施工监控量测作业指导书(修改版).doc

改建铁路渝涪二线YFSG-2标段 隧道监控量测作业指导书

改建铁路
渝怀线重庆北至涪陵段增建第二线
YFSG-2

隧道监控量测作业指导书
（2010年度修正版）

编 制： 王小东
审 核： 成永锋

中铁电化局渝涪二线项目部
2010年5月 长寿

隧道监控量测作业指导书

监控量测是铁路隧道施工作业中关键的重要作业环节，为了规范的、较好的开展本标段的监控量测工作，根据《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007/J721-2007）编制本作业指导书，以便规范操作。
一、监控量测的定义
在隧道施工过程中，使用专用的仪器、设备，对围岩和支护结构的受力、变形进行观测，并对其稳定性、安全性进行评价，统称为监控量测。
二、监控量测项目及量测仪器
监控量测项目分为必测项目和选测项目。
1.必测项目是隧道工程进行的日常监控量测项目(表1.1)：
表2.1 监控量测必测项目
序号
监控量测项目
量测仪器
备注
1
洞内、外观察
现场观察、数码相机

2
拱顶下沉
水准仪、全站仪

3
净空变化
收敛计、全站仪

4
地表下沉
水准仪、全站仪
设计文件明确的
隧道浅埋段
2.选测项目是为满足隧道施工的特殊要求进行的监控量测项目(表1.2):
表2.2 监控量测选测项目
序号
监控量测项目
量测仪器
1
围岩压力
压力盒
2
钢架内力
钢筋计、应变计
3
喷混凝土内力
混凝土应变计
4
二次衬砌内力
混凝土应变计
5
初期支护与二次衬砌间接触压力
压力盒
6
锚杆轴力
钢筋计
7
围岩内部位移
多点位移计
8
隧底隆起
水准仪、全站仪
9
爆破振动
委托第三方检测
10
孔隙水压力
水压计
11
水 量
流量计
12
纵向位移
全站仪、多点位移计
说明：1.隧道开挖后及时进行地质素描及数码成像。
2.初期支护完成后进行喷层表面裂隙及其发展、渗水、变形观察和记录。
三、人员组织
1.成立监控量测小组
组 长：成永锋（总工程师）
副组长：胡博辉 王小东
成 员：魏永刚 吴增辉 刘东风 张文辉
2.各成员按照监控量测设计的要求，结合各自辖区隧道工程的地质条件、地下水状况及施工影响区域内的周边环境、工程特点和难点编制本辖区隧道的监控量测实施细则，报监理、业主审查批准后实施。
3.小组根据监控量测数据对隧道施工安全及结构的稳定性做出分析评价。
4. 监控量测小组一般以周报（特殊情况要形成日报）的形式提交监控量测成果（包括纸质和电子文件）。当出现异常现象时，应及时反馈，以便采取相应的对策。现场监控量测工作停止后，应在一个月内编写出该工程的施工监控量测总结报告。
四、监控量测断面及测点布置
1.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。隧道横断面方向的地表下沉量应在隧道开挖影响范围以外，并在开挖影响范围外设置基准点。地表下沉量测的测点应布设在由设计确定的重要的施工地段，包括地表有建筑物地段。对施工中地表发生塌陷并经修补过的地段，以及预先探测到地中存在构筑物或空洞的施工地段，测点应尽量接近构筑物或空洞上方。地表沉降测点纵向间距按表3.1的要求布置：
表4.1 地表沉降测点纵向间距
隧道埋深与开挖宽度
纵向测点间距（m）
2.5B>H>2B
20～50
B＜H≤2B
10～20
H≤B
5～10
注：H为隧道埋深，B为隧道开挖宽度。

图4.1 地表沉降横向测点布置示意图
地表沉降测点横向间距为2～5m。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H+B，地表有控制性建(构)筑物时，量测范围应适当加宽。其测点布置如图3.1。
2.拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面上。监控量测断面按表3.2要求布置:
表4.2 必测项目监控量测断面间距
围岩级别
断面间距（m）
Ⅴ～Ⅵ
5～10
Ⅳ
10～30
Ⅲ
30～50
注：Ⅱ级围岩视具体情况确定间距。
3.净空变化量测侧线数，参照表3.3、图3.2布置：
表4.3 净空变化量测侧线数
地段

开挖方法
一般地段
特殊地段
全断面法
一条水平测线
-
台阶法
每台阶一条水平测线
每台阶一条水平测线，两条斜测线
4.选测项目量测断面及测点布置应考虑围岩代表性、围岩变化、施工方法及支护参数的变化。不同断面的测点应布置在相同部位，测点应尽量对称布置，以便数据的相互验证。

