围岩监控量测方案书0311.docx
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围岩监控量测方案书0311
围岩监控量测专项方案
一、工程概况
1.1地形地貌
南平至龙岩铁路位于福建省中北部,沿线处于戴云山脉西北部,主要山脊线和河流多呈北东-南西方向,与本地区地质构造线和线路走向基本一致。
线路基本沿着闽江支流沙溪、西溪右岸;沿线山高坡陡,植被发育;漫滩及阶地均不发育,仅沿主要河谷分布有狭窄的冲积平原。
沿线大部分为侵蚀构造地形,属于中低山地貌。
地形起伏较大,山势陡峻,冲沟和溪流发育,相对高差100~900m,尤以花岗岩组成的山岭最高,最高主峰大山头海拔903.2m。
沙县附近为白垩系红层盆地地貌;剥蚀低丘地形平缓,相对高差50~200m,植被发育;丘间谷地和河流阶地发育,较为宽阔,城镇村庄密集,局部辟为良田。
1.2工程地质
1、工程地质概况
全线主要为中低山区及丘陵区,主要为变质岩、沉积岩和侵入岩;地层从元古界到新生界第四系,各时代地层均有分布,并有多期侵入岩;因褶皱、断裂及侵入岩体的作用,地层分布较杂乱。
元古界为一套变质岩系,主要为石英片岩和云母石英片岩,在本段分布最广,南平到沙县间均有出露。
上古生界沉积岩在朱墩至高砂一带出露,为二迭系含煤地层。
中生界三迭系--侏罗系主要为陆相沉积岩,偶夹煤线;白垩系主要分布在沙县附近,主要为粉砂岩夹砂岩、砂砾岩。
第四系地层分布范围广,厚度变化大,成因类型复杂;残坡积层分布广泛;冲洪积层仅断续分布在较大河流两侧,镇头、沙县等地较发育。
沿线燕山期有过多次岩浆侵入,主要有花岗岩、闪长岩等。
其中侵入岩及硅质岩为硬岩,其它一般为软岩及极软岩。
部分软质岩路堑边坡存在顺层,易产生浅层溜坍及滑坡,需加强支挡防护。
侵入岩体不均匀风化现象极为明显,地表岩体大多风化为砂土状,大型冲沟发育,水土流失严重,边坡防护工程及环境保护需特别注意。
2、一般工程地质特征
本段主要为中低山区及丘陵区,主要为变质岩、沉积岩和侵入岩;其中侵入岩及硅质岩为硬岩,其它一般为软岩及极软岩。
隧道围岩等级Ⅱ~Ⅴ级,构造带易发生透水、涌泥等灾害。
软质岩路堑边坡存在顺层,易产生浅层溜坍及滑坡,需加强支挡防护。
侵入岩体不均匀风化现象极为明显,地表岩体大多风化为砂土状,大型冲沟发育,水土流失严重,边坡防护工程及环境保护需特别注意。
3、不良地质条件
不良地质类型主要为滑坡、溜坍、崩塌、危岩落石、采空区、有害气体、放射性等。
1)滑坡:
沿线软质岩路堑边坡易风化剥落,产生浅层滑坡,既有公路未加固路堑边坡在雨季随处可见小型浅层滑坡。
2)溜坍:
沿线花岗岩全风化层较厚,局部可达20~30m,地势较陡,人工开挖坡脚、植被破坏,均严重降低边坡的稳定性与抗冲刷性;沿线雨季持续长,单日降雨量大,导致沿线浅层溜坍较为普遍。
在施工时,需要对隧道进、出口的边、仰坡以及桥梁墩台横断面进行坡面支护。
3)崩塌落石:
沿线山势较陡,岩石风化不均匀,表层节理裂隙发育,在局部地区强风化层较厚的地段,由于人工开挖破坏以及坡脚多辟为鱼塘等,岩土体多出现临空面,上面强风化、全风化的岩体的残余下滑力增加,边坡失稳。
地形陡峻地段存在崩塌、落石现象,对大型崩坍落石工点进行绕避。
局部小规模崩塌落石,必须通过时采取防崩塌落石措施。
4)采空区:
本标段内无采空区。
5)有害气体:
二叠系龙潭组是本区段主要含煤地层,泻湖相、湖沼相沉积,含煤层较少,厚度也较薄,多集中于下段中、上部,厚度多在0~4m之间,局部可采,上段下部局部含有煤线,工中应采取监测与预防措施。
