隧道监控量测技术实施方案.docx
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隧道监控量测技术实施方案
第一章隧道监控量测技术实施方案编制依据
三座隧道施工监控量测主要根据如下有关规范、文献进行编制:
1.《公路工程技术标准》JTGBO1-2003
2.《公路勘测规范》JTJ061-99
3.《公路隧道设计规范》JTGD70-2004
4.《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999
5.《公路隧道施工技术规范》JTJ042-94
6.《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89
7.《公路工程地质勘察规范》JTJ064-98
8.《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001
9.《地下工程防水技术规范》GB50108-2001
10.《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
11.《工程测量规范》GB50026-93
12.《公路工程质量检验评定标准》(JTJ071-2004)
13.吕康成,隧道工程试验检测技术,人民交通出版社,2000
14.李晓红著,隧道新奥法及其量测技术,2002,科学出版社;
15.宁德至武夷山高速公路施工设计图文件、图纸、报告等
第二章隧道工程概况
2.1隧道设置
A5合同段共有隧道2座,呈双洞分离式布置。
石壁炉隧道位于A4和A5合同段分界处,小东山隧道位于A5和A6合同段分界处,本合同段分别按半座计列,详见表1。
表1隧道一览表
隧道名称
起止桩号
隧道长度(m)
石壁炉隧道
右线
YK58+765~YK60+813
2048
左线
ZK58+792.91~ZK60+842
2049.1
际溪隧道
右线
YK62+060~YK63+915
1855
左线
ZK62+134~ZK63+942
1808
小东山隧道
右线
YK64+080~YK64+780
700
左线
ZK64+152~ZK64+829.767
677.8
2.2隧道地质情况
2.2.1石壁炉隧道
(1)地形地貌
本隧道场址区属侵蚀中低山地貌。
(2)工程地质特征
隧道场区表层为第四系残坡积层,其下伏基岩为燕山晚期(γ53)侵入花岗岩及其风化层,局部可见少量辉绿岩侵入。
(3)地质构造及地震
隧道区次级构造受福安——南靖深大断裂带主导,该区域性构造较稳定,后期有基性岩浆沿断裂带侵入。
(4)不良地质作用
隧道进出洞口未见有地裂、地下洞穴、滑坡、崩塌、泥石流等大型不良地质现象。
洞身部位未发现防空洞、采空区等地质灾害隐患。
(5)水文地质条件
根据隧道区内地下水的赋存条件、水理性质及水力特点,区内的地下水主要有以下3种类型:
松散岩类孔隙水:
赋存于隧道洞顶沟谷地带表层,为潜水,水量一般,主要接受大气降水及地下水侧向补给,水量、水位受季节影响变化大,主要向下游地下水排泄,同时,与地表径流呈互补关系。
风化带孔隙裂隙水:
赋存于第四系残坡积层底部及基岩风化带(主要为碎块状强风化-弱风化岩层中),为潜水,其富水性受地形地貌条件和风化裂隙发育程度的影响,富水性不均,由于隧道区地形起伏大,岩石风化带的厚度有限,一般富水性弱。
主要接受大气降水及地下水侧向补给,受季节影响变化大。
主要向下游地下水排泄。
基岩裂隙水:
赋存于隧道区内的构造及节理裂隙密集带中,富水性、导水性相对较好,但不均一,主要接受大气降水及地下水侧向补给,向下游地下水排泄。
隧道区地下水及地表水对混凝土结构不具有腐蚀性。
(6)工程地质评价
①隧道出口工程地质评价
出口段斜坡坡度40~45°,目前天然斜坡稳定,地表上覆残坡积层,垂直厚度约3~5m。
洞口段大多位于残坡积土层及强风化层(Ⅴ级围岩)中,岩土层强度较低,稳定性差,易产生坍塌,建议加强支护,同时对仰坡、边坡应采取台式放坡及坡面防护措施。
2隧道洞身工程地质评价
洞身围岩级别主要以Ⅱ-Ⅲ级为主,对隧道开挖较为有利,但构造破碎带、节理密集带及进出口地段为Ⅳ~
级,在施工过程中易造成坍塌失稳,应加强衬砌。
洞身处地下水水位高程高于路面设计标高,水量受构造发育情况影响较大,对隧道的施工将带来不利影响,特别是构造带及节理密集带的涌水量较大,应采取相应的止水或引排水措施,以防产生涌水现象发生。
3隧道地应力评价