图4.2 拱顶下沉量测和净空变化量测的测线布置示意
（a）拱顶测点和1条水平测线；（b）拱顶测点和2条水平测线；(c)CD或CRD法拱顶测点和测线；（d）双侧壁导坑法拱顶测点和测线
五、 监控量测频率
1.必测项目的监控量测频率根据测点距开挖面的距离及位移速度分别按表4.1和表4.2确定，尽量采用较高的频率值。
选测项目的断面间距视需要而定，或在由代表性的地段选取若干测试断面。凡是地质条件差、隧道开挖断面积大、施工工序复杂的重要工程，布点应适当加密。为了尽早对隧道设计参数、施工方法、制定的监控基准等进行评价，应在设置有选测项目的隧道区段尽早进行布点。在没有特殊要求的情况下，采用和必测项目相同的量测频率。
出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。
表5.1 按距开挖面距离确定的监控量测频率
监控量测断面距开挖面距离（m）
监控量测频率
（0～1）B
2次/d
（1～2）B
1次/d
（2～5）B
1次/（2～3）d
>5B
1次/7d
注：B为隧道开挖宽度。
表5.2 按距开挖面距离确定的监控量测频率
位移速度（mm/d）
监控量测频率
≥5
2次/d
1～5
1次/d
0.5～1
1次/（2～3）d
0.2～0.5
1次/3d
<0.2
1次/7d
2.开挖面地质素描、支护状态、影响范围内的建（构）筑物的描述应每施工循环记录一次。必要时，影响范围内的建（构）筑物的描述频率应加大。
六、监控量测控制基准
1.监控量测控制基准包括隧道内位移、地表沉降、爆破振动等，应根据地质条件、隧道施工安全性、隧道结构的长期稳定性，以及周围建（构）筑物特点和重要性等因素制定。
2.隧道初期支护极限相对位移参照表6.1和表6.2：
表6.1 跨度B≤7m隧道初期支护极限相对位移
围岩级别
隧道埋深h(m)
h≤50
50<h≤30
300<h≤500
拱脚水平相对净空变化（%）
Ⅱ
-
-
0.20～0.60
Ⅲ
0.10～0.50
0.40～0.70
0.60～1.50
Ⅳ
0.20～0.70
0.50～2.60
2.40～3.50
Ⅴ
0.30～1.00
0.80～3.50
3.00～5.00
拱脚相对下沉（%）
Ⅱ
-
0.01～0.05
0.04～0.08
Ⅲ
0.01～0.04
0.03～0.11
0.10～0.25
Ⅳ
0.03～0.07
0.06～0.15
0.10～0.60
Ⅴ
0.06～0.12
0.10～0.60
0.50～1.20
注：（1）本表适用于复合式衬砌的初期支护，硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较大值。表列数值可在施工中通过实测资料积累做适当修正。
（2）拱脚水平相对净空变化指两拱脚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脚水平相对净空变化极限值乘以1.2～1.3后采用。
表6.2 跨度7m<B≤12m隧道初期支护极限值相对位移
围岩级别
隧道埋深h(m)
h≤50
50<h≤30
300<h≤500
拱脚水平相对净空变化（%）
Ⅱ
-
0.01～0.03
0.01～0.08
Ⅲ
0.03～0.10
0.08～0.40
0.30～0.60
Ⅳ
0.10～0.30
0.20～0.80
0.70～1.20
Ⅴ
0.20～0.50
0.40～2.00
1.80～3.00
拱脚相对下沉（%）
Ⅱ
-
0.03～0.06
0.05～0.12
Ⅲ
0.03～0.06
0.04～0.15
0.12～0.30
Ⅳ
0.06～0.10
0.08～0.40
0.30～0.80
Ⅴ
0.08～0.16
0.14～1.10
0.80～1.40
注：（1）本表适用于复合式衬砌的初期支护，硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较大值。表列数值可在施工中通过实测资料积累做适当修正。
（2）拱脚水平相对净空变化指两拱脚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脚水平相对净空变化极限值乘以1.1～1.2后采用。
3.位移控制基准应根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移按表6.3要求确定。
表6.3 位移控制基准
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：B为隧道开挖宽度，U0为极限相对位移值。
4.根据位移控制基准，按表6.4分为三个管理级别。
表6.4 位移管理等级
管理等级
距开挖面1B
距开挖面2B
Ⅲ
U< U1B/3
U< U2B /3
Ⅱ
U1B/3≤U≤2U1B/3
U2B /3≤U≤2U2B /3
Ⅰ
U>2U1B/3
U> U2B /3
注：U为实测位移值。
5. 爆破振动控制基准按表6.5的要求确定。
表6.5 爆破振动安全允许振速
序号
保护对象类别
安全允许振速（cm/s）
<10Hz
10～50Hz
50～100Hz
1
土窖洞、土坯房、毛石房屋
0.5～1.0
0.7～1.2
1.1～1.5
2
一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物
2.0～2.5
2.3～2.8
2.7～3.0
3
钢架混凝土结构房屋
0.0～4.0
3.5～4.5
4.2～5.0
4
一般古建筑与古迹
0.1～0.3
0.2～0.4
0.3～0.5
5
水工隧道
7～15
6
交通隧道
10～20
7
矿山巷道
15～30
8
水电站及发电厂中心控制器设备
0.5
9
新浇筑大体积混凝土
龄期：初凝～3d
龄期：3～7d
龄期：7～28d

