隧道监控量测作业指导书.docx

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隧道监控量测作业指导书

蒙华铁路MHTJ-6标段项目经理部四工区隧道工程

编号：

隧道监控量测作业指导书

单位：

中铁十局集团蒙华铁路MHTJ-6标段项目经理部四工区

编制：

审核：

批准：

2015年9月14日发布2015年9月14日实施

蒙华铁路MHTJ-6标段项目经理部四工区隧道工程

隧道监控量测作业指导书

1.适用范围

本作业指导书适用于蒙华铁路MHTJ-6标段项目经理部四工区刘坪隧道及梁村隧道工程监控量测作业。

2.目的

1）监测围岩变形和压力情况，验证支护衬砌的设计效果，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数据，确定二次衬砌与仰拱的施工时间。

3）通过对测量数据的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，预见事故和险情，作为调整和修正支护设计参数，施工方法及变更设计的依据，提供围岩和支护衬砌最终稳定的信息。

3.作业准备

技术准备：

根据设计图纸及相应参考图《隧道施工监控量测图》中技术要求，包括测点间距、位置等参数，用于施工。

人员配备：

监测组长1人，现场监测小组4人，信息反馈小组2人。

设备配备：

按设计图纸中相关要求配备现场施工设备，并做好维修保养记录。

4、技术要求

（1）量测项目

隧道监控量测的项目应根据工程特点、规模大小和设计要求综合选定。

量测项目可分为必测项目和选测项目两大类。

选测项目应根据工程规模、地质条件、隧道埋深、开挖方法及其他要求，有选择地进行。

监控量测工作必须紧跟开挖、支护作业。

按设计要求布设测点，并根据具体情况及时调整或增加量测的内容。

必测项目包括下表1所列项目

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

全站仪

3

净空收敛

全站仪

4

地表沉降（暗挖沉降/明挖边坡变形）

电子水准仪或全站仪

隧道浅埋段

选测项目包括下表2所列项目

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

钢架应力

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

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

当隧道部分段落出现钢架扭曲、混凝土开裂、剥落、沉降收敛数据异常时，应在附近段落选择1-2个断面增设以下必测项目：

围岩压力、初期支护与二次衬砌间接触压力、钢架内力、混凝土内力、二衬钢筋应力、锁脚锚管轴力。

（2）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。

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下表。

拱顶下沉和水平收敛监测断面间距

围岩级别

断面间距（m）

单双线正洞

单双车道辅助坑道

Ⅴ

5

10

Ⅳ

20

30

Ⅲ

50

地表沉降监测断面间距

隧道埋深与开挖宽度

断面间距（m）

2B＜H0≤2（H+B）

20

B＜H0≤2B

10

H0≤B

5

备注：

1）H0为隧道埋深，H为隧道开挖高度，B为隧道开挖宽度；

2）地表沉降测点应在隧道开挖前布设；

3）地表沉降断面与洞内监测断面应尽量布置在同一断面。

（3）监测频率

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。

1、洞内、外观察

每施工循环记录一次，必要时加大观察频率。

2、拱顶下沉和水平收敛监测

1）一般为1次/天。

2）台阶法施工，下部开挖过程中，频率为2次/天。

3）出现异常情况时，根据现场管理要求，加大监测频率。

4）当变形趋于稳定时，监测频率按表8.1进行。

变形趋于稳定时的监测频率

支护状态

平均变形速率

持续时间

监控频率

初支全环封闭

＜2mm/d

＞3天

1次/3天

初支全环封闭

＜1mm/d

＞7天

1次/7天

初支全环封闭

＜1mm/d

＞15天

1次/15天

5）在初期支护稳定后，可停止该断面的监测。

初期支护稳定须同时满足以下条件：

①初期支护表观现象正常；

