某隧道现场监控量测作业指导书

-30--1XXX隧道现场监控量测作业指导书一、现场监控量测在隧道施工中的重要性在新奥法施工的隧道中，现场监控量测就是判断隧道围岩和支护结构体系的稳定性及工作状态、保证施工安全、指导施工、选择和修正支护参数、进行施工管理、提供设计信息的重要手段。它是设计、施工中必不可省的一个重要环节，它对于施工前的设计以及施工过程中的再设计有着重要的指导意义。㈠.新奥法施工的基本原则新奥法施工的基本原则为“少扰动、早喷锚、勤量测、快封闭”。新奥法的施工顺序见图1-1。.现场监控量测对隧道施工及隧道再设计的意义由于地下工程的受力特点及其复杂性，自50年代以来，国际上就开始通过对地下工程的现场量测来监视围岩和支护的稳定性，并应用现场量测结果修正设计和指导施工。近年来，现场量测又与工程地质、力学分析紧密结合，逐渐形成一整套监控设计原理和方法，较好的反映和适应地下工程的动态变化规律。监控设计通常分两个阶段：初始设计阶段和修正设计阶段。初始设计阶段一般应用于工程类比法与数理初步分析法进行；修正设计则是根据现场量测所得数据进行数值分析和理论分析，作出更为接近工程实际的判断，以此来修正支护参数和指导施工（图1-2）。由此可见，量测除在初始设计阶段进行初勘和各项静态测试外，更重要的是在施工阶段进行地质详勘和各项动态测试。修正设计是贯穿在整个施工过程中，并与施工同时进行。它是对初始设计的完善和修正，也是对施工的指导和调整。二、XXX隧道现场监控量测的方案㈠．现场监控量测目的1、监视围岩应力和变形情况，验证支护衬砌的设计效果，了解支护结构的应力状态和应力分布；保证围岩稳定和施工安全。2、通过量测数据的分析处理，掌握围岩稳定性变化规律，确认或修改支护衬砌设计参数和施工方法，提供围岩和支护衬砌最终稳定的信息。3、评价支护结构的合理性及其安全性，并对于设计和施工的合理性进行评估和信息反馈，以确保施工安全和隧道的稳定。4、掌握地表沉陷、围岩和支护结构的工作动态，进行日常施工管理，指导施工作业，并对围岩稳定性作出评价；5、积累经验,指导今后其他类似工程设计和施工。㈡.现场监控量测人员组成西山隧道现场监控量测人员有:组长副组长组员㈢.现场量测项目及使用仪器根据《XXX隧道两阶段施工图设计》所提供的地质条件、支护类型和施工方法等，并依据交通运输部颁发的《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）、《公路隧道施工技术细则》（JTG/TF60-2009）和《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）中规定的隧道现场监控量测项目内容来选择西山隧道的测试项目。对于XXX隧道而言，现场监控量测项目及使用仪器见表1-1。㈣.现场监控量测的方法及要求1、现场监控量测方法①.地质及支护状况观察每次开挖后，通过肉眼观察、地质罗盘和锤击检查隧道各个掌子面，描述和记录围岩地质情况、岩层产状、裂隙、地下水及支护效果，对围岩稳定性进行评价，看围岩类别是否与预设计相符。必要时应拍照、测量地下水流量，每一量测断面均要填写记录表（附表1）并画出地质素描图。对开挖面附近的初期支护状态进行观察和描述，是直接判断围岩、隧道稳定性和支护结构参数合理性的重要手段。②.洞外观察洞外观察主要是在洞口段和洞身埋置深度较浅地段，观察地表开裂、地表沉陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗透情况、地表植被变化等。③.围岩周边收敛量测隧道周边收敛是指隧道周边相对方向两个固定点连线上的相对位移值，它是隧道开挖所引起围岩变形最直观的表现，采用隧道净空变化测定计（简称收敛计）进行量测。隧道开挖爆破后应尽早在隧道两侧边墙、拱腰水平方向埋设测杆或球头测桩，埋设深度20~30cm左右，钻孔直径40~50mm，用锚固剂固定，严禁将测点焊接在钢支撑上，测桩球头须设保护罩。