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隧道施工监控量测方案

25
2020年4月19日
文档仅供参考

乐昌至广州高速公路T10标
长基岭隧道、龙归隧道

施工监控量测专项计划

编 制:
审 核:
审 批:

中铁隧道集团广乐高速T10标项目部
二零一零年七月

乐昌至广东高速公路T10表标段内共有2隧道，分别为长基岭隧道和龙归隧道。其中长基岭隧道为特长隧道，是广乐高速控制性工程，长基岭隧道左线长3920m，右线长3940m；龙归隧道右线长640m，左线长565m。长基岭隧道位于粤北凹褶束～韶关凹褶中的天门坳隆起地区，地层复杂、断层发育。断裂主要为北北东向和北东向，南北向。隧道穿越14条断层破碎带或岩溶侵蚀破碎带。龙归隧道位于湘粤坳褶束的粤北凹褶束，以华夏构造为主体，形成以南北向褶皱-瑶山复背斜的褶皱和盆地。断裂主要为北北东向和北东向。隧道穿越1条断层破碎带。隧道开挖埋深浅、跨度大，采用的支护措施和结构形式复杂多样，施工中各种工法转换复杂，因此为保证隧道施工安全、经济、顺利进行，在施工过程中应采取全过程监控量测措施，以根据监测信息反馈设计和指导施工，积极优化与调整施工方法、施工工艺和施工参数，控制支护结构变形，了解围岩动态变化，掌握最佳工序过程，从而确保工程安全与质量，并保护周围环境的安全。
1 监测目的和意义
监控量测是地下工程动态设计的重要组成部分，是确保隧道安全开挖的基础。在施工中，经过监控量测，掌握围岩动态和支护结构的工作状态，利用监控量测结果调整设计支护参数，指导施工，积累资料并为以后的类似工程提供类比依据；同时预测事故和险情，以便及时采取措施防止事故发生。
(1)了解围护结构和周围地层的变形情况，为施工日常管理提供信息，保证施工安全。
监测数据和成果是现场施工管理和技术人员判断工程是否安全的重要依据。因此，在施工过程中，一般依据监测结果验证施工方案的合理性，调整施工参数，必要时采取辅助工程措施，以达到信息化施工之目的。
(2)经过对隧道支护结构的变位、应力监测，及时修改支护系统设计。
(3) 验证支护结构设计，为支护结构设计和施工方案的修订提供反馈信息。
(4) 积累资料，以提高地下工程的设计和施工水平。
支护结构的围岩压力分布受支护方式、支护结构刚度、施工过程和被支护围岩种类的影响，一般很复杂，现行设计分析理论尚未达到成熟的阶段，积累完整准确的地下工程开挖与支护监测结果，对于总结工程经验，完善设计分析理论是很有价值的。

2 监测的主要技术依据
2.1 执行的技术标准
⑴《公路隧道施工技术规范》;
⑵《公路隧道设计规范》;
⑶《工程测量规范》GB50026-93;
⑷《国家一、二等水准测量规范》GB12897-91;
⑸《国家三、四等水准测量规范》GB12898-91;
⑹其它相关规范、强制性标准规定及地方标准；
2.2 作业依据
⑴《乐昌至广州高速公路坪石至樟市段T10合同段（K87+747~K99+000）两阶段施工图设计第T10.D1册》；
⑵《乐昌至广州高速公路坪石至樟市段T10合同段（K87+747~K99+000）两阶段施工图设计第T2.D2册》；
⑶本工程有关的地质勘探资料；
3 监测内容及方案实施
3.1 监测项目
根据设计图纸精神，确定本标段监测内容和项目如表1。
表1 长基岭、龙归隧道监测项目汇总表
区段
序号
监测项目
监测仪器
监测目的
暗
挖
段
1
地质及初期支护状态观察
肉眼、
数码相机等
观察和记录地质状况和支护状态
2
浅埋段地表沉降
精密水准仪、铟钢尺
掌握隧道开挖对上方土体的影响程度及影响范围
3
拱顶沉降
水准仪、收敛计
了解隧道施工过程中隧道支护结构变位规律
4
暗挖隧道水平收敛
5
仰拱隆起量测
精密水准仪、铟钢尺
了解隧道施工过程中隧道仰拱结构变位情况