②拱顶下沉和水平收敛平均变形速率小于1mm/d，且持续1个

月以上；

③变形时态曲线已经收敛。

3、地表沉降监测

1）一般为1次/天。

2）出现异常情况时，应加大监测频率。

3）在二次衬砌施工通过监测断面H0+B距离后（H0为该断面隧道埋深，B为该断面隧道开挖宽度），且地表沉降变形时态曲线已经收敛，可停止该断面监测。

（4）测点布置

1、拱顶下沉和水平收敛测点

1）测点布设应按施工方法区分，全断面、两台阶、三台阶按图7.1所示进行布置，其他特殊地段施工方法的测点布设根据现场实际情况进行布置。

（a））台阶法

（c）三台阶法

拱顶下沉和水平收敛测点布置示意图

2）拱顶下沉和水平收敛测点应布置在同一断面上。

3）初支应与围岩密贴，测点埋设在钢架、格栅等初期支护上。

4）测点应在初支支护后立即埋设。

5）初始读数应在测点埋设12h内读取。

6）拱顶下沉测点应埋设在拱顶轴线附近，数值采用绝对高程，周期性复核后视点，保证其数据可靠性。

2、地表沉降测点

1）测点应在隧道开挖前布设，横向间距为2～5m，按图7.2所示进行布置，在隧道中线附近测点应适当加密。

地表沉降横向测点布置示意图

2）隧道中线两侧监测范围不应小于H0+B。

当对地表沉降有特殊要求时，监测间距应适当加密，范围应适当加宽。

3）基准点应设置在隧道施工影响范围以外稳定处，并设置复核性测点，保证其数据可靠性。

（5）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。

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。

5.施工要求

采用变形总量、变形速率、初期支护表观现象和变形时态曲线等4项对隧道施工安全进行综合等级管理。

变形总量与变形速率应控制在管理等级范围内，及时巡视观察初支表观有无异常，同时结合变形时态曲线形态进行综合分析处理。

5.1管理等级及对应措施

管理等级及对应措施

管理等级

对应措施

正常（绿色）

正常施工

预警二级（黄色）

加强监测，密切关注发展情况,分析原因，调整施工，使隧道变形趋稳,并制定应急方案和对策

预警一级（红色）

暂停施工，加强监测，启动应急预案，采取相应工程措施

5.2变形总量管理值

一般地段变形总量管理等级

变形总量/（mm）

管理等级

正常

（绿色）

预警二级

（黄色）

预警一级

（红色）

拱顶下沉

单线正洞

单车道辅助坑道

Ⅲ

＜20

20～25

≥25

Ⅳ

＜48

48～64

≥64

Ⅴ

＜60

60～80

≥80

双线正洞

双车道辅助坑道

Ⅲ

＜25

25～35

≥35

Ⅳ

＜72

72～96

≥96

Ⅴ

＜90

90～120

≥120

水平收敛

单线正洞

单车道辅助坑道

Ⅲ

＜10

10～15

≥15

Ⅳ

＜30

30～45

≥45

Ⅴ

＜40

40～55

≥55

双线正洞

双车道辅助坑道

Ⅲ

＜10

10～15

≥15

Ⅳ

＜35

35～50

≥50

Ⅴ

＜45

45～60

≥60

备注：

本表所建议变形总量管理等级应结合现场施工情况进行动态调整；

台阶法开挖时拱顶下沉和水平收敛变形总量管理值分配

基准值

工法

分部1

分部2

分部3

台阶法

40%

70%

—

三台阶法

30%

50%

70%

备注：

本表按隧道各分部开挖工序制定，其中（%）为各分部累计变形量相对于

对应变形总量的百分比。

黄土地段变形总量管理等级

变形总量/（mm）

管理等级

正常

（绿色）

预警二级

（黄色）

预警一级

（红色）

拱顶下沉

Ⅳ

＜90

90～120

≥120

Ⅴ

＜110

110～150

≥150

水平收敛

Ⅳ

＜35

35～50

≥50

Ⅴ

＜45

45～60

≥60

备注：

本表所建议变形总量管理等级不包含特殊施工工法（如预切槽法等），并应

结合现场施工情况进行动态调整。

5.3变形速率管理值

一般地段变形速率管理等级

变形速率/（mm/d）

管理等级

正常

（绿色）

预警二级

（黄色）

预警一级

（红色）

开挖过程中

拱顶下沉

单线正洞

单车道辅助坑道

＜4.0

4.0～8.0

≥8.0

双线正洞

双车道辅助坑道

＜5.0

5.0～10.0

≥10.0

水平收敛

单、双线正洞

单、双车道辅助坑道

＜3.0

3.0～6.0

≥6.0

仰拱封闭后

拱顶下沉

水平收敛

