隧道围岩监测方案.doc

山西岢临高速路基ZB1合同段项目部一分部 隧道监控量测专项施工技术方案
隧道监控量测专项施工技术方案
1 编制依据
1.1 山西岢临高速ZB1-1合同段隧道设计图纸及施工调查资料；
1.2公路隧道施工技术规范》（JTG/T F60-2009）；
1.3《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004)；
1.4 《铁路隧道监控量测技术规程》〔TB10121-2007〕；
2 编制范围
本方案仅适用于山西岢临高速ZB1合同段项目部一分部（K61+210～K63+000）范围内隧道施工。
隧道工程数量一览表
南山隧道：左线ZK61+232～ZK61+996，左线长度764m；右线K61+224～K62+000，右线长度776m。
贺家坪1#隧道：左线ZK62+320～ZK62+796，左线长度476m；右线K62+295～K62+805，右线长度510m。
3 工程概况
本标段隧道位于山西省吕梁市兴县境内，沿线出露地层由老到新为二叠系上石盒子组（P2s）,岩性主要为砂泥岩互层，岩性变化相对较大，地貌上变现为中缓坡，工程性质较差；第三系上新统静乐组（N2j），岩性主要为粉质粘土，褐红色，可塑～硬塑，土质较均匀，局部含钙质结核，工程性质相对较差；第四系上更新统马兰组（Q3m）地层，岩性主要为粉土，褐黄色，含少量小钙质结核，土质均匀，大孔发育，具II级自重湿陷性，工程性质相对较差。
隧道位于鄂尔多斯断块，东侧以离石大断裂与吕梁～太行断块相邻，南侧以范家庄～西硙口断裂与临汾～运城新裂陷相接。出露地层以寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、上第三系为主，第四系广泛分布，大部分基岩仅出露于河谷，岩层总体呈南北向，向西缓倾斜。南山隧道、贺家坪1#隧道，隧道全长2532m，其中Ⅳ级围岩1130m，Ⅴ级围岩1402m。
设计行车速度80Km/h。隧道海拔高程在1010m～1142m，地形起伏相对较小，微地貌属黄土覆盖的基岩中缓坡。气象为温带大陆性季风气候区气候。
本标段隧道所处位置地表水不发育，降水量受地形地貌控制，冬季基本干涸；地质勘探资料显示，本标段隧道附近地下水不发育，隧址区地下水主要为碎屑岩裂隙水，含水层为砂层，水量贫乏，预计单日最大涌水量为10～100m³/d。
施工中应加强地质量测监控，通过监控量测可以掌握围岩和支护在施工过程中的力学动态及稳定程度，调整设计支护参数，指导施工，预见险情和事故，以便及时采取措施防止事故发生，确保隧道的安全施工。
4 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。
4.1监控量测的目的
现场监控量测是“新奥法原理”的三大要素之一，是复合式衬砌设计、施工的核心技术。
隧道按“新奥法”原理组织施工，施工中加强监控量测对准确判定围岩的安全状态、合理确定二次衬砌的施作时方案、支护方案的可行性，以便及时、准确地调整支护参数，修正施工方法及施工程序，确保施工安全。
4.2隧道监控量测的项目和主要内容
4.2.1监控量测项目
①地质超前预报。见“隧道地质超前预报专项施工技术方案”
②地表下沉量测：所有隧道洞口浅埋段，施工中应加强地表沉降观测，严格控制地表下沉。
③隧道围岩变形量测：通过洞内变形收敛量来监控洞室稳定状态和评价隧道变性特征。包括净空收敛量测、拱顶下沉量测和围岩内部位移量测。
④应力～应变量测：采用应变计、应力盒、测力计等监测钢拱架、锚杆和衬砌受力变形情况，进而检验和评价支护效果。
⑤围岩稳定性和支护效果分析：通过对量测数据的整理与回归分析，找出其内在规律，对围岩稳定性和支护效果进行评价，然后采用位移反分析法，反求围岩初始应力场及围岩综合物理力学参数，并与实际效果对比、验证。
4.2.2一般隧道量测项目要求及主要内容
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。
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10～50米一个断面每断面2～3个测点
1～2次/天
1次/2天
1～2
次/周
1～3
次/月
拱顶下沉
水平仪、水准尺、钢尺或测杆
每10～50米一个断面
1～2次/天
1次/2天
1～2
次/周
1～3
次/月
地表下沉 （洞口段）
水准仪、水准尺
每5～50m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，1～2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
围岩内部位移
洞内钻孔安设单点或多点位移计
每代表地段1～2个断面，每断面15～20个测点
1～2次/天
1次/2天
1～2
次/周
1～3
次/月
围岩压力
压力盒
每代表地段2～10个断面，每断面2～5个测点
1～2次/天
1次/2天
1～2
次/周
1～3
次/月
锚杆轴力
测力锚杆
每代表地段2～10个断面，每断面2～5个测点
1～2次/天
1次/2天
1～2
次/周
1～3
次/月
钢支撑内力及外力
测力计
每十对钢支撑一对测力计
1～2次/天
1次/2天
1～2
次/周
1～3
次/月
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。
周边允许相对位移值（％）
允许相对位移值

