隧道监控量测实施方案(终稿)

-0-新建南广铁路NGZQ-8标段隧道工程监控量测实施方案单位：中铁隧道集团有限公司南广铁路NGZQ-8项目部编制：审核：批准：2009年4月30日发布2009年月日实施-1-1.工程地质及设计说明⑴地层岩性沿线自古生界到新生界地层均有出露。有第四系（Q）、白垩系（K）、三叠系上统（T3）、石炭系（C）、泥盆系（D）、志留系（S）、奥陶系（O）和寒武系（E）的地层。沿线出露的侵入岩由新到老依次为燕山期（γ52）、华力西-印支期早石炭世（C1M）和加里东期早志留世（S1）。各种地层出露范围、规模及特征各异。⑵地质构造线路基本沿西江东西向延展，主要穿越江口七星岩复式背斜、大湘口向斜以及高要大断层等，断裂和褶皱绝大部分为北东向发育，和线路近垂直或大角度相交，且多数断裂破碎带都不宽，一般在20～30m，对工程设置影响程度不大。⑶地震动参数沿线地震动峰值加速度值为0.05g，地震动反应谱特征周期值为0.35S。（4）水文地质本标段线路地下水主要为第四系孔隙水（潜）水、基岩裂隙水以及岩溶水。沿线水系主要为珠江水系西江支流。2.监控量测目的现场监控量测是隧道施工管理的重要组成部分，它不仅能指导施工，预报险情，确保安全，而且通过现场监测获得围岩动态的信息（数据），为修正和确定初期支护参数，混凝土衬砌支护时间提供信息依据，为完善隧道工程设计与指导施工提供可靠的足够的数据。3.监控量测组织机构及监控量测仪器的配置3.1监控量测组织机构针对本工程监测项目的特点，成立以项目总工为第一负责人、工区技术负责人为主要负责人的施工监测机构,每个工区隧道施工工作面配置2-3人组成监控量测及信息反馈小组，成员由多年从事地下工程施工-2-及监测经验的技术人员组成，在监测主管的组织下负责地面和地下的日常监测工作及资料整理工作。施工监测组织机构见下图2－1。图2－1施工监测机构图3.2监控量测仪器的配置根据本工程特点，每个隧道工作面配置相应数量量测仪器如表2-1，所用仪器在图纸下发7天后到位，并通过质量检定中心检定，附有相关检定证书，符合高速铁路建设相关规范要求并能满足现场正常使用。表2-1监控量测仪器配置表序号名称单位数量1坑道周边收敛计台12精密水准仪台13地质罗盘台１4全站仪台14.监测量测的内容及方法4.1洞内外观测4.1.1洞内观察a.开挖工作面观察应在每次开挖后进行。观察中发现围岩条件恶化时，应采取相应处理措施；观察后应及时绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状态记录表；b.在节理、裂隙发育的镶嵌状、块状脆性硬岩地段应重视观察围岩的节理、裂隙走向及发育程度，对易引起坍塌的岩埠及时进行锚杆支护或喷射混凝土封闭；对监测方案及施工措施作出决策项目总工制定监测方案，提供监测报告工区技术负责人、监测主管日常监控量测工作并处理反馈监控数据处理监测人员-3-c.对已施工地段的观察每天至少应进行一次，主要观察喷射混凝土、锚杆、钢架和二次衬砌等的工作状态。4.1.2洞外观察重点应在洞口段和洞身埋置深度较浅地段，其观察内容应包括地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况等。表4-1监控量测项目内容、方法及仪器序号监测项目测试方法和仪器测试精度备注1洞内、外观察现场观察、地质罗盘2二次衬砌前净空变化隧道净空变化测定仪（收敛计、全站仪）0.1mm全站仪采用非接触观测法3拱顶下沉水准测量的方法，水准仪、水准尺1mm一般进行水平收敛量测4地表下沉测量的方法，水准仪、水准尺1mm浅埋隧道必测（H0≤2b）5二次衬砌后净空变化隧道净空变化测定仪（收敛计、全站仪）0.01mm6沉降缝两侧底板不均匀沉降三等水准测量1mm沉降缝两侧底板（或仰拱填充层面）沉降7洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测三等水准测量1mm洞口底板（或仰拱填充层面）与洞口过渡段的沉降4.2隧道洞口段、浅埋和偏压段地表沉降监测隧道洞口段覆盖层薄，开挖后围岩难以自稳成拱，地表易沉陷，为了确保洞口浅埋段的施工安全，进行地表沉降监测，量测频率与拱顶下沉和净空变化的量测频率相同。