根据测试知地应力以构造应力为主导,隧道围岩发生岩爆的可能性很小。
2.2.2际溪隧道
(1)地形地貌
隧址区属构造-侵蚀剥蚀低山地貌。
(2)工程地质特征
本隧址场区表层多为第四系残坡积土,下伏燕山晚期花岗岩(γ53)及其风化层。
(3)地质构造及地震
经地表调绘、钻探及浅层地震物探成果表明:
隧址区主要的断裂构造带F2属压扭性断裂,长度300米左右,宽25米左右。
本场地没有活动断裂构造、褶皱等地质构造,区域整体相对稳定。
(4)不良地质作用
隧址区中除断裂构造及裂隙密集带较发育,未见有活动断裂构造、滑坡、崩塌、泥石流、采空区、岩溶等其它不良地质作用,隧址区现状整体稳定,工程地质条件尚好,适宜建隧道。
(5)水文地质条件
本隧道区无地表水流分布,地表水总体较贫乏。
地下水主要为风化带网状孔隙裂隙水和基岩裂隙水,前者赋存于第四系残坡积层底部及基岩强风化带,后者赋存于岩性接触带及节理裂隙密集带中,一般富水性及导水性弱,水量较贫乏,主要接受大气降水及地下水侧向补给,向沟谷排泄,流量随季节变化较大。
进、出洞口地下水稳定水位一般分布于碎块状强风化层中。
洞身地下水主要聚集在岩性接触带及节理裂隙密集带中,勘察期间地下水稳定水位一般高于隧道顶板。
地下水对混凝土不具腐蚀性。
(6)工程地质评价
①工程地质评价
隧道进出口段近山坡坡脚,未见有滑坡、崩塌等不良地质作用,目前坡体现状基本稳定。
斜坡上覆盖坡积碎石土、强风化花岗岩,岩土层稳定性较差,施工时易产生坍塌、掉块、塑性变形及挤压破坏。
洞身工程地质评价:
隧道洞身围岩为花岗岩,属坚硬岩,岩体较完整,对隧道洞身围岩的稳定较有利,隧道围岩级别为Ⅴ级~Ⅱ级。
2隧道地应力评价
拟建隧道埋深最大埋深约298m,深部围岩为微风化花岗岩,为坚硬岩,岩体呈大块状。
本区为低地应力区,发生岩爆可能性小,但应加强监测。
3有害气体危害性评价
勘察过程中未发现该隧道场区存在有毒、有害气体或隐伏矿产现象。
2.2.3小东山隧道
(1)地形地貌
隧址区属构造-侵蚀剥蚀低山地貌。
(2)工程地质特征
根据工程地质调绘及钻探成果,本隧址场区表层多为第四系残坡积土,下伏燕山晚期花岗岩(γ53)和侏罗系南园组第二段(J3nb)的凝灰熔岩及其风化层。
(3)地质构造及地震
隧址区主要的断裂构造带F8,宽度为4米,长度大于1000米,属压扭性断裂。
本场地没有活动断裂构造、褶皱等地质构造,区域整体相对稳定。
(4)不良地质作用
隧址区中除断裂构造及裂隙密集带较发育,未见有滑坡、崩塌、泥石流、采空区、岩溶等其它不良地质作用,隧址区现状整体稳定,工程地质条件尚好,适宜建隧道。
(5)水文地质条件
本隧道区地下水主要为风化带网状孔隙裂隙水和基岩裂隙水,前者赋存于第四系残坡积层底部及基岩强风化带,后者赋存于岩性接触带及节理裂隙密集带中,一般富水性及导水性弱,水量较贫乏,主要接受大气降水及地下水侧向补给,向沟谷排泄,流量随季节变化较大。
进、出洞口地下水稳定水位一般分布于碎块状强风化层中。
洞身地下水主要聚集在岩性接触带及节理裂隙密集带中。
(6)工程地质评价
①洞口工程地质评价
隧道进口段近山坡坡脚,山坡坡度约为30~34°,未见有滑坡、崩塌等不良地质作用,目前坡体现状基本稳定,斜坡上覆盖坡积碎石土、强风化凝灰熔岩和花岗岩,厚度约为5-18m,岩土层稳定性较差,施工时易产生坍塌、掉块及挤压破坏等。
洞身工程地质评价
隧道洞身围岩为微风化凝灰熔岩,属坚硬岩,岩体整体较完整,对隧道洞身围岩的稳定较有利。
局部地段有裂隙密集带存在,岩体破碎~较破碎,拱部无支护时,可产生较大的坍塌,侧壁有时易失去稳定,爆破震动过大易坍塌,围岩级别为Ⅳ级,应加强支护措施。
隧道与F8断层走向基本一致,倾向为远离隧道一侧,隧道围岩级别为Ⅴ级~Ⅱ级。
2隧道地应力评价
本区为低地应力区,施工中应注意埋深大于322m段的Ⅱ级围岩中可能产生岩爆现象,应加强观测。
3有害气体危害性评价
勘察过程中未发现该隧道场区存在有毒、有害气体或隐伏矿产现象。
第三章隧道监控量测内容及其技术要求
3.1监测项目
主要内容有:
1地质及支护状况观察;
2周边收敛量测;
3拱顶下沉量测;
4地表下沉量测;
5地质超前预报。
3.2主要监控量测作业
3.2.1地质及支护状况观察
1.观察目的
(1)预测开挖面前方的地质条件。
(2)为判断围岩、隧道的稳定性提供地质依据。
2.观察内容:
(1)地质内容:
a岩石类型(名称);
b岩体完整状态:
根据受地质构造影响程度,地质结构面性质(延伸性、粗糙度、张开性)和风化程度来判断;