围岩级别
覆盖层厚度
＜50m地段
覆盖层厚度
50～300m地段
覆盖层厚度
＞300m地段
IV
0.15～0.5
0.4～1.2
0.8～2.0
V
0.2～0.8
0.6～1.6
1.0～3.0
洞内测点布置注意事项
①量测点的安设应能保证初读数在爆破24小时内和下一循环爆破前完成，并测取初读数。
②测点应安设在距开挖面2m范围内，且不大于一个循环进尺，并应细心保护，不受下一循环爆破的破坏。
③各项位移的测点，一般布置在一个断面内，测点统一在一起，测设结果能互相印证，协同分析及应用。
④围岩压力量测除应与锚杆轴力量测孔对应布置外，还要在代表性的部位设测点，以便了解支护体系在整个断面的受力状态与支护作用。
⑤锚杆轴力量测在局部加强锚杆地段，要在加强区域内有代表性的设量测锚杆。
注：上图F点为拱顶下沉量测点，其余为周边位移量测点，台阶法开挖采用上左图，全断面法采用右图。
4.2.3小净距隧道
小净距隧道进出口地表量测监控
1）检测位置：隧道进出口各设置不小于2个监测断面（见下页图示）
2）检测工具：水准仪、水准尺
3）检测频率：①开挖面前＞30m、1次/2天；②开挖面前后＜30m、2次
小净距隧道洞口地表下沉测点布置图
/2天；③开挖面后30～80m、1次/2天；④开挖面后＞80m，1次/7天。
4）检测精度：Δh=0.1mm
5）注意事项：①施工前做好检测准备工作，包括设置测点、引入高程控制点、配置必要人员及仪器。②加密位移量较大地段的测点布置。③地表量测与洞内检测同步进行相关分析。④量测数据和分析结果及时归档，工程结束必须全部纳入竣工资料备查。
6）量测监控数据的整理
①绘制每一横断面沉降槽随时间的变化关系图
②绘制每一横断面最大沉降量随时间变化图
③绘制每一横断面最大沉降量与开挖距离关系图
④对横、纵断面沉降槽垂直位移进行回归分析
⑤根据拱顶地表沉降及内部沉降值对土体内部垂直位移进行分析
⑥根据回归分析数据求出每一断面沉降稳定值
⑦根据回归分析数据分析土体内摩擦角及内聚力
小净距隧道洞内量测监控
1）监控量测布置要求和说明
①施工初期阶段地质较差、位移下沉量及速度变化较大时，应适当增加量测断面及量测频率。
②测点应可靠并应采取妥善保护措施，严禁使用没经过标定的测量仪器。
③各量测项目布置在同一断面，测点布设在具有代表性的地方，便于对测量数据的分析为后续施工提供经验。
④小净距隧道洞内和洞内侧导坑监控量测布置图见下页图示
洞内监控量测布置图 侧导坑监控量测布置图
2）监控量测项目和方法（见下表）
①主洞监控量测项目一览表
项目名称
方法及工具
布置
量测间隔时间
超前地质预报
详见“超前地质预报专项施工技术方案”
地质及支护状态观察
岩性、结构面产状及支护裂缝观测或描述，地质罗盘及规尺
开挖及初期支护后进行
每次爆破后进行
水平收敛及拱顶下沉量测
各种类型收敛计
V级围岩每10～15米一个
爆破后24小时内进行
0～18m
18～36m
36～90m
＞90m
1～2次/天
1次/天
1次/2天
1次/周
地表沉降观测
水平仪、水准尺
断面布置见图示
开挖面前＞30m，1次/2天；开挖面后＞80m，1次/7天；开挖面后＜30m,2次/1天；开挖面后30～80m,1次/2天

