隧道工程监控量测实施方案.docx

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隧道工程监控量测实施方案

新建XX铁路工程

隧道监控量测实施方案

编制：

王XX

审核：

张XX

审批：

李X

中铁二十三局XX铁路FJ-10标指挥部

二0XX年八月

隧道监控量测实施方案

一、工程概况

1、隧道规模与地质条件

本标段共有隧道5座，XX山隧道分为左线和右线两座单线隧道，其中隧道左线里程桩号DK491+253～DK513+428,全长22175m；隧道右线里程YDK491+577～YDK513+414,全长21837m;隧道穿越12条断层。

城峰1#隧道长804.86米，城峰2#隧道长775米（双线），城峰3#隧道长906.96米。

各隧道围岩级别长度见下表：

隧道、斜井围岩类别统计

洞别

隧道名称

里程桩号

长度m

隧道

类型

Ⅴ级围岩m

Ⅳ级围岩m

Ⅲ级围岩m

Ⅱ级围岩m

明洞

m

正洞

XX山隧道

左洞

DK491+253～

DK513+428

22175

单线

765

1182

5149

14928

121+

30

XX山隧道

右洞

YDK491+577～

YDK513+414　

21837

单线

836

1149

5184

14668

辅助导坑

1#斜井

2520

双车道

63

20

40

2397

2#斜井

2620

双车道

15

50

1995

560

3#斜井

1864

双车道

27

30

100

1707

4#斜井

791

双车道

50

36

40

635

城峰1#

DK489+975.14～DK490+780

804.86

单线

88.86

52

50

614

城峰2#

DK489+975～DK490+750

775

双线

60.6

84

0

600

城峰3#

YDK490+203.04～YDK491+110

906.96

单线

132

86

123

551

14.96

2自然地理概况

XX山隧道位于XX省XX市XX县和XX市XX区，起点位于XX县岭路乡后坑垄村，穿越XX山国家4A级风景区和藤山及老鹰尖省级自然保护区。

隧道处于戴云山脉南段中低山山间地貌，山脉主要走向为北东～南西，山峰林立，沟谷深切，多悬崖峭壁。

总体地形：

DK491+250～DK493+850地形标高65～590m，地形坡度相对较缓，一般20°～40°；DK493+850～DK504+700地形险峻，沟谷幽深，标高为230～1018m，中间最高山峰（对山）1031m。

地形坡度一般50°～80°，局部近90°，甚至倒悬。

DK504+700～DK513+430海拔标高为580～145m，地形坡度较缓。

隧道最大埋深890m。

城峰一、二、三号隧道处于剥蚀低山，上部为第四系更新统冲积，城峰一号隧道进口DK489+901～DK490+098段有石英岩正长斑岩岩脉侵入，全风化～弱风化，其它地段下部为弱风化凝灰熔岩，岩性较为完整，未发现异常地质构造。

地下水主要为空隙水及基岩裂隙水，地下水不发育。

3、隧道施工方法及支护类型

隧道的开挖Ⅳ、Ⅴ级围岩主要采取台阶法施工，Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面法施工。

XX山隧道设计初期支护主要采取钢拱架（格栅钢架）、锚杆、钢筋网及喷射混凝土复合支护形式，Ⅱ级围岩喷射C25混凝土厚5cm，Ⅲ级围岩喷射C25混凝土厚20cm，Ⅳ级围岩喷射C25混凝土厚23cm，Ⅴ级围岩喷射C25混凝土厚25cm。

斜井设计支护结构采取格栅钢架、锚杆、钢筋网及喷射混凝土等复合支护形式，Ⅱ级围岩喷射C20混凝土厚5cm，Ⅲ级围岩喷射C20混凝土厚8cm，Ⅳ级围岩喷射C20混凝土厚15cm，Ⅴ级围岩喷射C20混凝土厚20cm。

