隧道围岩级别变化、不良地质做出预测,根据预测的结果优化方案并指导施工,有效地控制灾害。
4.1.1地质超前预报内容
根据工程所处的地质环境,本次隧道施工地质超前预报的内容包括:
(1)预报掌子面前方的围岩级别与设计是否吻合,并判断其稳定性,随时提供修改设计、调整支护类型、确定二次衬砌时间的建议等;
(2)预报前方可能出现塌方、滑动的部位、形式、规模及发展趋势;
(3)预报围岩裂隙发育状态,可能出现突然涌水的地点、涌水量的大小及对施工的影响;
(4)对隧道将要穿过不稳定岩层或较大的断层破碎带做出预报,以便提早改变施工方法,做好应急预案;
(5)浅埋隧道地表出现下沉或裂缝时,预报对隧道稳定和施工的影响程度;
4.1.2超前地质预报方案
根据<普洱(振太)至临沧(临翔)段控制性工程试验段(泰和隧道)两阶段施工图设计>,超前地质预报主要采取如下方案:
（1） 采用地质雷达进行近距离(20m～40m)较微观近期预报;
（2） 采用TSP202/203隧道地震探测仪进行远距离(200m)较宏观长期预报;
（3） 二者能够相互补充和印证;
（4） 根据以上综合结果确定是否需要打探孔以及探孔位置和数量(1～3个为宜);
（5） 可探测预报孤石、断层(风化)破碎带及含水量等;
（6） TSP每次掌子面探测约1h;
（7） 地质雷达每次掌子面探测约需30min;
（8） 经过探测预报,超到补充勘探、提高勘探精度、防灾减灾作用。
4.1.3地质雷达探测预报工作方法
地质雷达方法是利用发射天线向地下介质发射广谱、高频电磁波,当电磁波遇到电性(介电常数、电导率、磁导率)差异界面时将发生折射和反射现象,同时介质对传播的电磁波也会产生吸收滤波和散射作用。用接收天线接收来自地下的反射波并做记录,采用相应的雷达信号处理软件进行数据处理,然后根据处理后的数据图像结合工程地质及地球物理特征进行推断解释,对掌子面前方的工程地质情况(围岩性质、地质结构构造、围岩完整性、地下水和溶洞等情况)做出预测。
拟采用预报的仪器为瑞典MALA公司的RAMAC/X3M型地质雷达,探测剖面如图2-1所示布置。探测中使用了100MHz频率天线,时窗设置为:693ns,采样频率:1104MHz,样点数:766,迭加次数:128次,采集方式:剖面法,收发距0.1米,点触发。

图2-1 地质雷达探测剖面布置示意图
开展地质雷达探测以前,必须依据以下条款检查探测适应性:
1)探测对象与周围介质之间应存在明显电性差异且电性稳定;
2)探测对象与探测距离相比应具有一定规模,探测距离不宜过大(40m以内);
3)探测目的体在探测天线偶极子轴方向上的厚度应大于所用电磁波在围岩中有效波长的1/4;
4)掌子面不能被极高电导屏蔽层如金属板等覆盖;
5)探测工作区内不能有大范围的金属构件或无线电发射频渊等较强的人工电磁干扰;
测网布置应符合下列规定:
1)应根据设计、监理等相关单位的技术文件或合同规定布置测线,应使检测成果具有代表性,并能真实地探测区域的工程地质情况;
2)测网布置应根据任务要求,探测对象的大小与探测距离等因素综合考虑。
仪器参数选取应符合下列规定:
1)经过现场试验确定天线和仪器参数,应得出试验结论。
2)记录时窗的选择由最大探测距离、上覆地层的平均电磁波波速以及雷达反射信号的质量来确定,要保证所有可用信号全部被采集。
3)采样间隔宜根据天线中心频率而定;
现场工作应符合下列规定
1)应根据工程图的要求,绘制测线分布的截面图;
2)应详细查验测区内及附近电磁干扰情况和干扰源位置、特性;
3)现场测量时,应清除天线和天线电缆附近的金属物;
4)检查工作应均匀分布在不同测线段,重点选择在主要异常地段或质量可疑地段。检查工作量不得少于总工作量的5％～20％。
4.2 隧道施工监控量测方法
4.2.1 监控量测工作流程
工作流程应在现场监测工作完成后,及时对量测数据进行处理、计算和分析,具体工作流程见图4-2所示