地表下沉的量测与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一断面内。布点原则为：横断面方向应在隧道中线两侧每隔2～5m布设地表下沉测点，每个断面7～11点，监测范围在隧道开挖影响范围以内，如图3-1所示。地表下沉量测断面间距见表3-2。监测仪器为：精密水准仪，水准尺等。-4-H0B45°45°量测范围2-5m基准点图3-1地表沉降横向测点布置示意图表4-2地表下沉量测断面间距埋置深度H与开挖深度量测断面间距（m）2B＜H0＜2.5B20～50B＜H0≤2B10～20H0≤B5～10注：地表无建筑物时取表中上限值，H0为隧道埋深，B表示隧道开挖宽度。4.3拱顶下沉及收敛量测拱顶下沉及净空变位收敛量测,根据围岩类别、隧道尺寸和埋深等，沿隧道纵向在拱顶和墙中布设测点，其间距见表4-3，拱顶下沉、收敛量测起始读数要在3～6h内完成，其他量测应在每次开挖后12小时内且在下一循环开挖前取得起始读数。拱顶下沉及收敛量测测点布置见表4-4及“图4-2拱顶下沉及收敛量测测点布置图”。监测仪器：精密水准仪，水准尺，收敛计。表4-3拱顶下沉及周边收敛量测断面间距表围岩级别量测断面间距（m）Ⅴ～Ⅳ5～10Ⅳ10～30Ⅲ30～50Ⅱ50～100（视具体围岩情况确定）-5-表4-4净空变化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，两条斜测线分部开挖法每分部一条水平测线CD或CRD法上部、双侧壁导坑法左右侧部，每分部一条水平测线，两条斜测线、其余分部一条水平测线4.4隧道二次衬砌沉降缝两侧不均匀沉降观测及洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测观测频率应15d进行一次，洞内沉降缝每侧布设四个以上观测点；洞口布点视过渡段的情况而定，根据沉降曲线确定道床施作时间。图4-2拱顶下沉及收敛量测测点布置图地段开挖方法说明：本图为示意，无比例。①以上布点为示意，实际施工过程中根据现场实际情况可酌情进行增减。②浅埋和明洞量测未列入此图，在现场根据规范和实际情况进行布设。③明暗洞交界面设变形缝并设量测点。在必要时加底板上拱量测点。④钢筋内力、初期支护与围岩间应力量测未示。下沉量测下沉量测位移量测位移量测拱顶下沉量测收敛量测三台阶临时仰拱法量测点布置示意图拱顶下沉量测收敛量测起拱线CRD法开挖量测点布置示意图位移量测位移量测位移量测双侧壁导坑法开挖量测点布置示意图收敛量测拱顶下沉量测CD法开挖量测点布置示意图200～400起拱线收敛量测拱顶下沉量测100全断面开挖量测点布置示意图100拱顶下沉量测收敛量测起拱线100起拱线位移量测收敛量测拱顶下沉量测100台阶法开挖量测点布置示意图-6-5.量测频率及控制基准5.1量测频率量测频率根据测点距开挖面的距离及位移速度分别按表5-1和表5-2确定。由位移速度决定的监控量测频率和由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，应增大量测频率。表5-1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)B2次/d(1～2)B1次/d(2～5)B1次/2-3d＞5B1次/7d表5-2按位移速度确定的监控量测频率量测断面距开挖面距离（mm/d）量测频率≥5mm2次/d1～51次/d0.5～11次/2-3d0.2～0.51次/3d＜0.21次/7d5.2监控量测控制基准5.2.1量测极限相对位移值隧道初期支护极限相对位移参照表5-3及表5-4选用：表5-3跨度B≤7m隧道初期支护极限相对位移埋深h(m)围岩级别h≤5050＜h≤300300＜h≤500m拱脚水平相对净空变化（%）Ⅱ——0.20～0.60Ⅲ0.10～0.500.40～0.700.60～1.50Ⅳ0.20～0.700.50～2.602.40～3.50Ⅴ0.30～1.000.80～3.503.00～5.00拱顶相对下沉（%）Ⅱ—0.01～0.050.04～0.08Ⅲ0.01～0.040.03～0.110.10～0.25Ⅳ0.03～0.070.06～0.150.10～0.60Ⅴ0.06～0.120.10～0.600.50～1.20-7-注：1本表适用于复合式衬砌的初期支护，硬岩围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较大值。