6)放射性:
沿线黑云母花岗岩、二长花岗岩、花岗闪长岩等侵入岩分布广泛,对重要的侵入岩出露点按不同期次和岩性区分采用放射线法进行了检测。
本线在地表进行的γ射线勘查结果为年平均有效剂量0.33~1.336mSv,远小于国家标准20mSv的规定。
4、特殊岩土
本段的特殊岩土有软土、松软土:
沿线松软土主要为谷地相沉积的淤泥质土,分布在山(丘)间谷地之中,坡、洪积的堆积物在长期过程中转化为软~流塑的粉质黏土及黏土,工程地质条件较差,根据松软土的分布埋藏条件,本着“安全可靠、经济合理、技术成熟先进、工期可控”的原则,从工后沉降及沉降速率的控制效果、工程经济性、施工工期、施工工艺及质量检验难易程度、环境保护等方面综合比选确定地基处理方案。
1.3水文地质
沿线水系发育,属于闽江流域,水系成树枝状分布,主要河流有沙溪。
沿线主要的地下水类型有:
松散岩类孔隙水,基岩裂隙孔隙水,基岩构造裂隙水,碳酸盐岩类岩溶水。
松散岩类孔隙水分布于河流阶地、河床及漫滩区以及山区斜坡洪积、坡积层中,水量丰富。
节理、裂隙发育的基岩中存在裂隙水,水量较小;局部断层破碎带、接触带附近构造裂隙水水量丰富。
碳酸盐岩溶水分布在岩溶发育带,水量丰富。
地表、地下水一般无侵蚀性,部分有酸性侵蚀。
沿线风化层及土层深厚,山坡植被破坏后裸露土体或挖方弃渣易于受冲刷,甚至可能形成泥石流,应加强防护以免造成对环境的影响。
工程修建过程中应采取有效措施,尽可能减少对地表水体、地下水的影响。
1.4地震动参数区划
根据1∶400万《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)及《福建南平-龙岩铁路扩能工程场地地震安全性评价报告》,本线地震动峰值加速度为0.05g;地震动反应特征周期为0.35s(中硬土)。
1.5气象
本地区地处沿海内陆山区,闽江上游,为中亚热带季风气候类型。
气候温暖湿润,四季分明,雨量充沛。
夏半年多东风炎热多雨,冬半年多东北风寒冷干燥。
本地区洪水一般发生在4~7月,尤以6月为甚,约占50%以上。
洪水的特点:
历时短、来势凶、暴涨暴落。
洪水大多系锋面雨所致,雨量集中,时间长,范围大,一般台风影响不显著。
其中南平市因受地形影响,春秋季节和局部地区,风向较乱,全年盛行风向为东北风。
年均风速1.0米/秒,静风的频率为41%,近5年极大风速19.4米/秒。
年平均降水量1653毫米,年最多降水量2183毫米(1998年),年最少降雨量922毫米(1971年),一日最大降水量185.9毫米(出现在2002年6月15日)。
沙县气象特征与南平相近,年平均气温18.8—19.6℃之间,极端最低气温为-7.1℃,最高为41.4℃,年平均风速0.7m/s,定时最大风速为12m/s,年平均降雨量1678.8mm。
二、适用范围
本方案适用于南平至龙岩铁路扩能改造工程NLZQ-Ⅱ标段围岩监控量测作业。
三、监控量测依据
(1)《铁路隧道监控量测技术规程》(TB10121—2007)
(2)《国家一、二等水准测量规范》(GB12897-2006)
(3)《改建铁路工程测量规范》(TB10105-2009)
(4)改建铁路南平至龙岩线扩能改造工程NLZQ-Ⅱ标实施性施工组织设计、设计图纸、时速200KM双线隧道复合式衬砌参考图(无砟轨道、有砟轨道)
(5)铁建设【2010】120号文
(6)设计移交的相关文件
四、监控量测的目的和作用