城峰1、3#隧道DK489+975.14～DK490+120段为小间距，设计支护结构采取钢拱架（Ⅳ、Ⅴ级）、锚杆、钢筋网及喷射混凝土等复合支护形式，Ⅱ级围岩喷射C25混凝土厚10cm，Ⅲ级围岩喷射C25混凝土厚15cm，Ⅳ级围岩喷射C25混凝土厚25cm，Ⅴ级围岩喷射C25混凝土厚30cm。

DK490+120～780段为普通段，设计支护结构采取钢拱架（Ⅳ、Ⅴ级）、锚杆、钢筋网及喷射混凝土等复合支护形式，Ⅱ级围岩喷射C25混凝土厚8cm，Ⅲ级围岩喷射C25混凝土厚10cm，Ⅳ级围岩喷射C25混凝土厚25cm，Ⅴ级围岩喷射C25混凝土厚25cm。

城峰2#隧道FDK489+975～FDK490+270段为小间距段，设计支护结构采取钢拱架（Ⅳ、Ⅴ级）、锚杆、钢筋网及喷射混凝土等复合支护形式，Ⅱ级围岩喷射C25混凝土厚10cm，Ⅳ级围岩喷射C25混凝土厚25cm，Ⅴ级围岩喷射C25混凝土厚28cm。

FDK490+270～FDK490+750段为普通段，设计支护结构采取钢拱架（Ⅳ、Ⅴ级）、锚杆、钢筋网及喷射混凝土等复合支护形式，Ⅱ级围岩喷射C25混凝土厚5cm，Ⅳ级围岩喷射C25混凝土厚25cm，Ⅴ级围岩喷射C25混凝土厚28cm。

4、各隧道设计浅埋段要进行地表沉降观测

城峰1#隧道浅埋段：

DK489+986～DK490+038、DK490+680～DK490+780

城峰3#隧道浅埋段：

YDK490+213～YDK490+273、YDK490+937～YDK491+110

城峰2#隧道浅埋段：

FDK489+95.4～FDK490+023、FDK490+707～DK490+750

二、监控量测方案

1、编制依据

（1）、铁路隧道施工规范TB10204-2002

（2）、铁路隧道监控量测技术规程TB10201-2007

（3）、施工设计图

（4）、测量监理工作计划

2、监控量测的目的

监控量测是新奥法隧道施工过程中必不可少的技术环节。

监控量测的目的为：

（1）确保隧道施工安全及结构的长期稳定性。

（2）通过监控量测验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为动态调整支护参数和施工方法提供依据。

（3）确定二次衬砌施作时间。

（4）监控施工对周围环境的影响。

（5）收集和分析量测数据，为信息化设计与施工提供依据。

2、监控量测内容

监控量测计划的内容包括：

监控量测项目及方法、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。

监控量测内容可分为必测项目和选测项目，必测项目在隧道施工中全部进行，选测项目中根据隧道不良地质地段的围岩性质选取，在软岩大变形地段选测隧底隆起、纵向位移、锚杆轴力，初期支护结构内力；在岩爆地段选测围岩压力、锚杆轴力；在富水断层段选测孔隙水压力、水量；在断层破碎带及硅化带段选测初期支护与二次衬砌间接触压力、喷射混凝土内力。

监测项目及仪器表见下页

监测项目及仪器表

项目名称

量测内容

常用测量仪器

检测精度

备注

必测项目

1

洞内外观察

现场观察、数码相机、罗盘仪

隧道全长

2

拱顶下沉

水准仪、挂尺或全站仪

0.5-1mm

隧道全长

3

水平净空收敛

收敛仪、全站仪

0.5-1mm

隧道全长

4

地表下沉

水准仪、铟钢尺或全站仪

0.5-1mm

隧道浅埋段

选测项目

1

围岩压力

压力盒

≤0.5%F.S.

岩爆地段

2

钢架内力

应力计、钢筋计

拉伸≤0.5%F.S.

压缩≤1.0%F.S.

断层破碎带

软岩变形段

3

喷射混凝土内力

混凝土应变计

±0.1%F.S.

软岩变形段

4

锚杆轴力

钢筋计

拉伸≤0.5%F.S.