3.2 测点布设
测点布设包括监测控制点（水准基点、工作基点）及监测点的布设方法。
3.2.1 控制点的布设
(1)水准基点的埋设
沉降监测控制网可采用绝对高程系统或相对高程系统，本工程监测拟建设2～3座水准基点。确定水准基点点位时，必须保证点位所在地地基坚实稳定、安全可靠，并利于标石长期保存与观测。水准基点应尽可能远离工程施工影响范围。
(2)工作基点的埋设
工作基点应根据地层土质状况决定，一般采用混凝土普通水准标石，标石埋设在地表以下1.5~2.0米左右的深度。本工程拟布设6~8座工作基点，分别位于靠近观测目标且便于联测观测点的稳定或相对稳定位置。
工作基点标石的顶面的中央为圆球状不锈钢的金属水准标志。标志须安放正直，镶接牢固，其顶部应高出标石1～2cm。详见图1。

图1 沉降监测工作基点结构大样图
(3)基点的保护
标石埋设后，在点位四周砌筑规格不应小于1.5m×1.5m×1.0m的砖石护墙，并围绕标志砌筑内径为0.5m×0.5m×0.5m的砖石方井或园井，上加盖板，并设置醒目的保护指示牌，做好标记，以便于长期观测。
3.2.2 主要监测点的埋设
(1)地表测点
地面监测点的埋设，应首先在地面开Φ100mm的孔，打入顶部磨成椭圆形的Φ22mm螺纹钢筋，然后在标志钢筋周围填入细砂夯实。具体方法见地表点布设示意图2。