图4-2 工作流程图

4.2.2 监控量测的内容
根据<普洱(振太)至临沧(临翔)段控制性工程试验段(泰和隧道)两阶段施工图设计>,本次监控量测内容如表4-2所示。
表4-2 隧道主要监控量测项目表

1.地质及支护状态观察
(1) 观测内容
1) 对开挖后没有支护的围岩:
a. 岩质各类和分布状态,近界面位置的状态;
b. 岩性特征:岩石的颜色、成分、结构、构造;
c. 地层时代归属及产状;
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. 石煤层情况;
g. 溶洞的情况;
h. 地下水类型,涌水量大小,涌水压力、水的化学成分,湿度等;
i. 开挖工作面的稳定状态,顶板有无剥落现象。
2) 开挖后已支护段:
a. 初期支护完成后对喷层表面的观测及裂缝状况的描述和记录;
b. 有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象;
c. 喷混凝土是否产生裂隙或剥离,要特别注意混凝土是否发生剪切破坏;
d. 钢拱架有无被压曲现象;
e. 是否有底鼓现象。
(2) 量测目的
a. 预测开挖面前方的地质条件及围岩级别;
b. 为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据;
c. 根据喷层表面状态及锚杆的工作状态,分析支护结构的可靠程度。
(3) 量测方法
根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或业主及监理认为有必要监控的地段,设置监控量测断面,利用地质素描、照相或摄像技术将观测到的有关情况和现象进行详细记录,观测中,如发现异常现象,要详细记录发现的时间、距开挖工作面的距离以及附近测点的各项量测数据。
(4)测试仪器
地质罗盘、地质锤、钢卷尺、放大镜、秒表、手电、照相机或摄像机。
(5)量测频率
目测应在隧道开挖工作面爆破后及初期支护后立即进行,每个监测断面应绘制隧道开挖工作面及两张素描剖面图。
2．超前地质预报
(1)观测目点及内容
对掌子面前方的工程地质情况(围岩性质、地质结构构造、围岩完整性、地下水和溶洞等情况)做出预测
(2)观测方法

3. 浅埋地表下沉监测
(1)量测内容
量测浅埋隧道洞口开挖成形后,地表岩土下沉量。
(2)量测目的
a. 经过地表下沉监测,了解地面的变化状态,判断隧道拱顶的稳定性;
b. 根据下沉速度判断隧道围岩的稳定程度;
d. 为设计优化运气参数提供可靠的数据,保证施工的安全。
(3)埋设及量测方法
基点布设:埋设在隧道开挖纵、横向4倍洞径外的区域,埋设2个基点,以便互相校核,参照标准水准点埋设,所有基点应和附近水准点联测取得原始高程。
测点布设:在测点位置挖长、宽、深均为200mm的坑,然后放入地表测点预埋件(自制),测点四周用砼填实,在预埋件顶端安装全站仪反射贴片,待砼固结后即可量测。地表下沉量测的测点间隔取2～5m,在一个量测断面内设7～11个测点
量测:用高精度全站仪进行观测。要求a)观测应在仪器检验合格后方可进行,且避免在测站和标尺有振动时进行;b)尽量选择在每一天同一时间内进行观测;c)在气候变化较大时,需对气压和气温进行校正。观测坚持四固定原则,即:施测人员固定,测站位置固定,测量延续时间固定,施测顺序固定,且应每隔30天用精密水准测量的方法进行基点与水准点的联测,其误差不得超过±0.5mm(n为测站数)。
数据简要分析:可绘制时间－位移与距离－位移图,曲线正常则说明位移随施工的进行渐趋稳定。如果出现反常,出现反弯点,说明地表下沉出现点骤增加现象,表明围岩和支护已呈不稳状况,应立即采取措施。
(4)监测仪器:全站仪、水准仪、钢尺和标杆等仪器。
(5)测点布置
埋设在隧道开挖纵、横向4倍洞径外的区域,埋设2个基点,以便互相校核,参照标准水准点埋设,所有基点应和附近水准点联测取得原始高程,见图4-5所示。

