隧道监控量测目的及方案Word下载.docx
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钢架应力
钢筋计、应变计
喷砼内力
砼应变计
二衬内力
砼应变计、钢筋计
5
初支与二衬间接触力
6
锚杆轴力
钢筋计
7
围岩内部位移
多点位移计
8
隧道底隆起
水准仪、铟钢尺或全站仪
9
爆破振动
振动传感器、记录仪
10
孔隙水压力
水压计
11
水量
三角堰、流量计
12
纵向位移
多点位移计、全站仪
5量测方法和要求
拱顶下沉、净空收敛量测起始读数宜在3~6h内完成,其他量测应在每次开挖后12h内取得起始读数,最迟不得大于24h,且在下一循环开挖前必须完成。
测点应牢固可靠、易于识别,并注意保护,严禁爆破损坏。
净空收敛量测测线数见表3。
隧道浅埋地段地表下沉的量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内。
当地表有建筑物时,应在建筑物周围增设地表下沉观测点。
拱顶下沉测点原则上设置在拱顶轴线附近,当隧道开挖跨度较大时,应结合施工方法在拱部增设测点。
表3净空收敛量测测线数
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
按各项量测操作规程安装好仪器仪表,每测点一般测读三次,取算术平均值作为观测值;
每次测试都要认真做好原始数据记录,并记录开挖里程、支护施工情况以及环境温度等,保持原始记录的准确性。
各项量测作业均应持续到变形基本稳定后2~3周后结束。
对于膨胀性和挤压性围岩,位移长期没有减缓趋势时,应适当延长量测时间。
根据围岩情况,监控量测断面间距见表4。
表4必测项目监控量测断面间距
围岩级别
断面间距(m)
Ⅲ
30~50
Ⅳ
10~30
Ⅴ
5~10
必测项目监控量测频率根据量测断面距开挖面距离和围岩位移速度双指标控制,原则上采用较高的频率值,出现异常情况或不良地质时,应增大监控量测频率。
表5按距开挖面距离确定的监控量测频率
量测断面距开挖面距离(m)
量测频率
(0~1)B
2次/天
(1~2)B
1次/天
(2~5)B
1次/2~3天
>
5B
1次/7天
注:
B为开挖宽度
表6按位移速度确定的量测频率
位移速度(mm/d)
≥5
1~5
0.5~1
0.2~0.5
1次/3天
<
0.2
6测点布置
洞顶地表下沉量测断面布置见图1。
上下台阶法周边收敛量测布置见图2。
全断面法周边收敛量测布置见图3。
净空变化,拱顶下沉和地表下沉(浅埋地段)等监控必测项目,应设置在同一断面。
7监测资料整理、数据分析及反馈
现场量测所取得的原始数据,不可避免的会具有一定的离散性,其中包含着测量误差。
因此,应对所测数据进行一定的数学处理。
数学处理的目的是:
将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证,以确定量测数据的可靠性;
探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化的规律,判定围岩和初期支护系统稳定状态。
常用的回归函数有:
对数函数U=Alg(1+t)+B
指数函数U=Ae-B/t
U=A(e-Bt-e-Bt0)
双曲函数
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(day);
T—量测时距开挖时的时间(day)。
在取得监测数据后,及时由专业监测人员整理分析监测数据。
结合围岩、支护受力及变形情况,进行分析判断,将实测值与允许值进行比较,及时绘制各种变形或应力~时间关系曲线,预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况,并将结果反馈给设计、监理,从而实现动态设计、动态施工。