②中岩墙监控量测项目一览表
项目
名称
方法及工具
布 置
量测间隔时间
中岩墙土压力
钢弦式压力盒
每10～30m一个断面，每个断面3个压力盒
1～30天
1～3个月
3个月以上
1～2次/天
1次/2天
1次/1周
围岩内位移
多点位移计及千分表
每10～30m一个断面，每个断面2个测点
1～30天
1～3个月
3个月以上
1～2次/天
1次/2天
1次/1周
围岩
压力
钢弦式压力盒
每10～30m一个断面，每个断面1个压力盒
1～30天
1～3个月
3个月以上
1～2次/天
1次/2天
1次/1周
③小净距隧道监控量测选测项目一览表
量测项目名称
方法
及工具
布 置
量测间隔时间
仰拱隆起
水平仪、水准尺
每10～15m一个
仰拱开挖后12小时进行
1～15天
16天～1个月
1～3个月
＞3 个月
1次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
围岩内部位移量测
洞内钻孔安设多点杆式位移计
选一断面，每断面3～11个测点
爆破后24小时内进行
0～18m
18～36m
36～90m
＞90m
1～2次/天
1次/天
1次/2天
1次/周
锚杆内力
锚杆拉拔器、测力计
选一组，每组3～5根
锚杆施作后进行
0～18m
18～36m
36～90m
＞90m
1～2次/天
1次/天
1次/2天
1次/周
钢支撑内力
应变片、支柱压力计
每20～30榀选1榀测每段钢支撑
钢支撑施作后进行
0～18m
18～36m
36～90m
＞90m
1～2次/天
1次/天
1次/2天
1次/周
喷射砼应力
表面应力解除法
选1组，每组3～5个测点
二次衬砌施作前进行
二次衬砌压应力
各类型压力盒
选一组，每组3个断面每断面7～11个测点
二次衬砌施作后开始
1～15天
16天～1个月
1～3个月
＞3 个月
1次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
3）小净距隧道监控量测资料的整理
①绘制位移量随时间变化的曲线
②绘制位移速度随时间变化的曲线
③绘制位移量与开挖面距离的关系曲线
④找出位移～时间回归曲线，并求出最终净空位移量
⑤必要时根据围岩量测数据求出围岩的E、V、C、Φ等物理参数
4）对量测数据的分析和处理
①隧道水平位移收敛速度为0.1～0.2mm/天，拱顶下沉位移速度为0.1mm/天时可认为围岩基本稳定。
②根据量测结果适时进行V级围岩的二次衬砌，过早会使二衬受过大荷载，过晚会使初期支护破坏。
③针对净空位移量过大或收敛速度无稳定趋势时，采取以下补强措施
a\增强喷射混凝土厚度，或加长加密锚杆或加挂更密更粗的钢筋网
b\提前施作二次衬砌，通过反分析法校核二次衬砌强度
c\提前施作仰拱
④根据稳定后的净空位移收敛速度，求出隧道结构初期支护及二次衬砌的最终荷载，对结构的安全度做出正确判断。
⑤对围岩级别的变更及支护参数的调整，严格监理程序，经监理工程师认可后逐级上报，要征得设计方的同意方可执行。
⑥控制爆破震动对小净距隧道中岩墙的危害，相邻爆破分段起爆时间间隔不得小于100ms。
4.3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。围岩量测小组组织机构如下：
组长： 魏金国
副组长：王英俊、贾强
组员：各隧道工班长、技术员、测量员
4.4施工监测流程图
施工监测流程图
调整施工程序、修改支护参数
应急措施

综合判断分析

围岩、支护结构应力
应变量测

施 工

施工量测

围岩、支护结构观测

指标体系

4.5量测方法及要求其他注意事项
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。
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。
4.5.1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。
4.5.2拱顶下沉量测
初期支护施做后，用风钻凿φ40mm、深200mm的孔，用锚固剂填满再插入测点固定杆，尽量使测点固定方向在同一断面内，待砂浆凝固后即可进行量测工作。拱顶下沉量测测点和地表下沉量测断面应设置在对应里程处，即每10m布设一个量测断面。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，如过小测量时不容易找到，如过大爆破时容易破坏。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，一般布置在拱中和两侧拱腰，每断面布置三点，当遇到其它障碍时，可适当移动位置。
量测仪器：精密水平仪、因瓦尺、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。（详见下图）

测点

转点

测点

钢卷尺

2m

2m

水平仪

水准尺

4.5.3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。
4.5.4地表下沉量测
测点布置与洞内收敛、拱顶下沉量测断面里程对应，地表下沉观测点集中设置在隧道中线附近。
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。
4.5.5锚杆拉拔力检测
初期支护完成后，每10米进行一次锚杆拉拔力检测，每次检测至少选择3跟锚杆作为一组进行抗拔力试验。
使用拉拔仪在实际施工现场进行，试验时拉拔仪要与锚杆外露部分平行，加力时应均匀缓慢，拉拔仪应固定牢固，并有安全保护设施。
5 量测频率及变形管理等级
量测频率：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。
净空水平收敛和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。
量测频率表
位移速度（mm/d）
量测断面距
开挖断面距离
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为隧道最大开挖宽度）
隧道极限相对位移可参照下表选用。
隧道周边允许相对位移（%）
围岩
级别
隧道埋深h(m)
≤50
50～300
300～500
拱脚水平相对位移
Ⅳ
0.1～0.3
0.2～0.8
0.7～1.2
Ⅴ
0.2～0.5
0.4～2.0
1.8～3.0
拱顶相对下沉
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：相对位移值为实测位移值与两测点间距离之比，或拱顶位移实测值与隧道宽度之比）
根据量测结果管理等级指导施工，量测管理等级见下表
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）
锚杆拉拔力试验同组锚杆28天的抗拔力平均值应满足设计要求，每根锚杆的抗拔力最低值不得小于设计值的90%。
6 量测数据的处理与反馈
及时对现场量测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，进行数据处理、回归分析，推算最终位移和掌握位移变化规律。保持隧道周边任意点的相对位移值或回归分析推算的总相对位移值均小于允许相对位移表所列数值。
当位移－时间曲线出现反弯点时，表明围岩和支护已呈不稳定状态，此时增加量测频率、密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖，研究对策。当位移速率无明显下降，而此时实测位移值已接近表列数值，或喷层表面出现明显裂缝时，立即采取补强措施，并调整原支护设计参数或开挖方法。

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