隧道的监控量测设计.docx

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隧道的监控量测设计

监控量测

一、采用新奥法修建的隧道，应将现场监控量测项目列入施工组织中，并作为施工工序中不可缺少内容认真实施。

监控量测不仅检测施工各阶段围岩和支护动态，确保施工安全，而且可为调整初期支护设计参数、确定二次衬砌的施工时机，了解隧道施工对附近既有构筑物的影响，提供反馈，并作为信息化设计的依据；同时积累资料，为以后的设计、施工提供参考。

二、监控量测计划与内容

1、监控量测计划应根据隧道的规模、地形地质条件、支护类型和参数、开挖方式及机械设备等因素制定，并根据《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）进行，监控量测作业应根据下图（图1）所示进行：

监控量测计划的内容包括：

两侧项目及方法、量测仪器的选择、测点布置、量测频率、数据处理及量测作业人员的组织等。

施工过程中，当地质条件发生显著变化时，应及时修订监控量测计划。

2、监控量测应达到以下目的：

（1）掌握围岩和支护状态，进行日常施工管理；

（2）验证支护结构效果，确认或调整支护参数和施工方法；

（3）确保隧道工程的安全性、经济性及结构的长期稳定性，确定二次衬砌施做时间；

（4）将监控量测结构反馈与设计及施工中；

（5）掌握隧道施工对周围环境的影响；

（6）积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。

图1监控量测反馈程序图框

3、监控量测项目

（1）监控量测项目分为必测项目和选测项目

（2）必测项目是隧道工程应进行的日常监控量测项目，具体监控量测项目见表1。

（3）选测项目是为满足隧道设计与施工的特殊要求进行的监控量测项目，具体监控量测项目见表2。

表1必测项目

序号

监控量测项目

常用量测仪器

备注

1

洞内、外观察

现场观察、数码相机、罗盘仪

2

拱顶下沉

水准仪、钢挂尺或全站仪

3

净空变化

收敛仪、全站仪

4

地表沉降

水准仪、钢挂尺或全站仪

隧道浅埋段

表2选测项目

序号

监控量测项目

常用量测仪器

1

围岩压力

压力盒

2

钢架内力

钢筋计、应变计

3

喷射混凝土内力

混凝土应变计

4

二次衬砌内力

混凝土应变计、钢筋计

5

初期支护与二次衬砌间接接触压力

压力盒

6

锚杆轴力

钢筋计

7

围岩内部位移

多点位移计

8

遂底隆起

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

（4）隧道开挖后应及时进行地质素描及数码成像，必要时应进行物理力学实验。

（5）初期支护完成后应进行喷层表面裂缝及其发展。

渗水、变形观察和记录。

（6）对软岩大变形可能发生时可对围岩内部位移、锚杆轴力、初期支护内力、锚杆拉拔试验等进行量测。

（7）对围岩为土砂质时可对围岩内部位移、锚杆轴力、初期支护内力、锚杆拉拔试验等进行量测。

（8）对地下水发育断层破碎带等地质构造带可进行水量、孔隙压力等进行量测。

（9）对隧道附近存在隧道施工爆破影响的构筑物时，可进行隧道振动监控量测。

（10）对于一般硬质岩、软岩认为可以优化设计，减少支护结构数量时，必要时可对锚杆轴力、初期支护与二次衬砌间接触压力等进行量测。

三、监控量测作业

1、洞内观察可分为开挖工作观察和已施工区段观察两部分。

开挖工作观察应在每次开挖后进行一次，观察后应绘制开挖工作面略图（地址素描），填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡。