c地下水发育情况;
d围岩类型。
(2)洞外观察:
a.洞口地表情况
b.地表沉陷
c.边坡及仰坡的稳定
d.地表水渗透。
3.观察要求
(1)地质观察每次爆破开挖后立即进行,对已施工地段支护状况和地表状况的观察每天一次。
(2)绘制掌子面地质素描图。
(3)地质名称与术语应符合《公路工程地质勘察规范》(JTJ064-98)。
3.2.2周边位移、拱顶下测量测
1.量测目的
(1)周边位移是是隧道围岩应力状态变化的最直观反映,量测周边位移可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息。
(2)根据变位速度判断隧道围岩的稳定程度以便为二次衬砌提供合理的支护时机。
(3)指导现场设计与施工。
2.量测方法
用收敛计量测净空收敛位移,两次测量之差即为该周壁两点在该时间间隔内收敛值,量测精度为±0.01mm。
拱顶下沉用精密水准仪测量,量测精度为±0.05mm。
也可通过收敛计测量进行计算得到。
3.量测点布置与要求
(1)测点布置:
对周边位移、拱顶下沉的监控量测主要是根据围岩级别、隧道掌子面开挖方法等因素来确定布置测点的数量和测线的数量;拱顶下沉:
每个断面布置1~3个测点,测点放在拱顶中心或其附近。
关于测点布设细节详见表2、图1~2。
表2周边位移、拱顶下沉测点布置表
围岩级别
断面间距(m)
水平净空变化
拱顶下沉
每断面测点数
量测仪器
测试精度
每断面测点数
量测仪器
测试精度
Ⅱ
50~100
1条测线
收敛计
0.01mm
1个测点
水准测量的方法,水准仪、钢尺
0.05mm
Ⅲ
20~50
3条测线
1个测点
Ⅳ
10~20
6条测线
1个测点
Ⅴ~Ⅵ
5~10
6条测线
1~3个测点
注:
洞口及浅埋地段断面间距取小值。
图1周边位移、拱顶下沉量测测线布置图2CD法增设测点布置
对埋设测桩的要求:
1A、B、C、D、E测桩应埋设在同一垂直平面内。
2A和B、C和D测桩分别在同一水平线上,E号测桩应埋设在拱顶中央。
3A和B测桩应埋设在起拱线附近,C和D测桩应设在施工底面上1.5m左右。
(2)断面布置:
拱顶下沉和水平收敛量测断面的间距布置,原则上根据设计文件布置。
石壁炉隧道、际溪隧道、小东山隧道监控量测工程量见表3、表4:
表3A5合同段隧道监控量测断面里程
名称
数量
右洞
左洞
石壁炉隧道
91
YK58+800
YK59+700
YK60+290
YK60+670
ZK58+850
ZK59+800
ZK60+350
ZK60+780
YK58+900
YK59+800
YK60+300
YK60+690
ZK58+950
ZK59+900
ZK60+400
ZK60+800
YK59+000
YK59+900
YK60+350
YK60+710
ZK59+050
ZK60+000
ZK60+450
ZK60+810
YK59+100
YK60+000
YK60+400
YK60+730
ZK59+150
ZK60+060
ZK60+500
ZK60+820
YK59+200
YK60+040
YK60+450
YK60+750
ZK59+250
ZK60+080
ZK60+550
ZK60+825
YK59+230
YK60+060
YK60+500
YK60+770
ZK59+350
ZK60+100
ZK60+600
ZK60+830
YK59+250
YK60+080
YK60+550
YK60+790
ZK59+355
ZK60+150
ZK60+650
ZK60+835
YK59+270
YK60+100
YK60+570
YK60+795
ZK59+375
ZK60+200
ZK60+680
ZK60+840
YK59+300
YK60+150
YK60+590
YK60+800
ZK59+400
ZK60+250
ZK60+700
YK59+400
YK60+200
YK60+610
YK60+805
ZK59+500
ZK60+280
ZK60+720
YK59+500
YK60+250
YK60+630
YK60+810
ZK59+600
ZK60+300
ZK60+740
YK59+600
YK60+270
YK60+650
ZK59+700
ZK60+320
ZK60+760
际溪隧道
77
YK62+065
YK62+300
YK63+170
YK63+800
ZK62+135
ZK62+600
ZK63+225
ZK63+890
YK62+070