测点布置如图1-3a、1-3b净空位移量测的测线布置图。④.拱顶下沉量测通常情况下，浅埋隧道的拱顶下沉及地表下沉是判断围岩是否稳定的重要标志。拱顶下沉会向上传至地表，地表点的下沉值一般比拱顶点的下沉值要小，而且滞后于拱顶点下沉一段时间。但当隧道埋深很浅、围岩又破碎时，地表下沉值接近于拱顶下沉值而形成整体下沉。通过测定拱顶点的垂直位移随隧道开挖面变化的情况，即可判断隧道的稳定性。拱顶下沉量测通常在周边收敛量测同一断面的拱顶轴线处设1个带钩的测桩，吊挂钢卷尺，用精密水准仪量测隧道拱顶绝对下沉量。测点布置如图1-3a、1-3b净空位移量测的测线布置图中。⑤.地表下沉量测在隧道洞口段和浅埋段的地表测试范围内埋设沉降观测点，用水准仪量测观测点的绝对下沉量。XXX隧道现场监控量测项目及使用仪器表1-1项目名称方法及工具布置精度量测频率围岩类别断面间距每断面测点数洞内、外观察现场观察、地质质罗盘——开挖后及初期支支护后进行行————周边位移JSS30A型型数显收敛敛计Ⅲ40~60m2条测线0.1mm位移速度≥5mmm/d时，2次/d。位移速度1～55mm/dd时，1次/d。位移速度0.55～1mm//d时，1次/2d。位移速度0.22～0.5mmm/d时，1次/3d。位移速度＜0..2mm//d时，1次/7d。Ⅳ20~40m2条测线Ⅴ15~20m3条测线拱顶下沉水平测量的方法法水平仪、水水准尺、钢钢尺Ⅲ40~60m1个测点0.1mm量测断面距开挖挖面距离＜＜1b(mm)时，2次/d。量测断面距开挖挖面距离(1~2)b((m)时，1次/d。量测断面距开挖挖面距离(2~5)b((m)时，1次/2~3d。量测断面距开挖挖面距离＞＞5b(mm)时，1次/7d。Ⅳ20~40m1个测点Ⅴ15~20m1~3个测点地表下沉水平测量的方法法水平仪、水水准尺洞口及浅埋段（h0≤2b）0.5mm开挖面距量测断断面前后＜＜2b时，1~2次/d。开挖面距量测断断面前后＜＜5b时，1次/2~3d。开挖面距量测断断面前后＞＞5b时，1次/3~7d。注：1、表中b-隧道开挖宽度，h0-隧道埋深；2、各项量测作业均应持续到变形基本稳定后15~20d结束；3、周边位移和拱顶下沉的量测频率应取按位移速度和按距开挖面距离的大值进行量测。2、对量测的要求①.尽快埋设测点。隧道开挖过程中，围岩应力场、位移场的变化与开挖作业面的空间位置密切相关。一般情况下，位移的变化在量测断面前后总计两倍洞径范围内最大。为了全面量测应力、位移的变化值，要求测点埋设紧靠开挖作业面，且要尽快埋设，以减少对施工的干扰。第一次测试宜在埋设测点后立即进行，以便取得初始数据。②.一次量测的时间宜尽量短。③.测试的数据要求直观、正确、可靠。隧道开挖、支护作业是连续循环进行的，信息反馈必须及时、全面，不影响施工。为了便于信息反馈，测试数据以直观为好，即测得的数据不需经过复杂的计算就可直接应用。④.测量仪器要有足够的精度。3、其他要求施工期间应经常仔细地观察开挖面围岩稳定状态、已施工地段的支护衬砌情况和地表建筑物安全状况。①.开挖面观察内容a.岩层种类和分布情况，岩层强度、风化和变质情况；节理裂隙发育程度和方向性、填充物的性态；断层的位置、走向和破碎程度。b.开挖面稳定状态，拱部有无围岩剥落和坍塌现象。②.已施工地段观察内容a.有无锚杆拉断，拖板松动或陷入围岩的现象。b.喷射混凝土是否产生裂缝、剥落和剪切破坏。c.钢架变形、压屈位置和状态，钢架与喷射混凝土粘结情况。d.二次衬砌变形、开裂和破坏情况；漏水大小和范围；有无底鼓现象。③.地表观察在浅埋或洞口附近施工时，对地表下沉、开裂、滑移及地表建筑物安全状况进行观察。④.周边收敛及拱顶下沉量测断面和测点布置的一般原则a.洞内收敛和拱顶下沉量测，原则上应设在同一断面。b.同一断面测点布置见图1-3a、1-3b。图1-3a测线布置图(一)图1-3b测线布置图(二)㈤.量测数据收集量测数据的收集要及时，并保证原始数据的真实性，同时采集数据要保证仪器的精确性。