图4-5 浅埋地表下沉量测图

(6)监测频率
开挖面距量测断面前后＜2B时,1～2次/天。 开挖面距量测断面前后＜5B时,1次/2～3天。 开挖面距量测断面前后＞5B时,1次/3～7天。 (B为隧道开挖宽度)

地表下沉量测断面的间距
埋置深度
量测断面距开挖工作面距离(m)
H>2B
20～50
B<H<2B
10～50
H<B
10

4.周边位移监测
(1)量测内容
量测隧道内壁两点连线方向的相对位移。
(2)量测目的
a.周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直观反映,测量周边位移可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息;
b.根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度,为二次衬砌提供合理的支护时机;
c.判断初期支护设计与施工方法的合理性,用以指导设计和施工;
(3)量测方法
根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或业主及监理认为有必要监控的地段,设置监控量测断面(必测项目监测断面基本按照以下原测进行:V级围岩10～20m、IV级围岩20～30m设置一处监测断面,在围岩破碎带适当加密。必测与选测项目联合监测断面原则上IV、V级围岩每段选择1～2处典型断面进行。),每个断面分别在侧墙和拱顶设置测点,利用收敛计,采用一根在重锤作用下被拉紧的普通钢尺作为传递位移的媒介,经过百分表测读隧道周边某两点相对位置的变化。
测点应距开挖面2m的范围内尽快安设,并应保证爆破后24h内或下一次爆破前测读初次读数。
(4)监测仪器:钢尺收敛计,如图4-3所示

图4-3 钢尺收敛计

(5)测点布置
经过在开挖后坑道内壁面设置锚固点,采用收敛计测定坑道围岩壁面发生的收敛位移,围岩收敛量测的布置如图4－4所示,每个量测断面设置5个锚固点,即图中的点A、B、C、D和E点。经过测定测线AE、BD、CE的位移变化,能够确定出其发生的收敛位移和大变形。

图4-4 围岩收敛位移量测图

(6)量测频度
根据位移速度和距工作面距离选取,见表4-3所示。
表4-3 隧道收敛位移和拱项下沉量测频度表
按位移速度
位移速度
量测频率
5mm/日以上
2～3次/日
1～5mm/日
1次/日
0.5～1mm/日
1次/2～3日
0.2～0.5mm/日
1次/3日
0.2mm/日以下
1次/3～7日
按距开挖面距离
距工作面距离
量测频率
0～1B
2次/日
1B～2B
1次/日
2B～5B
1次/2～3日
5B以上
1次/3～7日

注:(1)从不同的测设得到的位移速度不同,量测频率应按速度高的取值;
(2)若根据位移速度和据工作面距离两项指标分别选取的频率不同,则从中取高值;
(3)后期量测时,间隔时间可加大到几个月或半年量测一次。