图2 地表点布设示意图
(2)拱顶和收敛测点
拱顶和收敛测点的埋设：在需要埋设测点的断面，将拱顶及收敛测点预先焊接在初支钢支撑上，随钢支撑的架设同步埋设。拱顶及收敛一般埋设在同一断面，以利于各项测试结果的相互对应和综合分析。
暗挖隧道拱顶沉降采取水准仪、钢挂尺实施，隧道结构收敛采用专用坑道收敛计实施，施工中加强对测点的保护工作。
3.2.3 布设原则和保护
(1)测点位置和数量应结合工程性质、地质条件、设计要求、施工特点等综合考虑。
(2)为验证设计数据而设的测点应布置在设计中的最不利位置和断面，如预测最大变形、最大内力处，为指导施工而设的测点应布置在相同工况下的最先施工部位，其目的是及时反馈信息，以便修改设计和指导施工。
(3)表面变形测点的位置既要考虑反映监测对象的变形特征，又要便于采用仪器进行观测及有利于测点的保护。
(4) 在实施多项测试时，各类测点的布置在时间和空间上应有机结合，力求使同一位置能同时反映不同的物理变化量，以便找出其内在联系和变化规律。
(5) 测点在施工过程中若遭到破坏，应尽快在原来位置或尽量靠近原来位置补设测点，以保证该点观测数据的连续性。
(6) 各预埋测点牢固可靠，易于识别并妥善保护，不得任意撤换和破坏，并应建立量测点埋设的记录资料。
3.3 监测项目的具体实施
3.3.1 地面沉降监测
(1)监测范围：每段洞口不少于1个监测横断面，隧道中间若有浅埋段，则也需布设监测横断面。
(2)监测方法：采用精密水准仪进行测量。基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，如超过时，应重读后视点读数，以作核对。
地表监测基点为标准水准点（高程已知），监测时经过测得各测点与水准点（基点）的高程差ΔH，可得到各监测点的标准高程Δht，然后与上次测得高程进行比较，差值Δh即为该测点的沉降值。即：
ΔHt(1,2)=Δht(2)-Δht(1)
在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度，然后按照测站进行平差，求得各点高程。
(3)监测仪器：高精度水准仪，铟钢尺等。
(4)监测频率：开挖面前大于30米，1次/2天；开挖面前后小于30米，2次/1天；开挖面后30米~80米，1次/2天；开挖面后大于80米，1次/7天。
3.3.2 拱顶和收敛监测
(1)监测范围：暗挖隧道全长均需进行拱顶及收敛监测。
(2)监测仪器及方法：拱顶沉降采用水准仪、刚挂尺进行，结构收敛采用收敛计来进行。
(3)监测频率：见表4。
3.3.3 仰拱隆起监测
(1)监测范围：在隧道仰拱施做地段。
(2)监测仪器：精密水准仪、铟钢尺。
(3)监测方法：同地表监测方法。
(4)监测频率：见表4。
4 拟实施监测工程量汇总
本工程拟实施的监测工程量汇总如表2：
拟实施监测工程量汇总 表2
序号
监测项目
测点埋设原则
1
地质及支护状态观察
开挖后及初期支护后进行
2
地表沉降
每端洞口不少于一个监测横断面，断面测点15个。
3
拱顶沉降
Ⅴ级围岩每15~20米一个测点，Ⅳ级围岩每20~40米一个测点，Ⅲ级围岩每40~60米一个测点，Ⅱ级围岩每50~100米一个测点。
4
结构收敛
结构收敛埋设与拱顶测点断面一致，每断面1~3个测点。
5
仰拱隆起
仰拱隆起埋设与拱顶及收敛测点断面一致，每断面1个测点。
5 监测网建立
监控量测系统首先建立水平位移和垂直位移监测控制网。
水平位移监测网利用地面平面控制点做主控点，与监测网点组成平面监控网，其形式依据结构布设成轴线形；其垂直位移监控网利用局部高程控制网做为一级控制点，与地表沉降等观测点组成地表高程位移监控网，同时将主控点高程引测至洞内，并埋设水准基点（并定期复测），与结构监测点组成洞内高程控制网。
主控点埋设坚固、稳定，监控点可埋设在原状土层中，并加设保护装置。
6 监测控制标准及警戒值
6.1 控制标准及警戒值
在信息化施工中，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，判断监测对象的稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。
在施工中，以表3的三级管理制度作为监测管理方式进行动态管理。取监测控制标准的2/3作为警戒值，将允许位移值和警戒值之间称为警戒范围，实测值如在此范围，则需商讨和采取施工对策，预防最终位移值超限；警戒值和基准值之间成为注意范围，当实测值在基准值以下时，说明围岩是稳定和安全的。
当位移～时间曲线出现反弯点时，则表明围岩和支护已呈不稳定状态，此时应密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖。

表3 变形管理表
管理等级
管理位移
施工状态
Ⅲ
U0＜Un/3
可正常施工
Ⅱ
Un/3≤U0≤2Un/3
应注意，并加强监测
Ⅰ
U0＞2Un/3
应采取加强支护等措施
注：U0—实测位移值；Un—允许位移值；Un的取值，即监测控制标准。
根据上述监测管理基准，可选择监测频率：一般在Ⅲ级管理阶段监测频率可适当放大一些；在Ⅱ级管理阶段则应注意加密监测次数；在Ⅰ级管理阶则应密切关注，加强监测，监测频率可达到1～2次/天或更多。
监测控制标准应由设计、监理、施工单位及业主根据工程情况共同确定。
6.2 量测频率
各项目的监测时间根据工程进程确定。当变形超过有关标准或监测结果变化速率较大时，加密观测次数。当有事故征兆时，进行连续监测。
各监测项目量测频率根据监测数据的变化情况而定，一般按下表4进行。各量测项目持续到变形基本稳定后2周结束，软弱围岩断层破碎带位移长时间不能稳定时，延长量测时间。
表4 监控量测项目及频率
项目
量测时间间隔
0～18米
18～36米
36米～90米
90米以上
围岩及支护状态观察
掌子面每次开挖后进行，已施工地段喷砼、锚杆、钢架1次/天
拱顶下沉
1～2次/天
1次/天
1次/2天
1次/周
水平收敛
同拱顶下沉一致
仰拱隆起
0～15天
16天～1个月
1～3个月
3个月以上
1次/天
1次/2天
1～2次/周
1～3次/月
7 监测资料的分析、预测及信息反馈
本标段监控量测资料均用计算机配专业技术软件进行自动化初步分析、处理。根据实测数据分析、绘制各种表格及曲线图，当曲线趋于平衡时推算出最终值，并提示结构物的安全性。
监测人员按时向施工监理、设计单位提交监控量测周报和月报，同时对当月的施工情况进行评价并提出施工建议，及时反馈指导信息，调整施工参数，保证安全施工。
7.1 监测资料的反馈程序
为确保监测结果的质量，加快资料反馈速度，全部监测数据均由计算机管理，监测结果及时上报，并定期向有关单位提交监测报表，同时附相应的测点位移时态曲线图，对当月的施工情况进行评价并提出施工建议。监测资料反馈程序见下图3。