目前,回归分析是量测数据数学处理的主要方法,通过对量测数据回归分析预测最终位移值和各阶段的位移速率。
具体方法如下:
(1)将量测记录及时输入计算机系统,根据记录绘制纵横断面地表下沉曲线和洞内各测点的位移u-时间t的关系曲线,见图6。
图6位移u-时间t的关系曲线图
(2)若位移-时间关系曲线如上图中b所示出现反常,表明围岩和支护已呈不稳定状态,加强支护,必要时暂停开挖并进行施工处理。
(3)当位移-时间关系曲线如上图中a所示趋于平缓时,进行数据处理或回归分析,从而推算最终位移值和掌握位移变化规律。
(4)各测试项目的位移速率明显收敛,围岩基本稳定后,进行二次衬砌的施作。
8监控量测控制基准及位移管理等级
监控量测控制基准应根据地质条件、隧道施工安全性、隧道结构的长期稳定性以及周围建筑物特点和重要性等因素制定,位移控制基准根据测点距开挖面的距离,由初期支护极限相对位移法按表7要求确定。
表7位移控制基准
类别
距开挖断面1B(U1B)
距开挖断面2B(U2B)
距开挖断面较远
允许值
65%Uo
90%Uo
100%Uo
B-隧道开挖宽度
Uo-极限相对位移值,在缺乏实测资料时,可先按预留变形量作为Uo控制值,在施工中加以调整。
根据位移控制基准,位移管理按表8分为三个等级。
表8变形管理等级
管理等级
距开挖面1B
距开挖面2B
应对措施
U<
U1B/3
U2B/3
正常施工
Ⅱ
U1B/3≤U≤2U1B/3
U2B/3≤U≤2U2B/3
综合评价设计施工措施,加强监测,必要时采取相应的工程措施
Ⅰ
U>
2U1B/3
2U2B/3
暂停施工,采取相应的工程措施,如补强支护等
U为实测位移值;
U1B、U2B参照表7。
(1)根据位移变化速度判别
净空变化速度持续大于5.0mm/d时,围岩处于急剧变形状态,应加强初期支护。
水平收敛(拱脚附近)速度小于0.2mm/d,拱顶下沉速度小于0.15mm/d,围岩基本达到稳定。
在浅埋地段以及膨胀性和挤压性围岩等情况下,应采用监控量测分析判别。
(2)根据位移时态曲线的形态来判别
当围岩位移速率不断下降时(du2/d2t<0),围岩趋于稳定状态;
当围岩位移速率保持不变时(du2/d2t=0),围岩不稳定,应加强支护;
当围岩位移速率不断上升时(du2/d2t>0),围岩进入危险状态,必须立即停止掘进,加强支护。
围岩稳定性判别是一项很复杂的也是非常重要的工作,必须结合具体工程情况采用上述几种判别准则进行综合评判。
9工程安全性评价及应对措施
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建议,以此作为设计施工变更最重要的依据,做到信息化施工。
根据位移管理等级,将工程安全性评价相应分为三级进行,并采取相应的措施,具体位移管理等级及应对措施见表8。
工程安全性评价可按下图7进行。
监控量测结果
继续施工
否
位移是否超过Ⅲ级管理
是
安全
不安全
工程对策
综合评价设计施工措
施,加强监控量测
位移是否超过Ⅱ级管理理
暂停施工
位移是否超过Ⅰ级管理
图7工程安全性评价流程
根据监控量测结果所反应的不同情况及其对应的工程管理等级,可采取加强超前支护、喷砼稳定开挖面、调整施工方法、调整初期支护强度和刚度并及时支护、降低爆破振动影响、围岩与支护间回填注浆等应对措施,确保施工顺利进行。
10监控量测质量保证措施
⑴将监测管理及监测实施计划纳入施工生产计划中,作为一个重要的施工工序来抓,并保证监测有确定的时间和空间。
各施工单位应由工程技术管理中心组成专门监测小组,具体负责各项监测工作。
⑵制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施,并将其纳入工程的施工进度控制计划。
⑶施工监测紧密结合施工步骤,监控每一施工步骤对周围环境、围岩、支护结构、变形的影响,据此优化施工方案。