4.1监控量测的目的
监控量测是隧洞施工过程中,对围岩和支护系统的稳定状态进行检测,为初期支护和二次衬砌的参数调整提供依据,把量测的数据整理和分析所得的信息及时反馈到设计和施工中,进一步优化设计和施工方案,以达到安全、经济、快速的目的,围岩量测是施工管理中的一个重要环节,同时也是施工安全和质量的保障。
4.2监控量测的作用
(1)通过监控量测可以了解围岩、支护变形情况、以便及时调整和修正支护参数,保证围岩稳定和施工安全。
(2)提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据,确定二次衬砌的施作时间。
(3)依据量测资料采取相应措施,在保证施工安全的前提下加快施工进度。
(4)积累量测数据资料,提高施工技术水平。
(5)监控工程对周围环境的影响。
五、监控量测内容和相关标准
5.1监控量测的内容与数量
表5-1监控量测必测项目表
序号
监测项目
常用量测仪器
测试精度
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
1mm
3
地表沉降
水准仪、铟钢尺或全站仪
0.1mm
浅埋必测(H0≤2b)
4
洞内净空变化
收敛计、全站仪
0.1mm
必测项目全部实施。
以下为各隧道量测断面统计表:
(1)乾山隧道(DK25+540~DK29+238)计划共布置量测断面213个,具体工程量见下表。
表5-2乾山隧道监控量测范围统计表
量测部位
长度(m)
量测断面(个)
备注
正洞
3698
178
斜井
703
33
地表
-
2
总计
4401
213
(2)田墩隧道(DK29+910~DK34+782.55)计划共布置量测断面253个,具体工程量见下表。
表5-3田墩隧道监控量测范围及测点数量
量测部位
长度(m)
量测断面(个)
备注
正洞
4872.55
232
横洞
260
13
地表
-
8
总计
5132.55
253
(3)垄头隧道(DK34+906.85~DK37+264.01)计划共布置量测断面121个,具体工程量见下表。
表5-4垄头隧道监控量测范围及测点数量
量测部位
长度(m)
量测断面(个)
备注
正洞
2357.16
115
地表
-
6
总计
2357.16
121
(4)端西隧道(DK37+353~DK43+569)计划共布置量测断面409个,具体工程量见下表。
表5-5端西隧道监控量测范围及测点数量
量测部位
长度(m)
量测断面(个)
备注
正洞
6216
368
斜井
413
26
地表
-
15
总计
6629
409
(5)官庄隧道(DK43+719~DK43+885)计划共布置量测断面47个,具体工程量见下表。
表5-6官庄隧道监控量测范围及测点数量
量测部位
长度(m)
量测断面(个)
备注
正洞
166
34
地表
-
13
总计
166
47
(6)葱坑隧道(DK44+660~DK47+201)计划共布置量测断面234个,具体工程量见下表。
表5-7葱坑隧道监控量测范围及测点数量
量测部位
长度(m)
量测断面(个)
备注
正洞
2541
217
地表
-
17
总计
2541
234
(7)后底隧道(DK47+447~DK47+729)计划共布置量测断面234个,具体工程量见下表。
表5-8后底隧道监控量测范围及测点数量
量测部位
长度(m)
量测断面(个)
备注
正洞
282
52
地表
-
12
总计
282
64
