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南 昌 工 程 学 院
毕 业 设 计 (论 文)

水利与生态 系（院） 2008级工程测量与技术 专业

毕业设计（论文）题目 高速铁路中隧道监控量测的应用

学生姓名 厚少伟

班 级 2008级工程测量与技术（1）班

学 号 2008012062

指导教师 詹新武

完成日期 2011 年 05 月 30 日

南 昌 工 程 学 院
专科毕业设计（论文）任务书

Ⅰ、毕业设计（论文）题目：
高速铁路中隧道监控量测的应用

Ⅱ、毕业设计（论文）选题意义及要求：
1、选题意义：目前国内高速铁路隧道的设计理念是：安全、高效、环保，尽可能少的破坏原始地貌，隧道一般遵循“早进晚出”，所以隧道的进出口埋深都比较浅。为保证工程的安全进行，质量可靠，监控量测是施工中重要的一个工作。本文结合贵广高速铁路中百乐隧道监控量测的应用范围和施测方法，来掌握围岩动态和支护情况，及综合分析在监控量测下围岩的受力状态，从而及时调整隧道的开挖、支护和衬砌方案；从而却保围岩自身的稳定性和施工前后的安全性。还能为今后的隧道工程设计与施工积累技术经验和资料，及今后隧道工程设计与施工提供类比法依据。
2、要求 ：掌握隧道工程监控量测的基本技能；监控量测控制过程中的关键环节与关键部位；监控量测误差的分析处理方法，利用监控量测确保工程施工的安全进行。

Ⅲ、毕业设计（论文）工作内容
1 监控量测的目的
2 监控量测的要求
3 监控量测的项目
4 量测断面间距和量测频率
5 监控量测的方法和实施情况
6 量测数据的整理、分析和监控量测管理
Ⅳ、主要参考资料：
【1】《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》（铁建设[2006]189号）:
【2】《铁路隧道监控量测技术规程》（铁建设[2007]138号）:
【3】《客运专线无碴轨道铁路铺设条件评估技术指南》（铁建设[2006]158号）:
【4】《精密工程测量规范》（GB/T 15314-94）:
【5】《高速铁路精密工程控制测量及线下工程变形监测可行性研究》:
【6】《国家三角测量规范》GB/T 17942-2000:
【7】《国家一、二等水准测量规范 》 GB 12897-91:
【8】《工程测量规范》（GB0026－93）:
【9】《铁路工程质量检验评定标准》（土建工程）（JTG F80/1—2004）；
【10】《铁路隧道设计规范》（JTG D70—2004）；
【11】《铁路隧道施工技术规范》（JTG042—94）；
【12】《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086—2001）；
水利与生态 学院 工程测量 专业类
学生（学号）2008012062 厚少伟
毕业设计（论文）时间： 自2011年5月5日至2011年5月 30日
答辩时间： 年 月 日 成绩
指导教师： 詹新武
兼职教师（并指出所负责部分）：

校内毕设组织协调小组
注：任务书应该附在已完成的毕业设计（论文）的首页。

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高速铁路中隧道监控量测的应用
摘 要
目前高速铁路隧道的设计理念是：安全、高效、环保，尽可能少的破坏原始地貌，隧道一般遵循“早进晚出”，所以隧道的进出口埋深都比较浅。为保证工程的安全进行，质量可靠，监控量测是施工中重要的一个工作。本文阐述了贵广高速铁路中百乐隧道监控量测的应用范围和施测方法，掌握围岩动态支护情况，综合分析监控量测的受力状态，从而及时调整隧道的开挖和支护方案，从而却保围岩的稳定性和施工安全性。