图3 监测资料反馈管理程序图

(1)经过测点位移－时间曲线的回归分析，推算最终位移、掌握结构及围岩位移变化规律。
(2)当位移－时间曲线出现反弯点，即位移出现反常的急剧增长现象，表明支护体系已呈不稳定状态，应加密监视，并适当加强支护，必要时应立即停止开挖并进行施工处理。
(3)测点实测变形量或用回归分析推算的最终变形量均应小于允许变形量。当位移变形速率无明显下降，而此时实测变形量已接近允许变形量，或支护混凝土表面已出现明显裂缝时，必须立即采取补强措施，并改变施工方法或施工参数。
7.2 监测信息的反馈程序
监测信息反馈流程见下图4。

图4 监测信息管理流程图
8 监控量测数据的分析、预测
监控量测资料均由计算机进行处理与管理，当取得各种监测资料后，及时进行处理分析，绘制相应图表，对监测数据进行回归分析，预测最终位移值，预测结构物的安全性，确定工程技术措施。每一测点的监测结果要根据其位移变化速率和管理基准等综合判断结构的安全状况，并编写周、月汇总报表，及时反馈指导施工，调整施工参数，达到安全、快速、高效施工之目的。
监测数据的整理分析及反馈的方法和内容一般包括监测资料的采集、整理、分析、反馈及评判决策等方面。
(1)数据整理
每次观测后应立即对原始观测数据进行校核和整理，包括原始观测值的检验、物理量的计算、填表制图，异常值的剔除、初步分析和整编等，并将检验过的数据输入计算机的数据库管理系统。
(2)数据分析
采用比较法、作图法和数学、物理模型，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，以便对工程的安全状态和应采取的措施进行评估决策。
绘制测点时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，如果位移的变化随时间而渐趋稳定，说明该处地层处于稳定状态，支护系统是有效、可靠的，如图中的正常曲线。图5的反常曲线中，出现了反弯点，这说明位移出现反常的急骤增长现象，表明支护体系已呈不稳定状态，应立即采取相应的施工措施进行处理。
在取得足够的数据后，还应根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值，预测结构和建筑物的安全状况。