收集数据要填写到周边收敛量测记录表（见附表2）和拱顶下沉（地表沉降观测）记录表（附表4），包括天气、温度、量测数据等。在进行监控量测现场收集数据时，可能会出现真假误差现象，要引起注意。以JSS30A型收敛计为例，在收敛量测读数时，要观测三次取中值，三次读数之间的允许误差为0．30。若三次观测值超过允许范围应松弛后，重新观测保证三次读数在允许范围内。在拱顶下沉的读数过程中，由于钢尺精确度影响，在读数时量测人员要进行换读取中值，以免由于读数误差影响准确性。在进行数据收集时，量测人员应责任心强、细心，要紧跟工作面，详细记录爆破后开挖面围岩以及喷层面的变化情况。在数据收集后，要对各种数据整理分类，以备分析时使用。并要求量测人员相互交流，量测人员要详细读图将施工图纸读透，熟悉施工方法，只有这样才能将量测技术运用得当。㈥.量测数据的处理、应用和围岩稳定性判断现场量测数据中存在偶然误差，具有一定的离散性，故量测数据的时间散点图上下波动，难于找出规律。为了检验量测结果的可靠性，了解围岩应力状态、变形规律和稳定性程度，故应对量测数据进行回归分析。并绘制位移-时间曲线，修正位移—时间（u~t）曲线中按实测数据所描绘的散点分布，找出位移随时间变化的规律，并推算出位移的极限值，为监控设计提供重要信息。在一般的现场测试中，所测数据大多数是反映两个变量间的关系，这类问题的分析包括一元线性回归和一元非线性回归两种情况。1、绝对位移的换算目前一般采用隧道净空变化值（收敛值）作为信息反馈值。收敛值是指隧道周边两侧点连线方向上的相对位移值，所以必须把它换算成两测点的绝对位移值，换算的方法如图1-4a)所示：式中：、、、——、两测点绝对位移的水平和垂直分量；——、联线与水平方向夹角，按逆时针方向为正；——基线、方向的收敛值。当隧道拱顶点及两侧边墙中点（或墙脚附近）布置成闭合三角形收敛量测基线时，如图1-4b)所示，则可根据上述原理写出如下方程式：从图中看出，未知数的总数=测点数n×2=3×2=6，而方程数=基线数m=3，为求解上述方程必须引入三个已知数。现令，则，此时上述方程式变为：用克莱姆法则解此方程，得由于隧道实际量测基线网仅为一条周边水平收敛测线和一个拱顶下沉绝对位移量测测点，1、2点的绝对位移值近似取收敛值的1/2，3点的绝对位移值直接取下沉值，并以此作为回归分析时位移的实测值。通常来说，在采用以下两条基本假定的情况下：⑴拱顶下沉只考虑铅垂方向的位移，而认为水平方向的位移为零；⑵周边水平收敛只考虑水平方向的位移，而认为铅垂方向的位移为零；其精度与采用闭合三角形作为收敛量测的基线时推算出的三点的位移（包括两个水平位移和一个铅垂位移）精度相差不超过5~10倍，可以认为该精度已满足隧道工程实际应用的需要。2、一元线性回归一元线性回归是研究被测物理量随时间呈线性变化的规律，即通常说的配直线问题，若令被测物理量（如位移）为y，观测时间为x，我们设法找出一直线函数式来表示两个变量y与x的关系，即，这条直线称y对x的回归线。实测数据散点一般都不在一条直线上，要使选择的直线与实际散点相差最小，最有代表性，需要用最小二乘法原理来判别。若自变量x取某个值时，对应的实测值y为，而用回归计算所得的值为，则。最小二乘法原理就是：已有几个试验点（，），使平方和达到最小的回归线是最好的。式中a、b分别为：，。其中：，式中：a——固定常数项；b——回归系数；——x的离差平方和；——y的离差平方和；——x与y的离差乘积之和。对任何两个变量x和y的一组测试数据（，），都可以按上述方法得到一条数字上的最佳回归线。但实际上，这条回归线是否有意义，还必须用表示两变量x与y间线性关系的系数——相关系数r来判别。相关系数r是反映实测数据线性关系好坏的指标，其绝对值越接近于1，数据x与y的线性关系越好；若r接近于0说明数据x与y之间没有线性关系——两者无关或两者有非线性关系。