(8)三梦阳1#隧道(DK47+817~DK48+108)计划共布置量测断面60个,具体工程量见下表。
表5-9三梦阳1#隧道监控量测范围及测点数量
量测部位
长度(m)
量测断面(个)
备注
正洞
291
53
地表
-
7
总计
291
60
(9)三梦阳2#隧道(DK48+209.22~DK48+810)计划共布置量测断面101个,具体工程量见下表
表5-10三梦阳2#隧道监控量测范围及测点数量
量测部位
长度(m)
量测断面(个)
备注
正洞
600.78
93
地表
-
8
总计
600.78
101
(10)三梦阳3#隧道(DK49+110~DK49+614)计划共布置量测断面56个,具体工程量见下表。
表5-11三梦阳3#隧道监控量测范围及测点数量
量测部位
长度(m)
量测断面(个)
备注
正洞
504
48
地表
-
8
总计
504
56
(11)斑竹垄隧道(DK51+765~DK54+481)计划共布置量测断面219个,具体工程量见下表。
表5-12斑竹垄隧道监控量测范围及测点数量
量测部位
长度(m)
量测断面(个)
备注
正洞
2716
206
地表
-
13
总计
2716
219
表5-13隧道监控量测选测项目表
序号
监测项目
常用量测仪器
测试精度
备注
1
围岩压力
压力盒
0.001MPa
2
初支与二衬间接触压力
压力盒
0.001MPa
3
钢架内力
钢筋计、应变计
0.1MPa、1%F.S
4
喷混凝土内力
混凝土应变计
1με
5
锚杆轴力
钢筋计
0.1MPa
6
二衬内力
混凝土应变计、钢筋计
1με、0.1MPa
7
围岩内部位移
多点位移计
0.01mm
选测项目根据情况动态安排实施。
5.2位移极限对照
监测变形管理等级标准包括隧道内位移、地表沉降等。
表5-14初期支护极限相对位移对照表
埋深
围岩级别
<50m
50~300m
拱脚水平相对净空变化
百分比
极限值
百分比
极限值
Ⅴ
0.20~0.50
28mm~70mm
0.40~2.00
56mm~278mm
Ⅳ
0.10~0.30
14mm~41mm
0.20~0.80
28mm~110mm
Ⅲ
0.03~0.10
4mm~14mm
0.08~0.40
11mm~55mm
Ⅱ
0.01~0.03
1mm~4mm
顶拱相对下沉变化
百分比
极限值
百分比
极限值
Ⅴ
0.08~0.16
9mm~19mm
0.14~1.10
17mm~130mm
Ⅳ
0.06~0.10
7mm~12mm
0.08~0.40
9mm~46mm
Ⅲ
0.03~0.16
3mm~18mm
0.04~0.15
5mm~17mm
Ⅱ
0.03~0.06
3mm~7mm
注:
硬岩取下限,软岩取上限。
拱脚水平相对净空变化指两侧点间净空水平变化值与其距离之比;拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比。
墙腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化值乘以1.2~1.3后采用。
表5-15位移管理等级标准表
管理等级
距开挖面1B
距开挖面2B
施工状态
Ⅲ
U0<U1B/3
U0<U2B/3
正常施工
Ⅱ
U1B/3≤U0≤2U1B/3
U2B/3≤U0≤2U2B/3
加强支护
Ⅰ
U0>2U1B/3
U0>2U2B/3
采取特殊措施
Uo为实测变形极限值,U1B为距开挖面1B内的允许值,U2B为距开挖面2B内的允许值.