图5 时间-位移曲线和距离-位移曲线

9 提交的监测成果资料
在工程监测过程中，实时对监测结果进行整理，按监理工程师的要求以周报或日报的形式送达有关各方（业主、设计、监理）。工程结束时，提交完整的监测总报告。主要包括日（周、月）报、巡查报告、专题报告以及监测总报告。
(1)日报
在遇到沉降或其它观测值变化速率加快（到达5%控制值/天），或者遇到自然灾害如暴雨、台风、地震等情况时，为使相关各方能及时掌握各监测对象实时状态，将以监测日报的形式报送。日报重点集中反应近日受关注程度较高的部分监测对象，主要包括掌子面附近、变形异常地段的变化值及其变化速率，并根据工况提出有效控制变形发展的建议。
(2)月（周）报
监测成果以周报、月报的形式提交监测管理单位，月（周）报中的表格形式按照相应的规范表格制作，报告中具体包括以下几方面的内容：
①监测项目及测点布置。包括本月（周）所开展监测项目及随施工进展进行测点布置的情况，提出下月（周）计划。
②施工进度。当月（周）工程施工进展及周边临近工程施工情况（施工内容、方法、进度等），以及监测工作进展情况（监测点变更情况和理由，监测频率变动情况的说明，监测工作存在的问题等）。
③监测值的时程变化曲线。经过监测数据，绘制监测结果时程变化曲线，并根据曲线发展趋势进行理论分析。
④根据实际情况，作出相应监测项目的预报分析。根据监测曲线及理论分析结果，再结合实际情况对变形较大的点作出当月（周）的综合分析，指出“变化趋势”， 根据工况和地质条件分析产生较大变形的原因，作出该点变形对周围环境的影响是否安全的评价及预报。
⑤指出达到或超过报警值的测点位置，并初步分析其原因。对各项监测数据进行统计，指出累积值较大并达到或超过报警值测点，并结合施工情况对其原因进行重点分析，预测施工中是否存在危险，提出可行性建议。
⑥监测成果表汇总。要求按规定的格式分项归类、汇总，各测点的监测数据要按监测日期顺序准确填报，表格中观测、制表、校核、审核者必须签名，确保表中内容正确真实。
⑦监测测点布设图。初始月（周）报必须附有现场监测测点布设图，图上监测点号必须与监测成果表中的点号相对应并一致，如有新增点或变更点，应在新增或变更当月（周）报中及时更新并附图。
(3)专题报告
异常情况或重点项目的监测专题分析报告等。
(4)监测总报告
监测工作结束后，需进行整个项目的总结工作，并最终形成监测总报告。监测总报告应包括以下几部分内容：
①工程概况及监测目的；
②监测项目及测点布置；
③采用的仪器型号、规格及标定资料；
④数据采集和观测方法
⑤监测资料的分析处理；
⑥监测值全时程变化曲线；
⑦监测结果评述。
上述报告等监测成果资料按照要求及时提交给业主和监测管理单位。
10 监测管理体系和保证措施
10.1 监测管理体系
针对本工程监测项目的特点建立专业组织机构，由我单位7～9人组成监控量测及信息反馈小组，成员由多年从事地下工程施工及监测经验的技术人员组成，组长由具有丰富施工经验，具有较高结构分析和计算能力的工程师担任。监测分为两个监测小组，各设一名专项负责人，在组长的领导下负责日常监测工作及资料整理工作。监测组织机构见图6。

图6 施工监测组织机构图
10.2 监测管理体系保证措施
为保证量测数据的真实可靠及连续性，特制定以下各项质量保证措施：
(1)监测组与监理工程师密切配合工作，及时向监理工程师报告情况和问题，并提供相关切实、可靠的数据和记录。
(2)测点布置力求合理，应能反映出施工过程中结构的实际变形和应力情况及对周围环境的影响程度。
(3)测试元件及监测仪器必须是正规厂家的合格产品,测试元件要有合格证，监测仪器要定期校核、标定。
(4)测点埋设应达到设计要求的质量。并做到位置准确，安全稳固，设立醒目的保护标志。
(5)监测工作由多年从事监测工作及有类似工程监测经验的工程师负责，小组其它成员也是有监测工作经历的工程师或测工，并保证监测人员的相对固定，保证数据资料的连续性。
(6)监测数据应及时整理分析，一般情况下，应每周报一次，特殊情况下，每天报送一次。监测报告应包括阶段变形值、变形速率、累计值，并绘制沉降槽曲线、历时曲线等，作必要的回规分析，及对监测结果进行评价。
(7)监测数据均现场检查、室内复核后方可上报；如发现监测数据异常，应立即复测，并检查监测仪器、方法及计算过程，确认无误后，立即上报给甲方、监理及单位主管，以便采取措施。
(8)各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的测试实施细则。
(9)雨季是施工的不利情况，地下渗水比较严重。因此雨季在保证正常的监测频率的情况下，加强量测频率，同时，应根据监测结果，加强一些不利区域的监测，以保证整个工程始终处于监控状态。

地表横断面测点布置示意图

双侧壁导坑法洞内监测测点布置示意图

台阶法施工洞内监测测点布置示意图