2.0～3.0
3.0～7.0
7.0～12
注：（1）表列频率为主振频率，系数值指最大振幅所对应波的频率
（2）频率范围可根据类似工程或现场实测波形选取。选取频率时
易可参考下列数据：深孔爆破10～60Hz；浅孔爆破40～100Hz。
（3）有特殊要求的根据现场具体情况确定。
6. 地表沉降控制基准应根据地层稳定性、周围建（构）筑物的安全要求分别确定，取最小值。钢架内力、喷混凝土内力、二次衬砌内力、围岩压力、初期支护与二次衬砌间接触压力、锚杆轴力控制基准应满足《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）的相关规定。采用分部开挖法施工的隧道应每分部分别建立位移控制基准，同时应考虑各分部的相互影响。围岩与支护结构的稳定性应根据控制基准，结合时态曲线形态判别。
7. 一般情况下，二次衬砌的施做应在满足下列要求时进行：
（1）隧道水平净空变化速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降；
（2）隧道位移相对值已达到总相对位移量的90%以上。
（3）对浅埋、软弱围岩等特殊地段，应视现场具体情况确定二次衬砌施做时间。
七、量测方法及数据记录格式
1.开挖工作面观察（必测项目）
开挖工作面观察可获得与围岩稳定有关的直观信息，可以预测开挖面前方的地质条件，根据喷层表面状态机锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度。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。
（1）对开挖后没有支护的围岩进行观察，主要是了解开挖工作面下列的工程地质和水文地质条件：
★ 岩质种类和分布状态，结构面位置的状态；
★ 岩石的颜色、成分、结构、构造；
★ 地层时代归属及产状；
★ 节理性质、组数、间距、规模、节理裂隙的发育程度和方向性，结构面状态特征，充填物的类型和产状等；
★ 断层的性质、产状、破碎带宽度、特征等；
★ 地下水类型、涌水量大小、涌水位置、涌水压力、湿度等；
★ 开挖工作面的稳定状态、有无剥落现象。
（2）对已施工地段的观察每天至少应进行一次，其目测内容如下：
★ 初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况的描述和记录，要特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏；
★ 有无锚杆脱落或垫板陷入围岩内部的现象；
★ 钢拱架有无被压曲、压弯现象；
★ 是否有底鼓现象。
观察到的有关情况和现象，应详细记录，并绘制隧道开挖工作面及两侧素描图，要求每个断面至少绘制1张，同时进行数码成像。观察中如果发现异常现象，要详细记录发现时间、距开挖工作面的距离等。洞内、外观察填写可参照表7.1。
2.地表下沉量测（必测项目）
地表下沉量测一般用水准测量，量测结果能反映浅埋隧道开挖过程中地表变形的全过程，其量测精度一般为±1mm。地表下沉量测断面宜与洞内周边围岩和拱顶下沉量测设置在同一断面，当地被有建筑物时，应在建筑物周围增设地表下沉观测点。
3.拱顶下沉量测（必测项目）
拱顶下沉量测最能直接反映围岩和初期支护的工作状态。目前拱顶下沉量测大多数采用精密水准仪和铟钢挂尺等。拱顶下沉监控量测测点的埋设，一般在隧道拱顶轴线处设1个带钩的测桩（为了保证量测精度，常在左右各增加一个测点，即埋设三个测点），吊挂铟钢挂尺，用精密水准仪量测隧道拱顶绝对下沉量。可用Ф6mm钢筋弯成三角形钩，用砂浆固定在围岩或混凝土表层。测点的大小要适中。过小，测量时不易找到；过大，爆破时易被破坏。支护结构施工时要注意保护测点，一旦发现测点被埋掉，要尽快重新设置，以保证数据不中断。拱顶下沉量测示意图7.1。
表7.1 开挖工作面地质状况记录表