关键词:监控量测、地表沉降、拱顶下沉、周边收敛、全站仪、电子水准仪、非接触测量

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目录
1 绪论…………………………………………………………………1
2 监控量测的目的……………………………………………………1
3 监控量测的要求……………………………………………………2
4 监控量测的项目……………………………………………………2
5 量测断面间距和量测频率…………………………………………3
6 监控量测的方法和实施情况………………………………………4
6.1 洞内监控量测的实施…………………………………………4
6.1.1 监测点的布置…………………………………………4
6.1.2 监测仪器的选用………………………………………5
6.1.3 监控量测的方法和实施………………………………6
7.2 洞外监控量测的实施…………………………………………8
7.2.1 监测点的布置…………………………………………8
7.2.2 监测仪器的选用………………………………………9
7.2.3 监控量测的方法和实施………………………………9
7.2.4 隧道下穿采矿区巷道量测断面间距和量测频率……9
7.3 工作基点网的建立和检测……………………………………9
8 量测数据的整理、分析和监控量测管理…………………………10
9 结论…………………………………………………………………13
10 致谢…………………………………………………………………15
11 参考文献……………………………………………………………16
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1、绪论
百乐隧道位于贵州省凯里市黎平县境内，隧道全长为7656m，为双线I级电气化高速铁路隧道，隧道内为2‰和10‰的上坡。隧道开挖半径为8.9m、净空高为11.9m，地质构造复杂，主要为页岩、千枚岩、强风化沙质板岩、凝灰质砂岩、风化性沉积岩、沙砾土及断层，渗水量大。曾多次穿越覆盖层4米左右的水田区，漏水严重，安全风险系数和施工难度非常大。同时地形上处于溶洞陡坡地带，地形起伏落差较大，围岩大部分为Ⅳ、Ⅴ类弱风化围岩。隧道进口的最小埋深只有3.4 m，由于隧道的进出口埋深较浅，所以在进出口32m的施工范围内采用双侧壁导坑法施工。且为保障隧道正常安全施工，对隧道内外的浅埋、偏压、涌水段，进行高频率的地表加密监控量测。
2、 监控量测的目的
由于百乐隧道埋深很浅，为保证施工安全及支护结构的长期稳定性，监控量测工作非常必要。在隧道施工过程中，用现场量测的数据对围岩支护体系的稳定状态进行检测，确认支护参数和施工方法的准确性，为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供依据，验证支护结构参数。监控施工区域对周围环境的影响，积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据，是确保施工及运营安全、指导施工程序、便于施工管理的重要手段，监控量测是施工过程中必不可少的施工工序。通过量测了解该工程在该地质条件和施工工序下所表现、反映出来的

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一些地下工程规律和特点，为今后类似工程或工法本身发展提供参考、借鉴的依据和指导作用。
3、监控量测要求
隧道监控量测是监视设计、施工是否正确的眼睛，是监视围岩是否安全稳定的手段，始终伴随着施工的全过程。因此有如下要求:
(1)能快速埋设测点；
(2)每一次量测数据所需时间应尽可能短；
(3)测试数据应准确可靠；
(4)测试元件应具有良好的防震、防冲击波能力；
(5)测试数据直观，不必复杂计算即可直接应用；
(6)测试元件埋设手能长期有效工作；
(7)测试元件应满有足够的精度。
4、 监控量测项目
监测的项目和具体内容按现行《铁路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）规定及绍诸高速铁路全线各隧道的特殊要求所拟定。监测项目包含如下内容：
(1)必测项目
①洞内围岩和支护状况观察；②周边位移监测；③拱顶下沉监测；④锚杆或锚索内力及抗拔力。
(2)选测项目
①洞口浅埋段地表下沉监测；②围岩内部位移监测；③喷砼应力
监测；④围岩压力监测；⑤钢拱架应力监测；⑥二衬应力监测。
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5、量测断面间距和量测频率
（1）根据设计图纸确定拱顶下沉及周边收敛间距如下表

围岩级别
量测断面间距（m）
Ⅴ（浅埋）
5
Ⅴ（深埋）
10
Ⅳ（浅埋）
10~15
Ⅳ（深埋）
20~30
Ⅲ
50
Ⅱ
80
表5-1

（2）根据设计图纸确定拱顶下沉及周边收敛量测频率如下表
变形速度（mm／d）
量测断面距开挖面距离（m）
量测频率
≥5
（0~1）B
1~2次／天
1~5
（1~2）B
1次／天
0.5~1
（1~2）B
1次／2天
0.2~0.5
（2~5）B
1次／2天
＜0.2
＞5B
1次／1周
表5-2
注：B表示隧道开挖宽度，d表示天