在观察中如发现地质条件恶化，应立即通知施工负责人采取紧急措施。

对已施工区段的观察也应每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况。

洞外观察包括对洞口及浅埋段地表情况、地表沉陷、边仰坡的稳定、地表水渗漏的观察。

2、净空变形量测断面的间距应根据围岩级别、隧道断面尺寸、埋置深度及工程重要性等因素确定。

在Ⅱ级围岩地段可根据需要酌情设置测点。

监控量测断面间距可参考下表3进行：

表3必测项目监控量测断面间距

围岩级别

断面间距（m）

Ⅴ

5～10

Ⅳ

10～30

3、净空变形量测应在每次开挖后尽早进行，初始读数应在开挖后12h内读取，最迟不得超过24h，而且在下一循环开挖前，必须完成变形量的读取。

4、测点应牢固可靠，易于识别并妥善保护。

拱顶量测后视测点必须埋设在稳定岩面上并和洞内水准点建立关联。

5、量测应选用精度适当、性能可靠、使用及携带方便的仪器。

如拱顶沉降量测，应采用水准仪、水准尺和挂钩钢尺等，有条件时周边位移宜采用非接触量测仪器进行量测。

锚杆或围岩内部变形量测可采用单点或多点式锚头和传递杆，配以机械式或分表式点测位移计。

变形量测可选用电阻或电感式仪器，一般使用前必须经过严格标定。

6、水平相对净空变化量测线的布置应根据施工方法、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。

当采用台阶开挖方式时，可在拱腰和边墙位置各设一条水平测线。

7、拱顶下沉量测应与水平相对净空量测在同一量测断面内进行，可采用水准仪等测定下沉量。

当地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，除量测拱顶下沉外，尚应量测拱腰下沉及基地隆起量。

8、必测项目的监控量测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度分别按下表4、表5确定。

由位移速度决定的监控量测频率和由距开挖面的距离决定的监控量测频率之中，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4按距开挖面距离确定的监控量测频率

监控量测断面距开挖面的距离（m）

监控量测频率

（0～1）B

2次/d

（1～2）B

1次/d

（2～5）B

1次/2～3d

﹥5B

1次/7d

注：

B为隧道开挖宽度。

表5按位移速度确定的监控量测频率

位移速度（mm/d）

监控量测频率

≥5

2次/d

1～5

1次/d

0.5～1

1次/2～3d

0.2～0.5

1次/3d

＜0.2

1次/7d

9、地表沉降量测应根据隧道埋置深度、地质条件、地表有无构筑物、所采用的开挖方式等因素确定。

地表沉降量测的测点应与水平净空相对变化和拱顶下沉量测的测点在同一横断面内，沿隧道中线地表下沉两侧缎面的距离可按下表6采用：

表6地表下沉量测测点纵向距离

隧道埋深与开挖宽度

纵向测点间距（m）

2.5B＞H0＞2B

20～50

B＜H0＜2B

10～20

H0≤B

5～10

注：

1、无地表构筑物时取表中上限值。

2、H0为隧道埋深，B为隧道开挖宽度。

横断面方向地表沉降量测测点横向间距2～5m，在一个量测断面内应设7～11个测点；在隧道中线附件测点应适当加密。

隧道中线两侧两侧范围应不小于H0+B，地表有控制性建（构）筑物时，量测范围应适当加宽。

地表沉降量应在开挖工作面前方H0+B处开始，直至衬砌结构封闭、沉降基本停止为止。

地表沉降的量测频率应和拱顶下沉及水平相对净空的量测频率相同。

10、锚杆轴力、围岩压力、衬砌应力等的量测，开始时应和同一断面的变形量测频率相同，当量测值变化不大时，可降低量测频率，从每周一次到每月一次，直至无变化为止。

11、各项量测作业均应持续到变形基本稳定后的1～3周。

四、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及周围建（构）筑物特点和重要性等因素制定，包括隧道内位移、地表沉降、爆破振动等。

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按下表7要求确定：

表7位移控制基准

类别

据开挖面1B（U1B）

据开挖面2B（U2B）

距开挖面较远

允许值

60%U0

90%U0

100%U0

注：

1、B为隧道开挖宽度。

2、U0为极限相对位移值。

在缺乏实测资料时，可参照相关规范在施工加以调整。

根据位移控制基准，位移管理分为三个等级，根据将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，做到信息化设计与施工。