图7.1拱顶下沉观测示意图：
拱顶下沉量的确定比较简单，即通过测定不同时刻相对标高h，求出两次量测的差值△h，即为该点的下沉值。
拱顶下沉量测也可以用全站仪进行非接触量测，特别对于断面高度比较高的隧道，非接触量测更方便，其具体量测方法与三维位移量测方法类似。
地表沉降、拱顶下沉记录可参照表7.2。
表7.2 隧道拱顶沉降记录表

4.隧道净空变化量测（必测项目）
隧道净空变化量测可采用接触量测和非接触量测两种方法，其中接触量测主要用收敛计进行量测，非接触量测则主要用全站仪进行。
用收敛计进行隧道净空变化量测方法相对比较简单，即通过布设于洞室周边上两固定点，每次测出两点的净长L，求出两次量测的增量（或减量）△L，即为此处净空变化值。
用全站仪进行隧道净空变化量测方法包括自由设站和固定设站两种。与传统的接触量测的主要区别在于，非接触量测的测点采用一种膜片式回复反射器作为测点靶标，以取代价格昂贵的圆棱镜反射器。具有回复反射性能的膜片塑料胶片，其正面由均匀分布的微型棱镜和透明塑料薄膜构成，反面涂有压敏不干胶，它可以牢固地粘附在构件表面上。这种反射膜片，大小可以任意裁剪，价格低廉。反射膜片贴在隧道测点处的预埋件上，在开挖面附加的反射膜片，应采用一定的措施对其进行保护，以免施工时反射膜片表面被覆盖或污染，保证预埋件不被碰歪和碰掉。通过对比不同时刻测点的三维坐标[x(t),y(t),z(t)],可获得该测点在该时段的三维位移变化量（相对于某一初始状态）。在三维位移矢量监控量测时，必须保证后视基准点位置固定不动，并定期校核，以保证测量精度。
隧道净空变化量测记录可参照表7.3。
表7.3 隧道水平收敛量测记录表
5.围岩内部位移（选测项目）
围岩内部位移是为了判断开挖后围岩的松动区、强度下降区以及弹性区的范围，确定围岩位移随深度变化的关系和判断锚杆长度是否适宜，以便确定合理的锚杆长度。
围岩内变形量测的设备主要使用位移计，他可量测隧道不同深度处围岩位移量。在位移计的选择上，应注意以下几点：
★ 安装、量测方便，性能稳定可靠；
★ 能较长期进行监控量测；
★ 造孔方便（孔径Φ40～50mm），安装及时；
★ 锚头抗振，能适应各类围岩，也可在土层中锚固；
★ 精度能够满足生产要求；
★ 价格合理。
6.应力、应变监控量测（选测项目）
应力、应变监控量测的内容应根据监理量测设计而定，目前应力、应变监控量测主要采用弦式、光纤光栅等传感器。在一般施工监控量测中，主要以振弦式传感器为主。
7.喷混凝土、二次衬砌混凝土应力量测（选测项目）
喷混凝土、二次衬砌混凝土应力量测是为了了解二次衬砌混凝土的应力状态，掌握喷混凝土受力状况。混凝土应变计是量测混凝土应力的常用仪器，量测时将应变计埋入混凝土内，通过频率测定仪测出应变计振动频率，然后从事先标定出的频率-应变曲线上求出应变，在转求应力。当用光纤光栅传感器进行混凝土应变量测时，则应将传感器成对的埋入混凝土内，通过光纤光栅解调仪获得不同时刻的波长，然后再把波长转换为混凝土的应变值，求出应力。测定混凝土应力时，不论采用哪一种量测法，均应根据具体情况和要求，定期进行测量，每次每个测点的测量应不小于三次，力求测量数据可靠、稳定，并做好原始记录。
8.围岩压力（选测项目）
围岩压力量测是为了解围岩压力的量值及分布状态，判断围岩稳定性，分析二次衬砌的安全性。接触压力量测仪器根据测试原理和结构可分为液压式测力计和电测式测力计。液压式测力计的优点是结构简单、可靠，现场直接读数，使用比较方便；电测式测力计的优点是测量精度高，可远距离和长期观测。目前使用最为普遍的是振弦式压力盒，属电测式测力计。在埋设压力盒时，要求接触紧密，防止接触不良。埋设号压力盒后应将其电缆统一编号，并集中放置于事先设计好的铁箱内，以免在施工中被压断、拉断。观测时，根据具体情况及要求，定期进行测量，每次每个压力盒的读数应不小于三次，力求测量数值可靠、稳定，并做好原始记录。
9.孔隙水压力（选测项目）
孔隙水压力监控量测一般采用孔隙水压计，其埋设方法与土压力盒相同，可采用挂布法、顶入法、弹入法、埋置法和钻孔法。
10.其他选测项目可参照《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）规定执行。
八、数据处理及预测方法
1.监控量测数据取得后，应及时进行校对和整理，同时注明开挖方法和施工工序以及开挖面距监控量测点距离等信息。监控量测数据分析一般采用散点图和回归分析方法。
2.监控量测数据的分析处理包括数据校核、数据整理及数据分析。每次观测后应立即对观测数据进行校核，如有异常应及时补测。每次观测后应及时对观测数据进行整理，包括观测数据计算、填表制图、误差处理等。监控量测数据可采用指数模型进行分析，并预测最终值。
指数模型：U=A(e-B/t-e B/t0)
U=Alg((B+t)/(B+t0))
式中 U—变形值（或应力值）；
A,B—回归系数；
t， t0—测点的观测时间（d）。
3.监控量测数据的分析应包括以下主要内容：
★ 根据量测值绘制时态曲线；
★ 选择回归曲线，预测最终值，并与控制基准进行比较；
★ 对支护及围岩状态、工法、工序进行评价；
★ 及时反馈评价结论，并提出相应工程对策建议。
4.爆破振动安全允许距离，可根据爆破振动速度计算：
R=(K/V)1/a *Q1/3
式中 R—爆破振动安全允许距离(m)；
Q—炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量（kg）；
V—保护对象所在地质振动安全允许速度（cm/s）；
K,a—与爆破点计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，按表8.1选取，或通过现场试验确定。
表8.1 爆破区不同岩性的K，a值
岩性
K
a
坚硬岩石
50～150
1.3～1.5
中硬岩石
150～250
1.5～1.8
软岩石
250～350
1.8～2.0
九、 信息反馈及对策
1.监控量测信息反馈应根据监控量测数据分析结果，对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策与建议。监控量测信息反馈按图8.1的程序进行。