YK62+400
YK63+190
YK63+830
ZK62+140
ZK62+700
ZK63+250
ZK63+900
YK62+075
YK62+500
YK63+210
YK63+850
ZK62+145
ZK62+800
ZK63+350
ZK63+905
YK62+080
YK62+600
YK63+250
YK63+870
ZK62+160
ZK62+900
ZK63+450
ZK63+910
YK62+085
YK62+700
YK63+350
YK63+880
ZK62+200
ZK63+000
ZK63+550
ZK63+915
YK62+095
YK62+800
YK63+450
YK63+885
ZK62+250
ZK63+100
ZK63+650
ZK63+920
YK62+115
YK62+900
YK63+550
YK63+890
ZK62+300
ZK63+150
ZK63+750
ZK63+925
YK62+125
YK63+000
YK63+650
YK63+895
ZK62+350
ZK63+175
ZK63+800
ZK63+930
YK62+150
YK63+100
YK63+700
YK63+900
ZK62+400
ZK63+195
ZK63+850
YK62+200
YK63+150
YK63+750
ZK62+500
ZK63+205
ZK63+870
小东山隧道
32
YK64+085
YK64+110
YK64+250
YK64+600
ZK64+155
ZK64+190
ZK64+400
YK64+090
YK64+115
YK64+300
YK64+700
ZK64+160
ZK64+200
ZK64+500
YK64+095
YK64+125
YK64+350
ZK64+165
ZK64+250
ZK64+600
YK64+100
YK64+150
YK64+400
ZK64+170
ZK64+300
ZK64+700
YK64+105
YK64+200
YK64+500
ZK64+175
ZK64+350
ZK64+800
表4A5合同段超前地质预报工程量
隧道名称
长度(米)
里程桩号
TSP(次)
备注
际溪隧道
869m
ZK63+073~ZK63+942
5
地质超前预报方法拟采用高频地震回波反射法(TSP)
857m
YK63+058~YK63+915
5
石壁炉隧道
360m
ZK59+330~ZK59+390
1
ZK60+040~ZK60+340
2
400m
YK59+200~YK59+290
1
YK60+010~YK60+320
2
(3)量测要求:
各测点在避免爆破作业破坏测点的前提下,尽可能靠近工作面埋设,一般为0.5~2m,并在下一次爆破前获得初始读数。
初始读数应在开挖后12h内读数,最迟不得超过24h,而且在下一次循环开挖前,必须完成初期变形值读数。
净空水平收敛测线的布置根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定。
在地质条件良好,采用全断面开挖方式时,可设一条水平测线。
当采用台阶式开挖时,在拱腰和边墙处各设置一条水平测线。
拱顶下沉量测与净空水平收敛量测在同一断面内进行,采用水准仪测定下沉量。
当地质条件复杂,下沉量或偏压明显时,除量测拱顶下沉外,尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。
4.量测频率
拱顶下沉量测与净空水平收敛量测用相同的量测频率,从表中根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。
量测方法及量测频率参照宁武高速设计文件,见表5。
表5监控项目量测方法及量测频率
序号
项目
方法工具
测点布置
量测频率
1
洞内地质和
支护状况观察
地质罗盘及规尺
开挖后及初期支护后进行
1~15d
16d~1月
1~3月
3月以后
2
周边位移
收敛计
V级围岩地段5~10米一个断面
IV级围岩地段10~20米一个断面
III级围岩地段20~50米一个断面
II级围岩地段50~100米一个断面
每次爆破后进行
3
拱顶下沉
精密水准仪等
1~2次/天
1次/2天
1~2次/周
1~3次/月
4
地表下沉
精密水准仪等
V级围岩地段5~10米一个断面
IV级围岩地段10~20米一个断面
开挖面距离量测断面<2B时,1~2次/天
开挖面距离量测断面<5B时,1次/2天