⑷积极配合监理、设计单位做好对监测工作的检查、监督和指导,及时向监理、设计单位报告情况和问题,并提供有关切实可靠的数据记录,工程完成后,根据监测资料整理出标段的监测分析总报告纳入竣工资料中。
⑸量测项目人员要相对固定,保证数据资料的连续性。
量测仪器专人使用、专业机构保养、专业机构检校。
量测设备、元器件等在使用前均经过检校,合格后方可使用。
⑹做好监控量测仪器的保养、维护。
监控量测作业指导书参考资料
1.1监控量测
1.1.1监控量测的目的
实施监控量测的目的具体包括:
(1)通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化,把握施工过程中结构所处的安全状态。
(2)用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足,并把监测结果反馈设计、指导施工。
(3)通过监控量测对工程施工可能产生的环境影响进行全面的监控。
(4)通过监控量测进行大跨隧道日常的施工管理。
(5)通过监控量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点,为今后类似工程或该工法本身的发展提供借鉴、依据和指导作用。
1.1.2监控量测项目的选择及确定
监控量测的项目主要根据隧道工程的地质条件、围岩类别、跨度、埋深、开挖方法和支护类型等综合确定。
而且,在隧道工程中进行量测,绝不是单纯地为了获取信息,而是把它作为施工管理的一个积极有效的手段,因此量测信息应能:
(1)确切地预报破坏和变形等未来的动态,对设计参数和施工流程加以监控,以便及时掌握围岩动态而采取适当的措施(如预估最终位移值、根据监控基准调整、修改开挖和支护的顺序和时机等)。
(2)满足作为设计变更的重要信息和各项要求,如提供设计、施工所需的重要参数(初始位移速度、作用荷载等)。
根据以上所述并结合彭水隧道的实际情况,拟进行A类:
地表下沉、拱顶下沉、净空收敛和B类:
锚杆抗拉拔力、锚杆轴力、围岩压力、初支钢架应力、二衬与初支接触应力、二衬钢筋应力2个大项8个子项的施工监测项目。
监测内容见监测项目一览表(表3-1-13)、测点布设位置见测点布置示意图(图3-1-39、图3-1-40)。
监控量测项目一览表
表3-1-13
监测项目
监测仪器及设备
监测目的
监测布设原则
监测频率
NA2002全自动电子水准仪、铟钢尺等
了解施工过程中地表下沉情况
洞口浅埋段沿隧道中线每隔5~10米布设一个测点
开挖初期:
1—2次/天;
开挖后期:
1次/2—3天
在开挖前提前及时埋设测点
LaiCaTC1800型
全站仪
了解施工过程中结构的变位情况
沿隧道拱顶部每隔5~10米布设测点
同上
工作面开挖后及时埋测点
净空收敛
与拱顶下沉点对应于边墙上布设一对测线
锚杆轴力及抗拉拔力
电测锚杆、锚杆测力计及拉拔器
测试锚杆轴力,检查锚杆的锚固效果
锚杆轴力:
每一量测断面3~11个测点
抗拉拔力:
3根/10延米或3根/300根
1次/1—2天;
1次/1—2周
施作锚杆时及时埋设测点,初期支护后及时测试。
围岩压及接触应力
钢弦式压力计及VW-1型频率接受仪等
了解施工过程中支护结构的荷载分布情况
洞口浅埋大跨段及软弱破碎围岩地段布设,测点位置见布置图
提前做标定工作,开挖后及时埋设测点
初支及二衬钢筋应力
钢弦式钢筋计及VW-1型频率接受仪等
了解施工过程中支护结构的内力情况
与围岩应力测点对应在钢拱架及二衬主筋上焊接
图3-1-39拱顶下沉及净空收敛量测测点布置示意图
图3-1-40B项量测测点布置示意图
1.1.3主要监控量测项目简介
(一)地质和支护状态观察
地质和支护状态观察包括工作面观察和支护结构的支护效果观察。
观察频率:
每一循环进尺,都必须进行一次工作面观察,并作好客观详尽的
记录。