压缩≤1.0%F.S.

软岩变形段

5

二次衬砌内力

混凝土应变计、钢筋计

±0.1%F.S.

软岩变形段

6

初支与二衬间接触压力

压力盒

≤0.5%F.S.

断层破碎带

7

围岩内部位移

多点位移计

0.1mm

断层破碎带

8

隧底隆起

水准仪、铟钢尺或全站仪

0.5-1mm

软岩变形段

9

爆破震动

震动传感器、记录仪

无结构物

10

孔隙水压力

水压计

富水断层段

11

水量

三角堰、流量计

0.1ml

富水断层段

12

纵向位移

多点位移计、全站仪

0.5-1mm

软岩变形段

三、测点布置、量测频率与时间

1、量测断面测点布设及间距要求

根据XX山隧道围岩量测设计要求，测点布置按下表进行。

⑴洞内测点的布设

上下台阶开挖段按台阶进行布置，每台阶布置一条收敛测线，拱顶下沉与围岩收敛量观测点布置在同一断面；全断面开挖段的收敛测线布置在边墙最宽的部位，拱顶下沉与围岩收敛量观测点布置在同一断面；城峰2#双线隧道洞口Ⅴ级围岩段采用双侧壁导坑开挖，在侧壁导坑内按双侧壁导坑测点布置图布置。

纵向间距按量测断面间距表要求进行布设。

具体见下页测点布置根示意图

A

A1

B

B1

A

A1

A

A1

B

B1

B

A

A1

A

A1

B

B1

A

A1

B1

C

C

C

C2

C1

C

C

C

测点布置根示意图

量测断面间距：

隧道浅埋段或Ⅴ级土质围岩段量测断面间距取低值，强风化石质围岩段取高值；Ⅳ级围岩量测断面间距有渗水段取低值，无渗水段取高值；Ⅲ级围岩量测断面间距有渗水段取低值，无渗水段取高值；Ⅱ级围岩量测断面间距视具体情况确定。