5.拱顶下沉监测
(1)量测内容
拱顶下沉量量测,是对隧道拱顶的实际位移值进行量测,是相对于不动点的绝对位移。
(2)量测目的
a. 经过拱顶位移量测,了解断面的变化状态,判断隧道拱顶的稳定性;
b.根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度,为二次衬砌提供合理的支护时机;
c.判断初期支护设计与施工方法的合理性,用以指导设计和施工;
(3)埋设及量测方法
根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或业主及监理认为有必要监控的地段,设置监控量测断面,在拱顶中心用凿岩机钻成孔,然后将带膨胀管的收敛预埋件敲入,旋紧收敛钩,将钢尺或收敛计挂在收敛构上,读钢尺数,再读出基准点上的标尺数,用全站仪或精密水准仪进行测量。
测点应距开挖面2m的范围内尽快安设,并应保证爆破后24h内或下一次爆破前测读初次读数。
(4)监测仪器:精密水准仪、钢尺、标尺等仪器。
(5)测点布置
拱顶下沉测点如图4－4中的C点所示。
(6)监测频率
见表4-3所示。
5．围岩内部位移监测
(1)量测内容
从隧道内或在浅埋隧道地表围岩内钻孔,在孔内安设测试元件,量测沿钻孔不同深度岩层的位移值。
(2)量测目的
a.确定围岩随深度变化曲线;
b. 找出围岩的移动范围,深入研究支架与围岩相互作用的关系;
c.判断开挖后围岩的松动区、强度下降区以及弹性区的范围;
d.判断锚杆长度是否适宜,以便确定合理的锚杆长度;
e.判断相邻隧道施工对既有隧道围岩稳定性的影响。
(3)埋设及量测方法
1)测点安装
(a) 在预定量测部位,用特制直径140mm钻头,钻一深40cm的钻孔,然后再在此钻孔内钻一同心的直径为48mm的小孔,孔深由试验要求确定,钻孔要求平直,并用水冲洗干净。
(b) 矫直钢丝,并截成预定长度,将钢丝连接在钻孔锚头上。
(c) 把锚头末端插入安装杆,然后将锚头推进到预定深度,在操作时要注意定向,避免安装杆旋转,千万不能将安装杆后退,以免安装杆和锚头脱落。
(d) 紧固锚头,若用楔形弹簧式锚头,则用30～50公斤力拉钢丝,如果锚头不滑动,即可认为锚头已经锁紧;若用压缩木锚头,则等待压缩木吸水膨胀后,亦用30～50公斤力拉钢丝,若拉不动,则可认为锚头已经紧固。
(e) 重复以上2、3、4操作步骤,安装剩余锚头,每根钢丝必须穿过楔形弹簧式锚头上的环或压缩木锚头中间的铁管,要注意避免钢丝互相缠绕。
(f) 把与各锚头连接的钢丝分别穿过测筒上的各个导杆,并把测筒的上筒用固定螺丝、木楔及水泥砂浆固定在孔内,然后拉紧钢丝,并用螺母夹紧在各个导杆上,这时要注意调整导杆距离,使之有15mm的伸长量。
(g) 把下筒与上筒相接,并用木楔塞紧,若是电测下筒,还需仔细安装,调整电感式位移传感器的量程,并引出电缆,盖上盖板。当试验点离开挖面很近时,必须采取防护措施,以防止爆破飞石损坏电缆及测筒。
(h) 开始初读数(如果用百分表测读,应每次打开盖板)。为保证读数的稳定性,第一次读数的建立应不小于24小时。
(i)开始阶段,每天应至少进行一次测读,随着开挖面的远离,测读间隔时间能够酌情延长。
2)量测与计算
将钻孔伸缩计测筒上的电感式位移传感器与数字位移计连接,并打开位移计电源开关,即可进行读数。然后根据实际位移与读数的标定数字回归方程,即可算出钻孔伸缩计四个测点的实际位移。
(4)仪器设备
采用多点位移计,多点位移计如图4-6所示,使用3～4点钻孔伸长计进行量测。它由四个钻孔锚头、四根量测钢丝、一个测筒、四个电感式传感器和它的量测仪器－数字位移计组成。

图4-6 GBW-901型多点位移计
(5)测点布置
根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或业主及监理认为有必要监控的地段,设置监控量测断面,每个断面在侧壁和拱顶设置共5个测孔(根据实际情况,每个测孔内布设3~5个测点),测孔布置如图4-7所示,测点布置见图4－8所示。