图9.1 监控量测信息反馈程序框图
2.施工过程中应进行监控量测数据的实时分析和阶段分析。
（1）实时分析：每天根据监控量测数据及时进行分析，发现安全隐患应分析原因并提交异常报告；
（2）阶段分析：按周、月进行阶段分析，总结监控量测数据的变化规律，对施工情况进行评价，提交阶段分析报告，指导后续施工。
4.工程安全性评价应根据表5.4分三级进行，并采用表8.1相应的工程对策。工程安全性评价流程见图9.2。
表9.1 工程安全性评价分级及相应应对措施
管理等级
应对措施
Ⅲ
正常施工
Ⅱ
综合评价设计施工措施，加强监控量测，必要时采取相应工程对策
Ⅰ
暂停施工，采取相应工程对策

图9.2 工程安全性评价流程
5.根据工程安全性评价的结果，需要变更设计时，应根据有关铁路工程变更管理办法及时进行设计变更。
6.工程对策主要包括下列内容：
（1）一般措施：
★ 稳定开挖工作面措施；
★ 调整开挖方法；
★ 调整初期支护强度和刚度并及时支护；
★ 降低爆破振动影响；
★ 围岩与支护结构间回填注浆。
（2）辅助施工措施：
★ 地层预处理，包括注浆加固、降水、冻结等方法；
★ 超前支护，包括超前锚杆（管）、管棚、超前插板、水平高压旋喷法、预切槽法等。
十、监控量测验收资料
监控量测验收资料包括以下内容：
监控量测设计；监控量测实施细则及批复；监控量测结果及周（月）报；监控量测数据汇总表及观察资料；监控量测工作总结报告。
十一、附加说明
本作业指导书为隧道监控量测的指导性文件，各分部应根据每个隧道的设计资料、施工方案和现场情况，编制各隧道具体的监控量测实施细则，并报项目部、监理，经批准后实施。
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卡号：10Dd1fc6d6dd529b6892
密码：a5dbdd8338f91d2c0701

奖品名称：100万U豆体验卡
卡号：10D08377b71d4374262b
密码：1d7a7c21ebd99b798a54

中铁电气化局集团有限公司渝涪铁路二线项目部 第 22 页 共 22 页