根据位移管理等级，将工程安全性评价相应分为三级进行，并采取相应的应对措施，具体位移管理等级及应对措施见表8。

表8位移管理等级

管理等级

据开挖面1B

据开挖面2B

应对措施

Ⅲ

U＜U1B/3

U＜U2B/3

可正常施工

Ⅱ

U1B/3≤U≤2U1B/3

U2B/3≤U≤2U2B/3

综合评价设计施工措施，加强监控量测，必要时采取相应措施

Ⅰ

U＞2U1B/3

U＞2U2B/3

暂停施工，采取相应工程措施

注：

U为实际位移值。

工程安全性评价可按流程图进行：

图2工程安全性评价流程

地表沉降控制基准根据地层稳定性、周围建（构）筑物的安全要求分别确定，取最小值。

钢架内力、喷射混凝土内力、二次衬砌内力、围岩压力（换算成内力）。

初期支护与二次衬砌间接触压力（换算成内力）、锚杆轴力等控制基准应满足《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）相关规定。

1、根据控制基准，结合时态曲线形态判定围岩与支护结构稳定性。

2、一般情况下二次衬砌的施做应在满足下列要求时进行：

1）隧道周边水平收敛速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降；

2）隧道位移相对值已达到总相对位移量的90%以上；

3）对浅埋、软弱围岩等特殊地段，应视现场具体情况确定二次衬砌的施做时机。

五、监控量测资料的整理与反馈

1、掌子面的地质状况表、周边收敛、拱顶下沉测试数据按《铁路隧道监控量测技术规程》附表A、B、C格式记录。

2、应及时根据量测数据绘制水平相对净空变化、拱顶下沉时时态曲线及水平相对净空变化、拱顶下沉与据开挖工作面的关系图等。

根据现场量测数据绘制位移——时间曲线图或散点图，在位移——时间曲线趋平缓时进行回归分析，选择与实测数据拟合好的函数进行回归，预测可能出现的最大拱顶下沉及水平相对净空变化值，并推算最终位移和掌握位移变化频率。

当位移——时间曲线出现反弯点，即位移出现反常的急骤增加现象，表明围岩和支护已呈现不稳定状态，应及时加强支护必要时应停止掘进，采取必要的安全措施。

3、根据位移变化速率判定围岩稳定状态，变形基本稳定应符合下列条件：

隧道水平净空变化速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降；隧道位移相对值已达到总相对位移量的90%以上。

4、围岩及支护的稳定性应根据开挖工作面的状态，净空水平收敛值及拱顶下沉量的大小和速率综合判断，并及时反馈于设计和施工中，根据水平相对净空变化值进行判断时，应符合现行《铁路隧道监控量测技术规程》（TB1021-2007）的有关规定，并结合隧道跨度修正考虑。

5、设计单位可根据施工单位所提供的监控量测数据反分析求算初始应力、岩体似弹簧、塑性区范围、作用在二次衬砌上的荷载及岩体流变参数等，为动态设计提供信息和资料。

6、测量过程中如发现异常现象或与设计不符时，应及时提出，以便修改支护参数。

7、根据量测结果及《铁路隧道监控量测技术规程》的有关规定、可按表8“位移管理等级”指导施工。

六、根据监控量测结果所反映的不同情况及其对应的工程管理等级，可采取加强超前预支护、喷射混凝土稳定开挖面、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、围岩与支护结构间回填注浆等应对措施，确保施工的顺利进行。

七、测点埋设情况和量测资料应纳入竣工文件，以备运营中查考或继续观察。

八、本设计未详事项，请参照《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007J721-2007）中规定办理。

净空收敛量测测线布置

开挖方法

地段

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

没台阶一条水平测线、两条斜线

拱顶测点和一条水平测线示意图拱顶测点和两条水平测线示意图

二条斜测线示意图