单、双线正洞

单、双车道辅助坑道

＜2.0

2.0～4.0

≥4.0

备注：

本表所建议变形速率管理等级应结合现场施工情况进行动态调整。

黄土地段变形速率管理等级

变形速率/（mm/d）

管理等级

正常

（绿色）

预警二级

（黄色）

预警一级

（红色）

开挖过程中

拱顶下沉

Ⅳ

＜10.0

10.0～20.0

≥20.0

Ⅴ

＜15.0

15.0～30.0

≥30.0

水平收敛

Ⅳ、Ⅴ

＜5.0

5.0～10.0

≥10.0

仰拱封闭后

拱顶下沉

水平收敛

Ⅳ、Ⅴ

＜2.0

2.0～4.0

≥4.0

备注：

本表所建议变形总量管理等级不包含特殊施工工法（如预切槽法等），并应

结合现场施工情况进行动态调整。

5.4初期支护表观现象

隧道施工过程中应对隧道初期支护表观进行观察，当初期支护出现表中所述现象时，应及时进行信息反馈，并采取相应工程措施。

需要采取工程措施的初期支护表观现象

序号

初期支护

表观现象

1

喷混凝土

初期支护混凝土出现开裂、剥落、掉块等现象

①纵向开裂超过3榀钢支撑间距；

②环向开裂超过已施工支护周长的1/3；

③裂缝宽度超过1mm。

2

钢拱架等

扭曲、异响、拱脚下沉等。

5.5变形时态曲线特征

（a）正常（b）预警二级（c）预警一级

变形时态曲线特征图

当变形处于初期匀速变形阶段和平稳发展阶段时，隧道处于相对安全的状态；围岩变形过程中，在围岩不失稳的正常情况下，在量测断面附近进行开挖施工时，受施工扰动，存在一定的变形加速现象，属于正常加速，其余变形加速属于异常加速。

异常加速是围岩失稳的征兆，隧道施工安全存在威胁，应进行预警。

变形时态曲线在管理等级中的体现

序号

管理等级

体现

1

正常（绿色）

无变形异常加速，变形特征曲线趋于收敛

2

预警二级（黄色）

变形异常加速，变形特征曲线无收敛迹象，日均变形速率差值连续2天增大，且均大于2mm/d时。

3

预警一级（红色）

变形异常加速，变形特征曲线无收敛迹象，日均变形速率差值连续3天增大，且均大于2mm/d时。

6.施工程序与工艺流程

施工工艺流程图

（1）施工准备

1）熟悉施工图纸，根据环境条件、地质条件、设计要求、施工方法及施工进度安排等编制监控量测实施细则。

2）做好现场劳动力组织，按照监测方案确定相应的监测设备，并及时检查校对。

3）准备施工使用的各项设备及材料，满足施工要求。

设备性能完好，精度达到设计要求，定期检测。

4）现场情况调查

施工前对隧道工程的地质条件、地下水状况及施工影响区域内的周边环境进行初始调查，掌握工程特点和难点，为监控量测开展做好准备。

5）监测方案制定

按照监控量测设计要求，结合初始调查结果编制实施方案，经业主、监理审批后实施。

确定检测项目、测点布置、量测频率、等使用参数，并在施工中认真实施。

6）数据采集、数据分析。

7、设备配备情况

设备配备表

序号

名称

规格型号

数量

状况

1

精密水准仪

NA2

2

良好

2

全站仪

TC402

2

良好

3

收敛剂

JSS30A

2

良好

4

冲击钻

2

良好

5

配电盘

2

良好

6

铁锤

2

良好

7

取芯钻机

2

良好

8

钳子

2

良好

8、劳动组织

根据现场实际情况，成立现场监控量测小组及信息反馈小组，负责日常监测工作及资料整理工作。

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4进行。

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、质量控制及检验

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。

11、安全环保及环境保护

（1）开工前，应对监测人员进行安全培训，遵守安全生产的各项规定，服从现场统一安排、指挥。

（2）监测工作中严格按审定的监测计划及监测作业指导书等实施各道工序。

（3）现场监测作业人员一律要佩戴安全帽，服从现场统一指挥。

（4）对施工现场所使用的测量仪器注意安全放置，杜绝由于使用和放置不当而造成的事故。

（5）加强现场施工用电管理，比如监测时照明用电应由施工单位专业电工操作。

（6）在监测工作的生产及生活活动中，加强对监测组人员的教育，做到管理程序化，作业标准化，确保生产安全。

（7）及时对安全生产情况进行分析总结，对安全生产过程中存在的问题提出改进措施，确保生产安全。