图4-7 多点位移计量测布置图

图4-8 洞内多点位移计沿深度方向分布
(6)监测频率
与隧道周边位移量测相同。

6．锚杆轴力监测
(1)量测内容
量测锚杆轴力的大小
(2)量测目的
a. 了解锚杆受力状态及锚向力的大小,为确定合理的锚杆参数提供依据;
b. 判断围岩变形的发展趋势,大致判断围岩内强度下降区的界限;
c. 评价锚杆的保护效果;
d. 掌握岩体内应力重分布的过程。
(3)埋设及量测方法
测点安装:安装前,在锚杆待测部位并联钢弦式钢筋计,然后将锚杆按设计进行安装和注浆,记下钢筋计型号,并将钢筋计编号,用透明胶布将写在纸上的编号紧密粘贴在导线上。注意将导线集结成束保护好,避免在洞内被施工所破坏。
量测:采用频率计采集钢筋计频率,根据钢筋计的频率－轴力标定曲线,将量测数据直接换算成相应的锚杆轴力。
(4)量测仪器
振弦式钢筋测力计,如图4-9所示。

图4-9 GJJ-10A振弦式钢筋测力计

(5)测点布置
根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或业主及监理认为有必要监控的地段,设置监控量测断面,每个断面和拱顶和侧壁设置5个测孔(根据实际情况,每个测孔内布设3~5个测点)。
将带有丝扣的钢筋计旋紧而成锚杆测力计,每根锚杆连接3～5个钢筋计,每个量测断面布置5根测试锚杆。经过测试锚杆的应力来确定锚杆的受力状态,以判断锚杆设计的合理性。锚杆轴力量测断面布置如图4-10所示,锚杆沿深度方向的分布见图4-11所示,各孔内的传感器数据采用频率计进行采集。为分析数据准确性,钢拱架内力量测点设在同一位置。
钢筋计

图4-10 锚杆轴力横断面量测布置图

图4-11 锚杆轴力测试沿深度方向分布
(6)量测频率
锚杆轴力量测频率按锚杆总数5%数量检测,每100根锚杆/一次。

7．喷砼应力监测
1)量测内容
量测围岩与初期支护之间的压力。
2) 量测目的
a. 了解初期支护对围岩的支护效果;
b. 了解初期支护的实际承载情况及分担围岩压力情况;
c. 检查隧道偏压,保证施工安全,优化支护参数。
3)量测方法
根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或业主及监理认为有必要监控的地段,设置监控量测断面,每个监控断面沿隧道周边在围岩与初期支护之间埋设土压力盒或应力计进行量测。
4)测量仪器
土压力盒或应力计、频率读数仪。
5)测点布置
每个断面布置5个测点,见图4-12所示。

图4-12 喷层接触压力量测点布置图
6) 量测频度
与锚杆轴力量测频度相同。

8．围岩压力监测
(1) 量测内容
量测围岩与初期支护之间的压力;
(2)量测目的
a. 了解初期支护对围岩的支护效果;
b. 了解初期支护的实际承载情况及分担围岩压力情况;
c. 检验隧道偏压,保证施工安全,优化支护参数。
(3)量测方法
根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或业主及监理认为有必要监控的地段,设置监控量测断面,每个监控断面沿隧道周边在围岩与初期支护之间埋设土压力盒进行量测。
压力盒布设在围岩与初衬之间,即测得围岩压力;压力盒布设在初衬与二衬之间,即测得两层支护间压力。
测点布设∶应把测点布设在具有代表性的断面的关键部位上(如拱顶、拱腰、拱脚、边墙仰拱等),并对各测点逐一进行编号。埋设压力盒时,要使压力盒的受压面向着围岩。在隧道壁面,当测围岩施加给喷砼层的径向压力时,先用水泥砂浆或石膏把压力盒固定在岩面上,再谨慎施作喷砼层,不要使喷砼与压力盒之间有间隙,保证围岩与压力盒受压面贴紧。记下压力盒型号,并将压力盒编号,用透明胶布将写在纸上的编号紧密粘贴在导线上。注意将导线集结成束保护好,避免在洞内被施工所破坏。
量测:采用频率计采集压力盒频率,根据压力盒的频率－轴力标定曲线,将量测数据直接换算成相应的锚杆轴力。
(4)量测仪器
土压力盒、频率读数仪,土压力盒如图4－13所示。