一般情况根据下表确定。

洞内量测断面间距和测线（点）数量表

围岩级别

断面间距（m）

每断面测点数量

水平相对净空变化量测

拱顶下沉量测

Ⅱ

视具体情况确定

1条测线

拱顶1个测点

Ⅲ

30～50

1条测线

拱顶1个测点

Ⅳ

10～30

1条测线

拱顶1个测点

Ⅴ

5～10

2条测线（上下台阶）

拱顶1个测点

⑵地表下沉量测

①地表下沉量测应根据隧道埋置深度、地质条件、地表有无建筑物等因素确定。

地表下沉量测点应在隧道开挖前布设，应与水平净空相对变化和拱顶下沉量测的测点布置在同一断面里程，沿隧道中线的地表下沉量测断面的间距可按下表采用。

2-5m

基准点

量测范围

H0

45°

B

地表下沉断面测点布置图

地表下沉量测断面间距表

隧道埋深（m）

量测断面间距（m）

2B

20～50

B

10～20

H0

5～10

注：

H为隧道埋深，B为隧道开挖宽度。

②横断面方向地表下沉量测的测点间距应取2～5m，在一个测量断面内应设7～11个测点。

④地表下沉量测应在开挖工作面前方H＋h（隧道埋置深度＋隧道高度）处开始，直到隧道衬砌结构封闭、下沉基本停止为止。

⑤地表下沉的量测频率应和拱顶下沉及水平相对净空变化的量测频率相同。

⑥各项量测作业均应持续到变形基本稳定后1～3周。

⑦浅埋段隧道地表下沉量测在横断面方向以隧道衬砌中线为界，两侧各布置5点，相邻点间距2~4m，监测范围30m。

1、量测频率

①洞内监控量测的频率根据变形位移速度确定的量测频率与按距开挖面距离确定的量测频率相结合，取高的量测频率进行量测作业。

出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。

按变形位移速度确定的量测频率

变形速度（mm/d）

量测频率

≥5

2次/d

1～5

1次/d

0.5～1

1次/（2～3）d

0.2～0.5

1次/2d

<0.2

1次/7d

按距开挖面距离确定的量测频率

量测断面距开挖工作面的距离（m）

量测频率

（0～1）B

2次/d

（1～2）B

1次/d

（2～5）B

1次/（2-3）d

>5B

1次/7d

②选测项目监控量测频率根据设计和施工要求及必测项目反馈信息的结果确定。

⑶、量测时间

①各项量测作业均持续到变形基本稳定后1~3周。

②对变形量大，持续时间长的，其量测时间就要长一些，量测开始时间尽量提早，保证在开挖或支护后2h内和下一循环开挖之前测读初次读数，以获取围岩开挖初始阶段的变形动态数据。

四、监控量测基准

监控量测基准包括隧道内位移、地表沉降、爆破震动等，要根据地质条件、隧道施工安全性、隧道结构的长期稳定性，以及周围建（构）筑无特点和重要性等因素制定。

1、本标段的XX山隧道和城峰1、2、3#隧道的最小开挖宽度均大于7米，初期支护极限相对位移参照以下表选用。

跨度7m＜B≤12m隧道初期支护极限相对位移表

围岩

级别

隧道埋深h（m）

H≤50

50＜H≤300

300＜H≤500

拱脚水平相对净空变化（%）

Ⅱ

—

0.01～0.03

0.01～0.08

Ⅲ

0.03～0.10

0.08～0.40

0.30～0.60

Ⅳ

0.10～0.30

0.20～0.80

0.70～1.20

Ⅴ

0.20～0.50

0.40～2.0

1.80～3.00

拱顶相对下沉（%）

Ⅱ

—

0.03～0.06

0.05～0.12

Ⅲ

0.03～0.06

0.04～0.15

0.12～0.30

Ⅳ

0.06～0.10

0.08～0.40

0.30～0.80

Ⅴ

0.08～0.16

0.14～1.10

0.80～1.40

注：

1、本表适用于复合式衬砌的初期支护，硬质围岩隧道区表中较小值，软质围岩隧道区表中较大值。

2、拱脚水平相对净空变化指拱脚测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。

3、初期支护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极限值乘以1.1～1.2后采用。

2、位移控制基准应根据测点距开挖面的距离，有初期支护极限相对位移按下表要求确定。

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%U0

90%U0

100%U0

3、根据位移控制基准，按下表分为三个管理等级。

位移管理等级

管理等级

距开挖面1B

距开挖面2B

Ⅲ

U＜U1B／3

U＜U2B／3

Ⅱ

U1B／3≤U≤2U1B／3

U2B／3≤U≤2U2B／3

Ⅰ

U＜2U1B／3

U＜2U2B／3

4、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）、锚杆轴力控制基准应满足《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）的相关规定。

5、因本工程附近无需监测的结构物，爆破震动控制基准在这里不做阐述。

6、Ⅴ、Ⅳ级围岩采用分部开挖法施工，每分部分别建立位移控制基准，同时考虑各分部的相互影响。

7、围岩与支护结构的稳定性应根据控制基准，结合时态曲线形态判别。

8、一般情况下，二次衬砌的施做要在满足下列要求时进行：

（1）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；

（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施做时间。

四、监控量测方法

1、每个洞口安排一个监控量测小组，小组组长由洞口技术负责人担任，测量人员及现场技术员为成员。

2、洞内外观察

洞内外观察主要由洞口技术负责人和现场技术员负责完成，观察记录由现场技术员完成。

①围岩及支护状态观察

开挖面地质描述，包括围岩岩性、岩质、断层破碎带、节理裂隙发育程度和方向、有无松散坍塌、剥落掉块现象、有无渗漏水等；初期支护状态包括喷层是否产生裂隙、剥离和剪切破坏、格栅支撑是否压屈进行观察分析。