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（3）地表下沉量测断面间距如下表
埋置深度H
量测断面间距（m）
H＞2B
20~50
B＜H＜2B
10~20
H＜B
10
表5-3
注：B表示隧道开挖宽度
6、 监控量测的方法和实施情况
6.1、洞内监控量测的实施
6.1.1洞内监测点的布置
(1)针对该高速铁路隧道地质围岩及结构特点，并根据隧道监控量测以往类似工程的监控量测经验和各类量测项目的作用意义，在相关隧道规范指导下进行量测断面的布置设计。
(2)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。
(3)应重点监测围岩质量差或局部不稳定块体、节理或地下水发育地段，以及特殊工程部位（如洞口处）。监测点的安装埋设应尽可能靠近隧道掌子面，以便尽可能完整获得围岩开挖后初期力学形态变化和变形情况。
(4)选测项目的布设结合隧道自身特点，重点突出。
根据相关图纸和相关技术要求，隧道有以下三种开挖方式，根据开挖方式的不同，有三种测点布置方式，其示意图如下：
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为能对围岩及支护结构的性态作较全面的分析，并且获得完整数据，同时又使各项数据间能相互比较、相互验证，因此，地表沉降的监测点与洞内拱顶下沉点及周边收敛点均布置在同一断面上。
6.1.2监测仪器的选用
由于洞内监测有两项工作内容，根据工作内容的不同，仪器选用情况如下：
周边净空收敛：周边水平收敛采用中铁西南科学研究院生产的SWJ-IV隧道收敛仪，最小读数0.01mm
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拱顶沉降：拱顶下沉采用DNA03水准仪和徕卡TCA2003全站仪进行非接触测量，DNA03水准仪的标称精度为0.3mm/Km,TCA2003全站仪的标称精度：测角0.5″，测距±（1mm+1ppm）。
6.1.3、监控量测的方法和实施
周边水平收敛实测步骤：根据设计要求随时掌握岩石的变化情况，测点安装应靠近开挖面又不宜被破坏的地方，并且保证在开挖后12小时（最迟不超过24小时）内埋设，且在下一次循环开挖前量测到初次读数，初期观测为每天两次，如岩石没有异常变化按照4.2表中量测频率进行观测。监测点的钢筋根部应深入岩石并灌入水泥砂浆使其稳定牢固。量测方法：每个监测断面两次挂尺，第一次量测完成后，记录量测数据，然后交换尺头再次量测，两次量测结果误差在0.5mm内取平均数作为水平净空量测结果。
洞内拱顶下沉监测实测步骤：首先在隧道的仰拱埋设水准点，按照《二等水准测量规范》联测水准点的绝对高程（此点坐标也可作为隧道内日常测量施工放样使用）。拱顶监测点位置和埋设时间同水平收敛点相同，埋设方法同水平收敛点一样要把钢筋插入岩石内使其牢固，在钢筋外露部分焊接5㎝×5cm的铁片，然后在铁片上贴测量专用反光片。在后视水准点上架设徕卡仪器自带的金属三角架，固定1.3M作为后视标高，仪器架设在水准点和反光片中间适当的位置，不必量取后视标高和仪器高，这样可消除因量取仪器高和后视标高带
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来的误差。然后使用全站仪测量水准点到反光片的高差，正、倒镜测量3个测回，每测回高差值比较不超过0.5mm，取平均数作为拱顶下沉量测数据结果。
示意图如下：

洞内周边水平收敛的精度分析：收敛仪钢尺受温度影响较小，隧道内温度基本稳定，初次量测温度和日常量测时温度基本一致，不必考虑温度改正。收敛仪的最小读数为0.01mm，量测结果的取值也为0.01mm，能够反映围岩的细微变化，满足精度要求。
洞内沉降监测精度分析：