表5-16位移控制基准表
类别
距开挖面1B(U1B)
距开挖面2B(U2B)
距开挖面较远
允许值
65%Un
90%Un
100%Un
Un为变形极限值见“初期支护极限相对位移对照表”,U1B为距开挖面1B内的允许值。
5.3位移允许极限值
表5-17拱脚位移允许值表
类别
围岩类型
距开挖面1B(U1B)值
距开挖面2B(U2B)值
h<50m
50 h<50m 50 允许值 V 18mm~46mm 36mm~181mm 25mm~63mm 50mm~250mm Ⅳ 9mm~27mm 18mm~72mm 13mm~37mm 25mm~99mm Ⅲ 3mm~9mm 7mm~36mm 4mm~13mm 10mm~50mm Ⅱ 1mm~3mm 1mm~4mm 注: “h”为隧道埋深,U1B为距开挖面1B内的允许值,U2B为距开挖面2B内的允许值。 表5-18顶拱下沉位移允许值表 类别 围岩类型 距开挖面1B(U1B)值 距开挖面2B(U2B)值 h<50m 50 h<50m 50 允许值 V 6mm~12mm 11mm~85mm 8mm~17mm 15mm~117mm Ⅳ 5mm~8mm 6mm~30mm 6mm~11mm 8mm~41mm Ⅲ 2mm~12mm 3mm~11mm 3mm~16mm 5mm~15mm Ⅱ 2mm~5mm 3mm~6mm 注: “h”为隧道埋深,U1B为距开挖面1B内的允许值,U2B为距开挖面2B内的允许值。 以上数据为正常情况下确定的值,在高地应力和特殊情况下,要做专题研究,未进行专题研究前,大于2B以上距离后按日变化率来控制,大于2mm且连续变化3天时,采取加固措施。 根据位移管理等级进行反馈管理框图如下图: Ⅰ级时: 当日最大变形量或累计变形量超过Ⅰ级管理等级值时,监控量测人员及时发出停工安全预警,应暂停施工,采取确保安全措施,并及时向建设单位汇报,由建设单位组织设计、施工、监理单位等专业人员现场调查处理。 需变更设计的按照变更设计管理程序办理。 Ⅱ级时: 当日最大变形量或累计变形量达到Ⅱ级时,需及时发出风险预警,由项目总工组织现场分析,采取确保安全的工程措施,确保施工安全,需变更设计,按照变更设计管理程序办理。 Ⅲ级时: 当日最大变形量或累计变形量控制在Ⅲ级管理等级值以内时,可按原设计参数继续施工。 六、监控量测必测项目的实施 本隧道以洞内外观察、水平收敛量测、拱顶下沉量测、洞身浅埋段地表下沉量测为必测项目,断层破碎带(主要为F2、F2-1断层)隧底上鼓量测视现场施工实际情况进一步确定。 6.1量测断面的布置 根据《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》(TB10108—2002)及《铁路隧道监控量测技术规程》(TB10121—2007)要求以及本隧道的实际情况,对量测断面间距按以下原则布置: 洞内测点: Ⅵ级围岩地段5m,Ⅴ级围岩5m,Ⅳ级围岩地段10m,Ⅲ级围岩地段30m,Ⅱ级围岩地段100m;量测断面间距可根据围岩段落长度适当进行调整,但每种岩层至少设一个量测断面。 地表沉降点: 每15m设置一处地表沉降测点,进口段共设置3个断面。 阳河沟共设置3个断面,出口设置一条断面。 地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。 隧道量测断面间距布置详见表6-1。 表6-1量测断面间距 围岩级别 断面间距(m) 正洞 横洞 斜井 地表 Ⅱ 100 100 100 10~20 Ⅲ 30 30 30 Ⅳ 10 10 10 Ⅴ 5 5 5 6.2量测测点的布置 量测断面测点的布置个数应根据施工方法确定,全断面法施工地段每个量测断面处设置一个拱顶下沉测点及两个水平净空收敛测点(详见图6-1);台阶法施工地段每个量测断面处设置一个拱顶下沉测点,四个水平净空收敛测点(详见图6-2),分部开挖法每个量测断面处设置两个拱顶下沉测点,四个水平净空收敛测点(详见图6-3)。 图6-1全断面法施工段拱顶下沉及净空量测的测线布置示意图 图6-2台阶法施工段拱顶下沉及净空量测的测线布置示意图 图6-3分部开挖法施工段拱顶下沉及净空量测的测线布置示意图 地表沉降测点布置范围为隧道中线左、右侧各30m范围,每个量测断面共布置17个监控测点及2个基准点,测点间距按以下原则布置: 隧道中线处设置一测点,然后自中线开始依次按3m、3m、3m、4m、4m、4m、4m、5m的间距向左、右侧布置(详见图6-3)。 