在实际应用中，r值究竟为多大时，才算线性较好，一般可用相关系数检验表进行查对，见表1-2：相关系数检验表表1-2n-25%1%n-25%1%n-25%1%10.9971.000110.5530.684250.3810.48720.9500.990120.5320.661300.3490.44930.8780.959130.5140.641350.3250.41840.8110.917140.4970.623400.3040.39350.7540.874150.4820.606500.2730.35460.7070.834160.4680.590600.2500.32570.6660.798170.4560.575700.2320.30280.6320.765180.4440.561800.2170.28390.6020.735190.4330.549900.2050.267100.5760.708200.4230.5371000.1950.254表中的数值是在两种精度要求时，相关系数应达到的最小值。相关系数r只揭示了两变量间的相关性如何，为了知道实测数据与回归线上的相应值的波动状况，进一步了解用回归线来反映与预报实测数据的精度，尚需用剩余标准离差S来衡量。从上面计算结果可以得到概率是95.4%的点子的散落范围，结合具体工程中观测数据的情况，由值的大小，可以判别回归线的精度的高低。3、一元非线性回归在现场测试与工程试验中，两个变量之间多数不是线性关系，而是某种曲线关系。如何选择出恰当类型的曲线，可进行一元非线性回归分析，其方法步骤如下：①.选择能代表两变量x与y之间内在关系的函数类型。②.求出两变量x与y相关函数中的未知参数。欲求非线性函数关系中的未知参数，首先是通过把非线性的函数关系变换成为线性函数关系，然后按线性函数求未知参数的方法求出未知参数，再由参数变换式求得选定的曲线函数的未知参数，而得到曲线函数回归方程。③.经过剩余标准离离差分析，感感到精度不不够理想时时，则可另另选一种曲曲线函数按按照上述步步骤再进行行重新分析析。工程试试验、观测测数据回归归分析常用用的几种函函数形式见见表1-3。回归分析析中常用的的几种函数数形式表1-3函数类型函数形式常数渐近线线性函数变换公式双曲函数a＞0b＞0对数函数a＞0b＞0对数函数a＞0b＞0指数函数a＞0b＞0指数函数a＞0b＞0幂函数a＞00＜b＜14、位移-时间曲线的确定定位移-时间曲线通常选选用下面三三种非线形形函数中精精度最高者者进行回归归分析，观观测数据不不少于25个。对数函数μ=Alg（1+t），μ=A+B/lg（1+t）；（式-1）指数函数μ=Ae-B//t，μ=A（1-e-B*t）；（式-2）双曲线函数μ=t/（A+B*t），μ=A*{1--[1/（1+B*t）2]}；（式-3）式中：μ—位移移值，mm；t—量测时间间，d；A、B—回归系数。其中，对数函数数用于软弱弱围岩隧道道开挖后初初期变形进进行回归分分析，可取取得较高的的回归精度度。但是，对对于函数随随t的增加而而发散，因因此不能用用该函数预预估万围岩岩变形的最最终值。而而指数函数数可用来预预估围岩变变形的最终终值（当tt=∞时，μ∞=A。）但该该函数的曲曲线在开始始部分有拐拐点（图1-5），这与与实测数据据变化规律律不符，当当对长期观观测B值很小小时，则拐拐点的影响响不大，可可取的较好好的结果。双双曲线函数数可预计最最终位移值值，μ∞=1/B。5、量测数据的应用用将量测数据进行行处理与回回归分析后后，绘出位位移-时间曲线线，配合地地质、施工工各方面的的信息，再再与由经验验和理论所所建立的标标准进行比比较，对于于设计所确确定的结构构形式、支支护衬砌设设计参数、预预留变形量量、施工方方法和工艺艺及各工序序施作时间间等进行检检验，如与与原设计指指标基本相相符，则可可继续施工工，若差别别过大，应应立即修改改设计（加加强或减弱弱支护衬砌砌），改变变施工方法法，调整作作业时间，以以求安全可可靠、经济济合理。6、围岩稳定性的判判断①.