在地质变化不大地段,可每天按一个工作面记录,对已成洞地段主要是支护效果的观察,频率同工作面。
观察内容:
(1)工作面工程地质和水文地质情况观察和描述:
包括岩石名称,岩石产状,风化变质情况,断层、层理、节理等结构面的分布、走向、产状及频率,有无偏压或膨胀地压,工作面及毛洞自稳情况,岩石单轴抗压强度,地下水情况及影响等内容,并以表格和素描形式记录。
(2)工作面附近初期支护状态观察和已成洞的支护效果观察:
包括锚杆锚固效果,喷层开裂部位、宽度、长度及深度,模筑混凝土衬砌的整体性,防水效果等,也以表格和素描形式记录下来。
(二)净空收敛量测
目的:
根据收敛位移量、收敛速度、断面的变形形态,判断围岩的稳定性、支护的设计施工是否妥当和衬砌的浇注时间。
量测方法:
收敛量测设计包括断面间距、量测频率、测线布置和测点埋设时间等。
这些内容的决定与地质条件、地压分布、隧道埋深、开挖方法及进度、断面收敛速度等有关。
量测断面间距:
应保证沿隧道轴线每类围岩至少有一个量测断面。
一般情况下,洞口段和埋深小于2D(D为隧道洞径)的地段,间隔5~10m一个断面,其余地段视地质情况,每隔5~100m设一个断面。
量测设备用TC1800型全站仪进行无尺量测,量测频率见表3-1-13,测线位置见图3-1-39。
(三)拱顶下沉量测
量测目的:
监视隧道拱顶的绝对下沉量,掌握断面的变形动态,判断支护结构的稳定性。
(四)地表下沉量测
浅埋隧道开挖时必然引起地面沉陷,量测的目的是了解:
(1)地面下沉范围,量值;
(2)地面下沉随工作面推进的规律;
(3)地面下沉稳定的时间。
一般用精密水准仪量测,仪器精度±
0.1mm。
测点沿纵向(隧道中线方向)布置,其间距,当深埋时为20~50m,埋深介于深浅埋之间时为10~20m,浅埋时为5~10m。
在隧道进出口地段及富含地下水段埋设断面。
横向间距范围为2~5m,每断面至少布置11个测点,隧道中线附近密些,远离中线处疏些。
测点应在开挖形成的下沉之前埋设,一直测到下沉稳定。
为了在开始下沉前进行量测,要从工作面前方H+h1处或2D处开始量测(H:
埋深,h1:
上半断面高度,D:
隧道开挖宽度)。
量测频率:
开挖面距量测断面前后距离L≤2D时,每日1~2次;
2D<L≤5D时,每日一次;
L>5D时,每周一次。
(五)锚杆拉拔试验
锚杆拉拔试验主要以锚杆的抗拉拔力检查锚固力。
施作锚杆地段每10m或300根检查一组,每组至少做3根锚杆拉拔试验。
监测仪器:
电测锚杆、锚杆抗拔器。
(六)锚杆轴力量测
量测锚杆中的变形,求出锚杆轴力。
与收敛量测一起研究和修正锚杆的设计参数。
量测仪器:
主要使用量测锚杆。
量测锚杆的杆体是用中空钢材制成,其材质同锚杆一样,量测锚杆有机械式、电阻应变片式和振弦式三类。
目前使用较多的是振弦式。
(七)衬砌应力量测
衬砌应力量测是为了研究一次衬砌(初期支护)或二次衬砌的应力分布以及外荷载情况,作为分析和评定安全性的依据。
量测内容:
初期支护与围岩接触压力量测,初期支护钢筋应力量测,二次衬砌与初期支护接触应力量测,二次衬砌钢筋应力量测。
此量测项目一般在洞口大跨浅埋段及软弱破碎围岩地段设置断面。
测点布设位置见图3-1-39和图3-1-40。
钢筋计,压力盒,频率接收仪。
1.1.4监控量测管理体系的建立
(一)隧道周边允许位移值的制定
根据以往的成功经验,按《铁路隧道新奥法指南》推荐的隧道周边允许位移对本隧道的拱顶下沉、净空收敛位移值进行管理(见表3-1-14)。
初支结构允许相对位移(%)
表3-1-14
埋深
<50m
50~300m
>300m
0.1~0.30
0.20~0.50
0.40~1.20
0.15~0.50
0.80~2.00
0.20~0.80
0.60~1.60
1.00~3.00
①相对位移指实测位移值与两点间距离之比或拱顶下沉实测值与隧道宽度之比。