表列数据可在施工中通过实测资料积累作适当修正。2拱脚水平相对净空变化指两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5-4跨度7m≤B≤12m隧道初期支护极限相对位移埋深h(m)围岩级别h≤5050＜h≤300300＜h≤500m拱脚水平相对净空变化（%）Ⅱ—0.01～0.030.01～0.08Ⅲ0.03～0.100.08～0.400.30～0.60Ⅳ0.10～0.300.20～0.800.70～1.20Ⅴ0.20～0.500.40～2.001.80～3.00拱顶相对下沉（%）Ⅱ—0.03～0.060.05～0.12Ⅲ0.03～0.060.04～0.150.12～0.30Ⅳ0.06～0.100.08～0.400.30～0.80Ⅴ0.08～0.160.14～1.100.80～1.40注：1本表适用于复合式衬砌的初期支护，硬岩围岩隧道取表中较小值，软质围岩隧道取表中较大值。表列数据可在施工中通过实测资料积累作适当修正。2拱脚水平相对净空变化指两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1.1～1.2后采用。5.2.2位移控制基准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表5-5要求确定表5-5位移控制基准类别距开挖面1B（U1B）距开挖面2B（U2B）距开挖面较远允许值65%U090%U0100%U0注：B为隧道开挖宽度，U0为极限相对位移值。5.2.3管理等级-8-根据位移控制基准，按表5-6分为管理等级表5-6位移管理等级管理等级距开挖面1B距开挖面2BⅢU＜U1B/3U＜U1B/3ⅡU1B≤U≤2U1B/3U2B/3≤U≤2U2B/3ⅠU＞2U1B/3U＞2U2B/3注：U为实测位移值5.2.4监控量测结束标准根据收敛速度判别：一般地段：收敛速度＞5mm/d时，围岩处于急剧变化状态，加强初期支护系统；收敛速度＜0.2mm/d时，拱部下沉速度小于0.15/d，围岩基本达到稳定。特殊地质地段：加强初期支护强度和刚度，严格控制过大变形。各量测项目持续到变形基本稳定后2周结束，断层破碎带地段位移长时间不能稳定时，延长量测时间并采取加强措施。6.监控量测数据的统计分析与信息反馈6.1量测数据的整理、分析6.1.1量测数据的观测、整理每次观测后应立即对观测数据进行校核，如有异常应及时补测；每次观测后应及时对观测数据进行整理，包括观测数据计算、填表制图、误差分析等。6.1.2量测数据分析根据量测值绘制时态曲线时间—位移曲线时间（t）位移（mm）正常曲线反常曲线图5-1时态散点图-9-数据整理：把原始数据通过一定的方法，如大小顺序，用频率分布的形式把一组数据分布情况显示出来，进行数据的数字特征计算以及离群数据的取舍。回归分析和曲线拟合：取得监测数据后，及时整理分析监测数据，绘制位移—时间曲线，当位移—时间曲线趋于平缓时，进行数据处理或回归分析，推算最终位移值，掌握位移变化规律。结合施工步骤对围岩、支护等变形进行分析判断，将实测数据与允许值进行比较，及时绘制各种变形-时间关系曲线，预测结构变形发展趋势，预测结构的安全性，评价施工方法，确定工程技术措施，并向总工程师及监理工程师汇报，工区技术负责人根据监测结果并及时调整施工工序及采取相应的技术措施，以实现信息化施工。为确保监测结果质量，加快信息反馈速度，全部所得监测数据均由计算机分析，并绘制测点位移变化曲线图。回归分析采用以下三种回归函数：①对数函数U=A+B×l