以上情况详细描述、记录，并予以评估，可为支护参数选择的参考及量测等级选择的依据。

具体方法：

绘制开挖工作面略图并进行详细地质素描，数码成像，填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡。

②对已经施工区段观察每天至少一次，观察内容包括喷射混凝土有无裂缝、空鼓、掉皮等现象，有无渗水，有无发展情况进行观察和记录。

③洞外观察重点在洞口段和洞身浅埋段，包括洞口地表情况、地表沉陷、边仰坡的稳定、地表水渗透的观察。

④在观察过程中如发现地质条件恶化，初期支护发生异常现象，立即通知施工负责人采取应急措施，并派专人进行不间断的观察。

3、地表下沉、拱顶下沉及水平相收敛量测

此项工作主要有测量人员和现场技术人员配合完成，有洞口技术负责人负责检查和督促，资料由测量人员记录和填制。

①一般地段的隧道净空变化量测采用数显收敛计和精密水准仪进行量测，测点用带膨胀螺栓的弯钩钻孔埋设在边墙和拱顶。

②地表下沉、拱顶下沉用精密水准仪和铟钢尺进行，基准点要选在距开挖面较远处且稳固、安全的地方。

基准点要与洞外测量控制点联测。

量测时先观察挂钩有无被破坏或松动，若有则需重新安装并进行初次测量。

③水平收敛采用数显收敛计进行量测。

悬挂弯钩尽量小又圆滑，能保证每次都能挂在同一点处，提高量测数据的准确性。

④净空变形量测在每次开挖后尽早进行，初读数在开挖后12h内读取，最迟不得大于24h，且在下一循环开挖前，必须完成初读数。

⑤测点牢固可靠，易于识别并妥为保护。

拱顶下沉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联系。

⑥量测应选择精度适当、性能可靠、使用及携带方便的仪器。

变形量测可选用电阻式或电感式仪器，仪器使用前必须经过标定。

⑦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底隆起量。

⑧在软岩大变形段或在塌方段，采用全站仪量测，将反光膜片或回复反射器作为测点靶标，靶标粘附在预埋件上，全站仪架设在隧道控制点对靶标进行三维坐标监测，即可对围岩的位移进行三维动态分析。

4、应力、应变监控量测

应力、应变监控量测采用振弦式、光纤光栅传感器。

振弦式传感器通过频率接受仪获得频率读数，换算出相应的量测参量值来进行分析岩体内的应力、应变值的变化；光纤光栅传感器是通过光纤光栅解调仪获得频率读数，换算出相应的量测参量值来进行分析岩体内的应力、应变值的变化。

钢架内的应力可采用振弦式、光纤光栅传感器进行量测。

混凝土内的应变量测可采用振弦式、光纤光栅传感器进行量测。

5、空隙水压、水量监测

采用空隙水压计和三角堰、流量计进行对空隙水压、水量监测。

五、监控量测工艺流程

通过对各施工阶段开挖和支护的动态监测，确保施工安全，调整初期支护的参数，确定二次衬砌和仰拱的施作时间，提供反溃信息，用于指导施工作业。

监控量测流程见下图。

监控量测

开挖工作面状态评价

数据处理

分析、研究地质勘测资料

制定监控量测计划

施工完成否

结束

已施工段

的支护加强

否

是

施工

安全否

经济否

施工方法变

更支护减弱

是

是

否

施工方法变

更支护加强

监控量测工艺流程框图

六、量测数据整理及分析

监控量测数据的分析处理包括数据校核、数据整理及数据分析。

1、每次观测后应立即对观测数据进行校核，如有异常要及时补测。

2、在确认量测数据无误后，及时对量测数据进行整理，进行观测数据计算、填制图表、误差处理等。

3、及时进行数据分析，主要内容有：

根据量测计算值及时绘制量测数据与时间的关系曲线及量测数据与开挖面距离的关系曲线图等。

选择回归曲线，预测最终值，并与控制基准进行比较。

对支护及围岩状态、工法、工序进行评价；

对工程安全性进行评价，并提出相应工程对策与建议。

4、围岩及支护的稳定性根据开挖工作面的状态、收敛值及拱顶下沉量的大小和速率综合判断，并及时反溃于施工中。

5、根据量测结果，按下列要求进行隧道稳定性综合判别：

⑴当位移积骤增加，每天的相对净空变化超过10mm时，应加强观测，并密切注意支护结构的变化。

⑵当位移~时间曲线出现反弯点时，同时支护开裂或掉块，此时应采取补措施以防塌方。

⑶当位移、周边收敛、拱顶下沉量达到预测最终值的80%~90%，收敛速度小于0.1~0.2mm/d，拱顶下沉速度率小于0.07~0.15mm/d时，可以认为围岩基本稳定，可施作二次衬砌。