此公式为光电测距三角高程（单向观测）的高差精度估算公式，
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其中：如水平距离取值30米，仪器观测测点天顶距取值70°。仪器观测后视棱镜天顶距取值90°。斜距取值32米，地球曲率半径取值6369000米，大气折光系统测量误差忽略不计，未考虑仪器高测定误差及棱镜高测定误差。光电测距边边长中误差及垂直角测角中误差均采用仪器标称精度。计算得此高差精度值为±0.34mm。完全可以满足观测 要求。
7.2 洞外监控量测的实施
7.2.1监测点的布置
在地表上沿隧道轴线布置的监测点与洞内拱顶下沉及周边水平收敛点布置在同一断面内，用现浇混凝土方式埋设，沿隧道纵断面断面间距按4.3表执行。横断面地表监测点间距取2～5M，在同一量测断面内取7～11个监测点。另外，根据相关图纸和相关技术要求，我们在百乐隧道下穿矿区巷道和S103省道铁路段地表布设了水准观测点，用于对地表沉降进行观测，其示意图如下：

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7.2.2监测仪器的选用
采用徕卡DNA03电子水准仪，仪器标称精度：0.3mm∕㎞。
7.2.3监控量测的方法和实施
首先沿隧道轴线方向每隔100～150M埋设一个水准工作基点构成水准网，工作基点埋设在稳定的基岩里面，并且在隧道开挖线的扰动范围外保持一定距离，以免受隧道掘进影响工作基点的稳定性和精度，采用现浇混凝土方式埋设，工作基点按照《二等水准测量规范》联测。对每个断面上的监测点也按照《二等水准测量规范》进行观测，依次对每条断面上的监测点进行闭合或符合水准路线测量。地表沉降量则应在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直至衬砌结构封闭成环，下沉基本停止且稳定时为止。
7.2.4、隧道下穿采矿区巷道量测断面间距和量测频率
为保证矿区的正常安全运行，按照设计要求应加密隧道下穿矿区
段的观测频率和缩短监测断面的间距，洞内和地表监测点应布置同一断面内，纵向间距为5M，横断面监测点间距2.5M，为随时掌握路面下沉情况，地表及洞内拱顶沉降观测频率为2次∕天，分别为凌晨和晚上，特殊情况时加密观测频率。
7.3工作基点网的建立和检测
在监控量测地表区域附近布设3个水准基点为一组，基准点布设在稳定的基岩里面，均采用现浇混凝土的方式埋设，为保证基准点不
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受隧道开挖的影响，基准点都布设在爆破振动安全允许范围外，以保证基准点的稳定性。工作基点网和监测点距离适中，通视条件好，网形适宜。工作基点按闭合水准网测量，等级按《二等测量规范》执行，每3个月复测一次，检测出现异常时必须先复查工作基点，特殊情况下加密复测频率。
8、量测数据的整理、分析
8.1现场量测数据及时整理，绘制量测数据与时间的关系曲线，并进行数据处理和回归分析。
8.2以位移—时间曲线为基础，根据位移值、位移速率等分析、评定围岩和支护的稳定性。判别初期支护的工作状态，支护特点并对初期支护进行安全评估。
8.3当位移急剧增加，每天的相对净空变化超过1mm时或位移-时间曲线出现反弯点时，应加强观测，通知现场施工密切注意支护结
构的变化。
8.4当地表沉降、水平净空收敛、拱顶下沉量达到预测最终值的80%～90%，收敛速度小于0.1～0.2mm／天，拱顶下沉速率小于0.07～0.15mm／天时，可认为围岩基本稳定进行下一道工序施工。
8.5在同一断面上，当地表下沉量大而洞内拱顶和周边水平收敛值没有异常变化时，要进行现场观察和分析是否地表有局部滑坡并将
数据和情况及时上报。
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8.6及时提交成果资料和上报监测数据，在观测期内，位移值超过设计值的20%及以上时，应及时会同建设、勘察设计等单位查明原因，必要时进行地质复查，并根据实测结果调整计算参数，对设计预测位移进行修正或采取控制措施。
8.7通过以上综合分析、评价及时修正设计、调整支护参数，对施工及时提供建议和措施。
8.8拱顶下沉和水平净空收敛成果表如下图：

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8.9监控量测管理
⑴监测控制标准
根据有关规范、规程、设计资料及类似工程经验，制定本工程监控量测变形管理等级见表10，据此指导施工。
变形管理等级表
管理等级
管理位移
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
停工，采取特殊措施后方可施工
注：U为实测位移值；Uo为最大允许位移值
观察及量测发现异常时，应及时修改支护参数。一般正常状态须同时满足以下条件：净空变化速度小于0.2mm/d时，喷射混凝土表面无裂缝或仅有少量微裂缝，围岩基本稳定；位移速度除在最初1～2天允许有加外，应逐渐减少。当净空变化速度持续大于1.0mm/d时，应加强初期支护；二次衬砌混凝土施作时间应满足《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》要求。
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⑵监控量测体系
施工监测管理流程见图。
施 工
量 测
安 全 性