图4-13 振弦式土压力计
(5)测点布置
围岩接触压力的测定可在围岩与初期支护之间、初期支护与二次衬砌之间埋设压力盒的方式进行量测。为便于压力盒的安装,采用在围岩与二次衬砌之间埋设压力盒的方式进行测试。每个量测断面布置5个压力量测点,以确定围岩作用在支护体系上的压力,并判断支护类型的合理性。围岩压力量测的布置如图4-14所示。压力盒采用钢弦式双膜压力盒进行测定,其受围岩作用而发生的变形由频率读数仪采集。

图4-14 围岩接触压力量测图
(6) 量测频度
与锚杆轴力量测频度相同。
9．钢拱架应力监测
(1)量测内容
测试钢拱架中内、外钢筋的轴力和型钢钢架内、外侧的应变,从而计算其所受到的轴力和弯矩。
(2)量测目的
a.了解钢拱架与混凝土对围岩的组合支护效果;
b.了解钢拱架的实际工作状态,视具体情况决定是否需要采取加固措施;
c. 判断初期支护承载能力,保证施工安全,优化支护参数。
(3)埋设及量测方法
根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或业主及监理认为有必要监控的地段,设置监控量测断面,利用地质素描、照相或摄像技术将观测到的有关情况和现象进行详细记录,观测中,如发现异常现象,要详细记录发现的时间、距开挖工作面的距离以及附近测点的各项量测数据。每个监控断面沿隧道周边在钢拱架内、外侧侧壁对撑地布设5对钢筋应力计进行监测。
1)具体布设方法:钢格栅的钢筋计分别沿钢架的内外边缘成对布设。安装前,在钢拱架待测部位并联焊接钢弦式钢筋计,在焊接过程中注意对钢筋计淋水降温,然后将钢格栅或钢拱架由工人搬至洞内安装或立好,记下钢筋计型号,并将钢筋计编号,用透明胶布将写在纸上的编号紧密粘贴在导线上。注意将导线集结成束保护好,避免在洞内被施工所破坏。
2)量测:根据钢筋计的频率－轴力标定曲线可将量测数据来直接换算出相应的轴力值,然后根据钢筋混凝土结构有关计算方法可算出钢筋轴力计所在的拱架断面的弯矩,并在隧道横断面上按一定的比例把轴力、弯矩值点画在各钢筋计分布位置,并将各点连接形成隧道钢拱架轴力及弯矩分布图。
(4)测试仪器
钢筋应力计、频率读数仪见图4-15所示。

图4-15 频率读数仪
(5)测点布置
在左右洞适当位置共设置5个监控量测点,量测点布置如图4-16所示。

图4-16 钢拱架应力量测布置图
(6)监测频度
同锚杆轴力监测。
4.3 报警指标
根据<普洱(振太)至临沧(临翔)段控制性工程试验段(泰和隧道)两阶段施工图设计>,围岩稳定性的综合判别,应根据量测结果,按下列指标进行:
⑴实测位移值不应大于隧道的最大允许位移,并按表4-6位移管理等级施工。一般情况下,宜将隧道设计的预留变形量作为最大允许位移值,而设计变形量应根据监测结果不断修正。
⑵根据位移速率判断:速率大于1mm/d时,围岩处于急剧变形状态,应加强初期支护;速率变化在0.2mm/d时,应加强观测,做好加固准备;速率小于0.2mm/d时,围岩达到基本稳定。在高地应力、岩溶地层和挤压地层等不良地质中,应根据具体情况制定判断标准。

表4-5 泰和隧道最大允许位移值(％)
衬砌类型
最大允许相对位移值
SF5a
15cm
SF5b
12cm
SF4a
12cm
SF4b
10cm
SF4c
8cm
SF3
6cm

