隧道监控量测专项方案

-0-新建地方铁路叙永至大村B标段佘家坡隧道监控量测专项方案编制：审核：批准：二零一七年五月四川省铁路建设有限公司SichuanProvinceRailwayConstructionCorporationLimited-1-佘家坡隧道监控量测专项方案第一章编制依据、编制范围及工程概况第一节编制依据⑴《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204-2008）⑵《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2003）⑶《新建地方铁路叙永至大村线佘家坡隧道设计图》⑷《铁路隧道监控量测技术规程》（Q/CR9218-2015）第二节编制范围适用于新建地方铁路叙永至大村线佘家坡隧道出口监控量测。第三节工程概况佘家坡隧道出口里程DK63+565，全长1780m，最大埋深165m。出口段位于斜坡中下部，地形相对平缓，斜坡自然坡度约15°至20°。坡表覆盖第四系全新统坡洪积土层，厚度2至9米。下伏地层主要为二叠系中统长兴龙潭组页岩、砂岩、炭质页岩、粘土岩，属软质岩，局部见灰岩地层，隧道出口段埋深浅，加之兴隆坪断层距隧道出口段较近，受断层破碎带影响致使下伏基岩岩体极为破碎，地下水丰富。经访问调查，出口位置存在5个老煤窑，且属私人开采，现已废弃多年。有DK63+000至出口段右侧顺层偏压，综上所述隧道出口段工程地质条件差，隧道开挖易遇坍塌，涌水及瓦斯等有毒有害气体。DK63+200至DK63+418段为Ⅳ级围岩，DK63+418至DK63+565段为Ⅴ级偏压。第二章施工组织机构设置第一节施工目标监控量测作为隧道施工过程中必不可少的一道施工程序，通过监测隧道各施工阶段围岩变形和压力情况，验证支护衬砌的设计效果，保证围岩稳定和安-2-全呢；提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据，确定二衬与仰拱是施工时间；通过对量测数据的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，遇见事故和险情，作为调整和修正支护设计参数及施工方法的依据，提供围岩和支护衬砌最终稳定的信息，实施动态管理，从而达到确保施工及结构安全、指导施工顺序、便于施工管理的目的。在监控量测指导施工的同时，必须采取相应的安全防护措施，确保量测作业人员安全。第二节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,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。施工监测机构图第三节监控量测小组成立专门的监控量测小组，责任落实到人，并建立相应的质量保证措施，确保监控量测工作的有效实施，监测资料完整清晰。第四节施工准备一、技术准备1、根据隧道工程地质条件、环境条件、断面大小、施工方法和安全要求进行监控量测设计，并进行技术交底，提供相关的技术参数。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-3-2、已成立监控量测小组，监控量测人员熟练掌握监控量测的相关知识，并经过隧道施工安全教育培训，掌握安全操作技术和安全生产的基本知识。二、仪器准备根据本工程特点，隧道工作面配置相应数量量测仪器如下表，通过质量检定中心检定，附有相关检定证书，符合地方铁路建设相关规范要求并能满足现场正常使用。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1第三章监控量测方案第一节监控项目本段隧道监控量测项目为：洞内与洞外观测、拱顶下沉、地表下沉、水平收敛等。第二节监控方法进行监控量测前，必须先埋设测点。埋设测点时，先在测点处用人工挖孔或钻孔，孔径为40mm、深度为100mm的孔，在孔内填满水泥浆后插入预埋件，尽量使预埋件轴线在同一基线上，并使预埋件销孔轴线处于铅锤位置，上号保护帽，待砂浆凝固后即可进行初始测量。量测测点牢固可靠，易于辨识并妥善保护。监控量测项目内容、方法及仪器见下表：序号监测项目测试方法和仪器备注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）全站仪采用非接触观测法-4-3拱顶下沉水准测量的方法，水准仪、水准尺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）6沉降缝两侧底板不均匀沉降三等水准测量沉降缝两侧底板（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洞口底板（或仰拱填充层面）与洞口过渡段的沉降一、洞内、外观察1、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；2、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；3、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、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。二、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，如下图所示。地表下沉量测断面间距为15m。监测仪器为：精密水准仪，水准尺等。-5-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三、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，DK63+200至DK63+418Ⅳ级围岩段量测断面间距为10m，DK63+418至DK63+565Ⅴ级偏压段测断面间距为5m。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图“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。四、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。监测仪器：水准仪，水准尺。-6-拱顶下沉及收敛量测测点布置图说明：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-7-五、量测频率及控制基准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“”按距开挖面距离确定的监控量测频率”和表“按位移速度确定的监控量测频率”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。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/7d2、监控量测控制基准⑴量测极限相对位移值隧道初期支护极限相对位移选用：-8-隧道初期支护极限相对位移U0里程范围拱脚水平相对净空变化拱腰水平相对净空变化拱顶相对下沉DK63+200至DK63+41845.72mm57.15mm6.45mmDK63+418至DK63+56568.12mm85.15mm11.47mm⑵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位移控制基准要求确定。位移控制基准Uz范围类别距开挖面6.5m距开挖面13m距开挖面较远DK63+200至DK63+418拱脚水平29.72mm41.15mm45.72mm拱腰水平37.15mm51.44mm57.15mm拱顶相对下沉4.19mm5.81mm6.45mmDK63+418至DK63+565拱脚水平44.28mm61.31mm68.12mm拱腰水平55.35mm76.64mm85.15mm拱顶相对下沉7.46mm10.32mm11.47mm3、管理等级根据位移控制基准，按下表管理等级位移管理等级管理等级位移数值范围ⅢU＜Uz/3ⅡUz≤U≤2Uz/3ⅠU＞2Uz/3注：U为实测位移值-9-4、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。六、监控量测数据的统计分析与信息反馈1、量测数据的整理、分析⑴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。⑵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）正常曲线反常曲线时态散点图数据整理：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。⑶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，-10-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×ln（t+1），U=A×ln（（B+T）/（B+t0））；②指数函数U=A×e-B/t，U=A×（e-Bt0-e-BT）；③双曲函数U=t/（A+Bt），U=A[（1/（1+Bt0）2-（1/（1+BT）2）。试用每个函数进行电算，并且选用回归精度和拟合程度最高的函数作最终回归计算。根据回归结果计算位移极值和提前确定二衬日期。绘制量测数据的时态变化曲线图（时态散点图）和距开挖面关系图。在取得足够的数据后，根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值或应力值，预测结构和建筑物的安全状况，防患于未然。还可通过插值法，在实测数据的基础上，采用函数近似的方法，求得符合测量规律而又未实测到的数据。当围岩位移速度不断下降时（du2/d2t＜0），围岩趋于稳定状态；当围岩位移速度不断下降时（du2/d2t=0），围岩不稳定状态，加强支护；当