开挖面距离量测断面>5B时,1次/周
注:
B表示隧道开挖宽度。
3.2.3地表下沉量测
1.量测目的
(1)地表下沉的范围以及下沉量的大小。
(2)地表下沉量随工作面推进的变化规律。
(3)地表下沉稳定的时间。
2.量测方法及测点布置
(1)量测方法
用精密水准仪量测,地形高差变化很大时(5米范围内地形高差超过2m),其量测精度为±1mm,此时也可采用高精度全站仪近距量测。
在地形平坦地区,其量测精度为±0.1mm
(2)测点布置
隧道围岩覆盖层厚度小于40m的隧道,应进行地表沉降量测。
根据图纸要求或监理工程师指示,在施工过程中可能产生地表塌陷之处设置观测点,地表下沉观测点按普通水准点埋设。
在预计破裂面以外3~4倍洞径处设置水准点,作为各观测点高程测量的基准,从而计算出各观测点的下沉量。
横向上:
地表下沉测点尽量布置在洞内净空变化量测基线和拱顶下沉测量点所在的断面。
横断面根据地形可布置7~11个测点,相邻两测点间的距离约为2~5m。
在隧道中线附近布置应密些,单洞隧道布置见图3。
纵向间距(隧道中线方向):
当h 图3地表沉降测点布置 3.量测频率 地表下沉量测在量测区间内,当开挖面距离前后距离d<2D时,每天1~2次,2D 4.量测数据整理与容许下沉值 (1)地表纵向下沉量—时间关系曲线。 (2)地表横向下沉量—时间关系曲线。 从两曲线图中可以看出地表下沉与时间的关系,以及最大下沉量产生的部位等。 如果地面有建筑物,则最大下沉量的控制标准,应根据地面结构的类型和质量要求而定,大约为1~2cm。 在变弯点处的地表倾斜应小于结构的要求,一般应小于1/300。 根据回归分析,如果地表下沉量超过上述标准,应采取措施。 3.3监控项目动态量测频率 表6监控项目动态量测频率 位移速度(mm/d) 量测断面距开挖工作面的距离 量测频率 ≥5 <1B 2次/d 1~5mm (1~2)B 1次/d 0.5~1mm (2~5)B 1次/2~3d 0.2~0.5mm (2~5)B 1次/3d <0.2mm >5B 1次/7d 注: B表示隧道开挖宽度 3.4量测流程 图7监控量测流程图 3.5技术要求 1.量测数据必须准确可靠。 隧道开挖后其变形和应力变化较快,必须根据施工情况快速准确的进行量测,才能掌握围岩变化的第一手资料,从而为进一步的判断和监控提供准确的资料,高精度的仪器设备和高素质的专业技术人员是必要的保证。 2.数据处理和预测预报要快速准确。 隧道监测的目的是为了保证隧道施工的安全,在隧道施工中根据已有量测信息,采用回归分析、灰色预测等方法,对围岩的进一步变形和应力发展情况做出预测预报,可以及时发现隧道施工中隐藏的不安全因素,从而能在有效的时间内采取加固措施以避免安全事故的发生。 3.监控必须及时有效、落到实处。 隧道施工量测的目的是为了监控,在整个隧道施工监控量测中,监控最为关键,而且监控的难度也远远大于量测。 目前国内对量测方面的研究较多,然而,真正根据量测信息对隧道施工安全进行监控,并进行有效反馈和动态设计、施工的很少。 花费大量人力物力获得的监测数据和信息仅仅限于低水平的应用,起不到优化设计参数和施工方法的目的。 究其原因,大多现场监测人员无法对大量的数据进行全面综合分析和应用。 3.6TSP超前预报系统实施方案 超前地质预报拟采用瑞士Ambery测量技术有限公司生产的TSP超前探测系统TSP200/203,见图4。 3.6.1TSP超前探测方法原理 TSP系统是专门用于隧道(巷道)超前地质预报的探测系统(TunnelSeismicPrediction),它能长距离预报隧道(巷道)施工前方地质变化,断层破碎带,软弱夹层以及其它不良地质体,其准确预报范围为掌子面前方80-150m,可以为隧道(巷道)施工设计提出科学而准确的工作方案。 其原理是采用了回声测量原理,如图5所示,震源点通常布置在巷道的左或右边墙上,一般24个炮点布成一条直线,接收点和炮点在同一水平面,在指定震源点用小药量激发产生地震波,地震波以球面波的形式在岩石中传播,当遇到岩石物性界面如断层与岩层的接触面、岩石破碎带与完整岩石接触面、不同岩性接触面等波阻抗差异界面时,一部分地震信号将反射回来,一部分折射进入前方介质。 反射地震信号将被高灵敏度的检波器接收,反射信号的传播时间和反射界面的距离成反比,因此可确定界面的位置。 TSP技术特点如下: ①预报范围可从80m到150
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