图6-3地表沉降横向测点布置示意图 隧道量测测点布置数量见表6-2~6-4所示。 表6-2正洞及横洞扩挖量测断面测点数 围岩级别 每断面测点数量 水平测线 水平收敛测点 拱顶下沉测点 Ⅱ 1 2 1 Ⅲ 2 4 1 Ⅳ 2 4 1 Ⅴ 2 4 1 表6-3横洞量测断面测点数 围岩级别 每断面测点数量 水平测线 水平收敛测点 拱顶下沉测点 Ⅱ 1 2 1 Ⅲ 1 2 1 Ⅳ 1 2 1 Ⅴ 2 4 1 表6-4斜井量测断面测点数 围岩级别 每断面测点数量 水平测线 水平收敛测点 拱顶下沉测点 Ⅱ 1 2 1 Ⅲ 1 2 1 Ⅳ 1 2 1 Ⅴ 2 4 1 Ⅵ 2 4 1 6.3量测频率 (1)洞内、外观察 洞内观察分为开挖工作面观察和初期支护状况观察两部分。 开挖工作面观察应在每次开挖后进行,地质情况基本无变化时,可每天进行一次.对初期支护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。 洞外观察包括边仰坡稳定、地表水渗透、地表沉陷等观察。 (2)净空水平收敛量测和拱顶下沉量测 净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。 量测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度分别按表6-5及表6-6确定。 实际量测频率应从由位移速度决定的监控量测频率(表6-5)和由开挖面的距离决定的监控量测频率(表6-6)之中选择较高的一个量测频率。 当地质条件复杂、下沉量大时,除量测拱顶下沉时,尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。 表6-5按距开挖面距离确定的监控量测频率 量测断面距开挖工作面距离(m) 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 表6-6按位移速度确定的监控量测频率 变形速度(mm/d) 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 6.4监控量测流程 6.5监控量测方法和步骤 6.5.1洞内、外观察 洞内观察可分开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。 开挖面观察应在每次开挖后进行,及时绘制开挖工作面地质素描图、数码成像,填写开挖工作面地质状况记录表,并与勘察资料对比。 已施工地段,应记录喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作状态。 洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段,记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏及地表沉陷等情况。 6.5.2净空水平收敛量测 净空水平收敛量测采用收敛计或全站仪进行,隧道开挖后按要求迅速安装收敛桩并编号,初始读数应在开挖后12h内读取,最迟不得大于24h,而且在下一循环开挖前获得初读数。 测点应牢固可靠、易于识别,并注意保护,严防爆破损坏。 (1)收敛计量测 Ⅰ收敛量测元件: 如下图所示,挂钩用直径6mm的圆钢做成等边三角形或圆圈。 Ⅱ当收敛计在处于测试状态的时候,一定要使仪器的弹簧处于正常的受拉变形状态之下,而不是在受压迫性或非正常受拉的状态之下,每次量测务必读三次数,然后取平均值作为最后的数值。 注意在每次量测之前,务必认真对所使用的收敛计进行检查,查看每个构件是否发生了松动或者变形,如发现仪器损坏,立即进行更换。 另外,还需要对温度计进行检查,看是否准确。 收敛量测元件的埋设也是保证量测精度的关键。 元件不要焊接到钢构件上,要牢固地预埋在围岩中。 (2)全站仪量测 作为观测围岩净空位移量测技术的全站仪遥测技术,其基本原理是利用全站仪自由设站远距离测定量
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