表4-6 位移管理等级
管理等级
管理位移(压力)
施工状态
Ⅲ
U＜Uo/3
可正常施工
Ⅱ
Uo/3≤U≤2Uo/3
应加强支护
Ⅰ
U＞2Uo/3
应采取特殊措施
表中:U ——实测位移值Uo ——最大允许位移值
表4-7 围岩稳定性判据

急剧变位
缓慢变位
基本稳定
收敛位移
＞1.0mm/d
1.0～0.2mm/d
<0.2mm/d
单点位移
＞0.5mm/d
0.5～0.1mm/d
<0.2mm/d
拱顶位移
＞1.0mm/d
1.0～0.2mm/d
<0.2mm/d
注:
(1)相对位移值系指实测位移值与两点距离之比,或拱顶位移实测值与隧道宽度之比。
(2)脆性围岩取表中较小值,塑性围岩取表中较大值。
(3)Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ级围岩可按工程类比原则选定允许值范围。
二衬施作则应在满足下列要求时进行:
（1） 各测试项目的位移速率明显收敛,围岩基本稳定;
（2） 已产生的各项位移已达预计总位移量的80％～90％;
（3） 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。
监测警戒值也可由设计单位提出,经有关单位认可后执行。
4.4 监测进度计划安排
(1) 监测进度
① 中标即日开始着手仪器的购置、检测、标定和调试等。
② 监测安排根据施工要求及工程进度而定,在隧道施工前根据业主及甲方通知进场,至隧道二衬施工完毕后结束。
(2) 计划工期
隧道地质超前预报与施工监控计划监测工期约为20个月。
4.5 报告和报警制度提交
由仪表量测的数据记录在专用的表格上,原始记录表格存档以供需要时查用。所有数据均输入计算机,用专门程序进行计算处理,监控单位每天监测的数据用电子版发给项目部和总监办。每周每月监控工作的进展和监控成果汇总分析后,形成周报和月报,打印报项目部,监理,业主。周报每周二报送上周情况。每月初报上月报告。隧道二衬完成后,监控单位应提交每条隧道的总结报告,并于所有隧道完成后提交综合报告。若地质预报和监控中出现特殊情况(检测出的数据异常、发生紧急情况等)应当日及时经过电话联系总监办、项目部,同时报告业主。
每月召开一次的监理工地会议,汇报最近一段时期的监测情况,分析数据变化的趋势。严格按报警值进行报警。
当监测值超过预警值的80%时,在电子版中注明,以引起有关各方注意。当监测值达到预警值,除在电子版中注明外,专门出文通知有关各方。监测技术负责人参加出现险情时的排险应急会议,积极协同有关各方出谋划策,提出有益的建议,以采取有效措施确保基坑及周围环境的安全。
在隧道施工监控量测过程中提交如下资料:
(1)公文
根据监测资料,对下一阶段的变形情况进行预测,当有危险时,及时向业主及施工方提交监控联系单或专门的计算分析报告,并提出合理化建议。
(2)月报
将每月监测工作的进展、仪器埋设、监测成果图表汇总及阶段性的结论、建议汇总,并按正规报告格式提交。
(3)总报告
在隧道的主体工程完成以及隧道跟踪监测工作结束后一个月内提交监测分析总报告。
第五章 测点布置原则及隧道测点、断面布置
1.量测测点布置原则
监测断面分两种,一种是一般性监测断面,主要监测内容为中华人民共和国行业标准<公路隧道施工技术规范>(JTG F60- )中规定的必测项目,在隧道进、出洞口、围岩类别变化处及地质条件复杂的区段能够适当加密;另一种是代表性监测主断面,主要监测内容为中华人民共和国行业标准<公路隧道施工技术规范>(JTG F60- )中规定的选测项目,代表性监测主断面在每种围岩类别中、进出洞口、地质条件复杂区段等部位。隧道的测点和断面的布置严格按照规范和设计文件要求,测点布置原则如下:
(1)当隧道埋深较深时,围岩内部位移只能在洞内设点监测,当隧道埋深较浅