位移值隧道施工时，围围岩和支护护实测位移移值若超过过某一临界界值，则表表示围岩不不稳定，需需加强支护护衬砌。由由于影响围围岩变形的的因素很多多，可参照照表1-4隧道水平平相对位移移值选用。隧道水平允许相相对位移值值（%）表1-4围岩类别埋深（m）＜5050~300Ⅴ0.30~1..000.80~3..50Ⅳ0.20~0..700.50~2..60Ⅲ0.10~0..500.40~0..70注：a.水平相相对位移值值系指实测测位移值与与两测点间间距离之比比；或拱顶顶位移实测测值与隧道道宽度之比比。b.拱定下沉允允许值一般般按本表数数值的0.5~1.0倍采用；；c.硬质围岩隧隧道取小值值，软质围围岩隧道取取大值；d.本表所列数数值，在施施工过程中中可根据实实测和资料料积累于以以修正。②.位移速度开挖通过量测断断面时位移移速度最大大，以后逐逐渐降低。一一般情况下下，初期位位移速度约约为总位移移值的1/4~1/10。位移速速度可作为为判断稳定定的标志。（日日本新奥法法设计施工工指出）当当位移速度度大于200mm/d时，就需需特别支护护，负责可可能使围岩岩失稳。为发挥围岩自承承作用，二二次衬砌一一般在围岩岩变形基本本稳定后施施作，通常常规定隧水水平收敛速速度为0.1~0.2mmm/d，拱顶下沉沉位移速度度为0.11mm/d，既称围岩岩基本稳定定。对于膨膨胀性围岩岩，有的规规定净空位位移速度达达到1mmm/30d后，才施施作二次衬衬砌。.位移加速度（既既岩体变形形曲线的三三个区段）从位移-时间曲曲线图1-6可见：a.位移加速度度为负值（d2u/dt2＜0）。既OA段曲线标志围岩变形速度不断下降，表明围岩变形趋向稳定。（又称为基本稳定区段）b.位移加速度度为零（dd2u/dt2≈0）。既ABB段曲线标标志围岩变变形速度长长时间保持持不变，表表明围岩变变形趋向不不稳定，须须发出警告告，要及时时加强支护护衬砌。（又又称为过渡渡区段）c.位移加速度度为正值（d2u/dt2＞0）。既BC段曲线标志围岩变形速度增加，表明围岩已处于危险状态，须立即停止开挖，迅速加固支护衬砌或采取措施加固围岩。（又称为破坏区段）三、施工中的几点点建议在监控过程中，若若发现净空空位移量过过大或收敛敛速度无稳稳定趋势时时，对结构构应采取补补强措施：：1、增加喷射混凝凝土厚度，或或加长加密密锚杆，或或加挂更密密更粗的钢钢筋网；2、提前是做二次次衬砌，要要求通过反反分析校核核二次衬砌砌强度；3、提前施做仰拱拱。附表1施工阶段围岩分分级判定卡卡工程名称施工里程评定距洞口距离(mm)岩性指标岩石类型(名名称)极硬岩硬岩软硬岩软岩极软岩土岩石强度Rc(Mpa)Rc＞6060≥Rc＞3030≥Rc＞1515≥Rc＞5Rc≤5掌子面状态稳定稳定随时间松弛、掉掉快自稳困难，需及及时支护正面不能自稳、需需超前支护护岩体完整状态态地质构造影响程程度轻微较重严重极严重完整较完整较破碎破碎极破碎间距(m)＞1.50.6~1.550.2~0.660.06~0..2＜0.06延伸性极差差中等好极好粗糙度明显台阶状粗糙波纹状平整光滑有擦痕痕平整光滑张开性(m)密闭＜0..1部分张开0.11~0.5张开0.5~1.00无充填张开＞11.0粘土充填风化程度未分化微风化弱风化强风化全风化简要说明地下水状态渗水量L/(min.110m)＜10干燥或湿润10~25偶有渗水25~125经常渗水干燥或湿润偶有渗水经常渗水初始应力状态态埋深H=m其他地质构造应力状状态围岩级别ⅠⅡⅢⅣⅤ附图及备注记录者：复核者：日期：附表2公路周边收敛量测记记录表合同段工程名称桩号或部位检查日期测线编号测量时间（dtt）观测测值温度修正值修正后观测值相对第一次收敛值(△u))相对上次收敛值值间隔时间收敛速率备注年月日时温度ⅠⅡ平均值℃mmmmmmmmmmmmmmmmmmdmm/d检查结果测量技术主管监理意见签名：年年月日附表3公公路收敛数据回归分分析图合同段工程名称桩号或部位检查日期编