经 济 性
量测计划是否变
管理基准是否变
措施（改变施工方法，
调整支护参数）
措施（优化支护结构）
改变量测计划
改变管理基准
是
是
否
否

否
否
是
是

施工监测管理流程图

9、结论
由于隧道工程的特殊及复杂性与隧道围岩的不确定性，对隧道围岩及支护结构进行监控量测是保证隧道工程质量、安全必不可少的手段。在百乐隧道施工中，通过对隧道施工现场量测数据获得围岩动态及得到沉降最终值，通过分析监控变形趋势来确定下一道施工工序时间，确保施工安全。尤其是在隧道下穿矿区巷道段埋深浅，而且巷道又在开采时间段流量多，扰动大，为确保巷道不受影响，正常运行，
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防止发生坍塌，我们增加了监测点的密度和观测频率，随时掌握隧道内部和周围山体及路面的位移变化，为隧道下穿矿区巷道的顺利通过提供安全保障。另外，在洞内进行拱顶下沉观测，采用全站仪红外激光进行非接触测量，测量速度快，受施工干扰少。全站仪所观测的三维坐标，也可代替周边水平净空收敛，同样能在地下矿区、厂房、大
型基坑开挖、高层、电站、大坝、高边坡施工中进行监控量测的应用。

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致 谢
时光荏苒，岁月如梭。记忆的雪花翩翩起舞，思绪定格在凤凰花开的季节。挥洒过汗水，也滴落过泪花，这里有我熟悉的一切，有我热爱的一切。恍惚中，在美丽的南昌工程学院，度过了人生中最为宝贵的年华。 凤凰涅磐需要经历烈火的煎熬和痛苦的考验。迈进象牙塔殿堂时的激动，仍时刻在内心回荡，不知不觉中完成了人生中最大的一次蜕变。蜕变需要经历过磨练，磨练可以让我们更为坚强，去勇敢面对生活中所遇到的困难与磨难。 
感谢詹新武老师，是您悉心的指导、关心和鼓励下，才使得我养成科学严谨的治学态度，也让我学会了如何去解决所遇到的问题。感谢您让我懂得了科学探索的奥秘在于永远保持一个乐观积极向上的心态以及脚踏实地勤勉的务实作风，这是获得胜利的无敌通关密码。在三年的大学生涯里，还得到众多老师的关心支持和帮助，在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！
在大学三年生活中，不断得到各位老师、同学的关心与帮助，使我在学习和生活中不断得到友谊的温暖与亲切的关怀，最重要的是一种精神上的激励，让我非常感动。
　　我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位老师表示感谢！

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9、主要参考资料：
【1】《客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定》（铁建设[2006]189号）:
【2】《铁路隧道监控量测技术规程》（铁建设[2007]138号）:
【3】《客运专线无碴轨道铁路铺设条件评估技术指南》（铁建设[2006]158号）:
【4】《精密工程测量规范》（GB/T 15314-94）:
【5】《高速铁路精密工程控制测量及线下工程变形监测可行性研究》:
【6】《国家三角测量规范》GB/T 17942-2000:
【7】《国家一、二等水准测量规范 》 GB 12897-91:
【8】《工程测量规范》（GB0026－93）:
【9】《铁路工程质量检验评定标准》（土建工程）（JTG F80/1—2004）；
【10】《铁路隧道设计规范》（JTG D70—2004）；
【11】《铁路隧道施工技术规范》（JTG042—94）；
【12】《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086—2001）；

水利与生态 学院 工程测量 专业类
学生（学号）2008012062 厚少伟
毕业设计（论文）时间： 自2011年5月5日至2011年5月 30日
答辩时间： 年 月 日 成绩
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指导教师： 詹新武
兼职教师（并指出所负责部分）：

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注：任务书应该附在已完成的毕业设计（论文）的首页。