②脆性围岩取表中较小值,塑性围岩取表中较大值。
(二)监控量测项目的管理基准
根据既有成功经验,我们推荐《铁路隧道喷锚构筑法技术规则》(TBJ108-92)的Ⅲ级管理并配合位移速率作为监测管理基准,见表3-1-15、表3-1-16。
现场监测时,可根据监测结果所处的管理阶段来选择监测频率:
一般Ⅲ级管理阶段监测频率可放宽些;
Ⅱ级管理阶段则应注意加密监测次数;
Ⅰ级管理阶段则应加强监测,通常监测频率为1-2次/天或更多。
位移管理等级
表3-1-15
管理位移
施工状态
Uo<
Un/3
可正常施工
(Un/3)≤Uo<
(2Un/3)
应加强支护
A.Uo>
2Un/3
应采取特殊措施
Uo—实测位移值;
Un—允许位移值
位移速率控制基准
表3-1-16
位移速率
(mm/d)
施工情况
地表下沉
施工中应注意
加强支护或采取特殊措施
(三)监测数据的分析及预测
取得监测数据后,要及时进行整理,绘制位移随时间或空间的变化曲线图。
在取得足够数据后,还应根据散点图的数据分布情况,选择合适的函数,对监测结果进行回归,以预测该测点可能出现的最终位移值及结构的安全性,评价施工方法,确定工程措施。
(四)监测数据的反馈
为确保监测结果质量,加快信息反馈速度,全部监测数据均有计算机
管理,并绘制测点位移变化曲线图。
监测数据的反馈程序见图3-1-41。
1.2信息反馈
(一)信息反馈修正设计的基本要求
现代隧道施工时,设计、施工必须紧密配合,共同研究,综合分析各项施工信息,及时进行信息反馈,最终确定和修改设计。
图3-1-41监测结果反馈程序图
信息反馈修正设计,系指在隧道开挖后,根据施工信息,对施工前预设计所确定的结构形式、支护参数、预留变形量、施工工艺、施工方法以及各工序施作的时间等的检验和修正,是贯穿于整个施工过程的设计阶段。
施工信息是指施工观察、现场地质调查、现场监控量测等得到的数据和信息。
施工信息是隧道开挖后围岩稳定性的动态反映,也是修正设计的依据。
对各种信息进行综合分析、互相印证,对预设计参数修正和施工方法的改进是不可缺少的部分。
(二)施工信息的应用
(1)根据一个量测断面的施工信息综合分析处理结果,进行设计参数修正,只实用于该断面前后不大于5m的同类围岩地段。
(2)隧道较长地段同类围岩设计参数的修正,特别是降低设计参数,必须以不少于三个断面的施工信息综合分析为依据。
按修正后的设计参数进行开挖的地段,其设计参数的正确性和合理性应根据施工信息综合分析予以验证。
(三)信息反馈修正设计的内容
(1)施工方法变更的建议;
(2)施工工序的更改;
(3)预留变形量的修改或确认;
(4)设计参数的修改或确认;
(5)采用辅助施工措施的建议;
当施工信息给出不稳定征兆时,应检查是否是由于工序不当所造成的。
改变施工工序,如暂停开挖、及时喷锚、二次衬砌紧跟、仰拱及早封闭等,都可能促使支护结构趋于稳定。
(四)增强初期支护设计参数的确定
遇下列情况之一,应立即采取补强措施,改变施工方法或设计参数,增强初期支护:
(1)隧道开挖后,工程地质和水文地质、围岩类别比预计的要差;
(2)喷射混凝土层裂缝多、裂缝大或不断发展;
(3)实测位移值超过《铁路隧道新奥法指南》规定的允许值(见表3-1-14)或类似条件下的隧道位移值;
(4)位移速率无明显下降,实测位移值已接近规定的允许值,位移量可能超过预留变形量;
(5)稳定性特征出现异常状态。
(五)降低初期支护设计参数的确定
遇到下列情况之一,应改变设计参数,适当降低初期支护:
(1)确认围岩类别、工程地质及水文地质条件比预计有明显好转或有具体工程类比;
(2)初期支护未全部完成,位移已收敛,达到施作二次衬砌的指标:
(3)初期支护全部施作完毕,位移量远小于表3-1-14中规定允许位移值。
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