⑷根据位移时态曲线的形态来判别：

当围岩位移速度不断下降时，围岩趋于稳定状态；

当围岩位移速度保持不变时，围岩不稳定，应加强支护；

当围岩位移速度不断上升时，围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。

七、监控量测数据分析处理

1、监控量测数据的分析处理包括数据校核、数据整理及数据分析。

2、每次观测后要立即对数据进行校核，如有异常要及时补测。

3、每次观测后要及时对观测数据进行整理，包括观测数据计算、填表制图、误差处理等。

4、监控量测数据的分析应包括以下主要内容：

（1）根据量测计算值绘制时态曲线；

（2）选择回归曲线，预测最终值，并与控制基准进行比较；

（3）对支护及围岩状态、工法、工序进行评价；

（4）及时反馈评价结论，并提出相应工程对策建议。

5、监控量测的回归可采用指数模型、对数模型、双曲线模型或经验公式等进行分析，并预测最终值。

八、监控量测信息反馈与对策

1、监控量测信息反馈要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与建议。

2、监控量测信息反馈按下图程序进行

监控量测

环境工程与安全性评价

隧道设计

制定监控量测计划

否

隧道施工

环境及安全是否满足要求

变更设计

是

现场调查与资料调研

调整设计参数，提出变更设计建议

报监理、业主、设计单位

经验类比

理论分析

特殊要求

判定基准

监控量测信息反馈程序框图

3、施工过程中应进行监控量测数据的实时分析和阶段分析。

（1）实时分析：

每天根据监控量测数据及时进行分析，发现安全隐患应分析原因并提交异常报告；

（2）阶段分析：

按周月进行阶段分析，总结监控量测数据的变化规律，对施工情况进行评价，提交阶段分析报告，指导后续工作。

2、工程安全性评价

（1）根据量测结果及《铁路隧道喷锚构筑技术规范》的有关规定，按下表变形管理等级指导施工：

变形管理等级划分表

管理等级

管理位移

施工状态

Ⅲ

U0＜Un/3

可正常施工

Ⅱ

（Un/3）≤U0≤（2Un/3）

综合评价设计施工措施，加强监控量测，必要时采取相应工程对策进行加强支护

Ⅰ

U0＞（2Un/3）

暂停施工，采用相应工程对策

注：

U0----实测位移值；Un：

最大位移值。

（2）工程安全性评价时，按下流程图的程序进行。

监控量测结果

工程对策

位移达到Ⅰ级管理

暂停施工，制定对策

继续施工

位移是否超过Ⅲ级管理

位移是否超过Ⅱ级管理

综合评价设计施工措施，加强监控量测

否

否

是

是

安全

不安全

工程安全性评价流程图

（3）根据工程安全性评价的结果，需要变更设计时，应根据有关铁路工程变更管理办法及时进行变更设计。

（4）工程对策主要包括下列内容：

①一般措施

1）稳定开挖工作面措施；

2）调整开挖方法；

3）调整初期支护强度和刚度并及时支护；

4）降低爆破震动影响；

5）围岩与支护结构间回填注浆。

②辅助施工措施

1）地层预加固处理，包括注浆加固、降水、冻结等方法；

2）超前支护，包括超前锚杆（钢管）、管棚、超前插板、水平高压旋喷法、预切槽法等。

九、监控量测验收资料

监控量测验收资料包括以下内容：

1、监控量测设计；

2、监控量测实施细则及批复；

监控量测结果及周（月）报；

监控