高速公路隧道监控量测技术.doc

- 28 -公路隧道监控量测技术编制人：*、*高速公路a3合同段项目经理部2009年12月9日摘要：*高速公路是我公司的重点项目，总长14.5公里，其中隧道总长3257米，其中v级围岩1500米，占了隧道总长度的1/3左右，五座隧道进出口均以级围岩为主，隧道进口段洞顶及洞身围岩为厚层残坡积土层及强风化泥岩层，呈松散状结构，无自稳能力。处理不当会出现大坍塌，总体稳定性差，为了保证隧道施工的安全和顺利进行，掌握围岩和支护的动态信息；使隧道结构既安全，满足其使用要求，又经济合理；在不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的地段或业主及监控的地段设置监控量测断面，进行全面、系统的监控量测，以指导现场施工。一、监控量测目的及依据1.1监控量测目的（1）掌握隧道施工不同工况下围岩动态，并及时对其围岩稳定性做出评价；（2）通过对围岩和支护的变位、应力测量，修改支护系统设计；（3）及时地为调整、修改设计和施工方法等提供科学参考依据，能有效地避免塌方等工程事故； （4）积累资料，为以后的类似工程设计、施工提供经验。 监测在信息化设计施工中的作用如图1-1所示。1.2工程监测的必要性 作为开挖对象，土体特性非常复杂，解析上的诸多假定是在所难免的，因此解析的结构只能作为一个初期的预测，而并非对环境的掌握。与解析相对性，监测具有相对准确地把握土体自身的动态（应力、变形、应变等）的特性。在解析结果的基础上对照监测结果，及时修正设计，实现信息化施工。 如前所述，工程施工中的现场监测是其施工过程中必不可少的内容之一。而且各种施工开挖方法对偶土体和支护结构的受力以及周边的环境有较大的影响。尤其是不良地质现象如果不及时发现和处理，很可能发展成重大施工事故。为使施工满足安全性和经济性。1.3监测方案制定的原则 根据隧道的工程地质和水位地质条件，结合我公司在以往隧道监测中积累的经验，编制本监测方案遵循以下原则： （1）监测方案以安全监测为目的，根据工程特点确定监测对象和主要监测指标。 （2）根据监测对象的重要性确定监测规模和内容、监测项目和测点布置，较全面地反映围岩的实际工作状态。 （3）采用先进、可靠的监测仪器和设备，设计先进的监测系统。 （4）为确保提资料供可靠、连续的监测，各监测项目间相互校验，以便数值计算、故障分析和状态研究。 （5）在满足工程安全的前提下，尽量减少对工程施工的交叉干扰影响。 （6）按照国家现行的有关规定、规范及招标文件要求编制监测方案。1.4编制主要依据(1)公路隧道施工技术规范（jtj042-94）(2)公路隧道设计规范（jtg d70-2004） (3)工程测量规范（gb50026-93） (4)*高速公路三明段下湖口隧道监控量测及技术服务项目施工文件 (5)*高速公路三名段下湖口隧道设计文件 (6)*高速公路三明段下湖口隧道施工组织设计文件 (7)闽高路工（2006）90号文（关于加强隧道监控量测工作的紧急通知） (8)其他公路工程建设相关规范、标准、资料。二.监测项目实施方案根据招标文件、设计文件、施工组织设计文件的要求，结合我们以前在类似工程中总结的监测经验，在本隧道中开展如下监测项目：（1） 洞内外观测（2） 地表下沉监测（3） 拱顶沉降监测（4） 周边收殓量测（5） 围岩体内位移监测（6） 锚杆轴力监测（7） 锚杆长度及砂浆饱和度检测（8） 锚杆拉拔力测试（抽检）（9） 二衬应变监测（10） 钢支撑内力监测（11） 围岩与初期支护间的压力监测（12） 初期支护与二衬之间的压力监测各监测项目的具体监测方法如下：2.1洞内观察2.1.1观测内容（1）对开挖后没有支护的围岩：1）岩质种类和分布状态，近界面位置的状态；2）岩性特性：岩石的颜色、成分、结构、构造；3）地层时代归属及产状.4）节理性质、组数、间距、规模、节理裂隙的发育程度和方向性，断面状态特性，充填物的类型和产状等；5)断层的性质，产状，破碎带宽度、特性；6）地下水类型，涌水量大小，涌水压力，湿度等；7）开挖工作面的稳定状态，顶板有无剥落现象；（2）开挖后已支护段1）初期支护完成后对喷层表面的观测及裂隙状况的描述和记录；2)有无锚杆被拉脱或垫板陷入围岩内部的现象；3)喷混凝土是否产生裂隙或剥离，要特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏；4）有无锚杆和喷混凝土施工质量问题；5)钢架有无被压弯现象；6）是否有底鼓现象。（3）洞外观察主要是了解洞口、洞身和浅埋段的地表变形、开裂情况。2.1.2观察目的通过对洞内外观察，以达到：1) 预测开挖面前方的地质条件2) 为判断围岩、隧道的稳定性提供依据；3) 根据喷层表面状态及锚杆的工作状态，分析支护结构的可靠程度；4) 掌握地表变形变位及开裂等情况。2.1.3观测方法每次爆破开挖后，利用地质素描、照相或摄像技术将观测到的有关情况和现象进行详细记录，观测中，如发现异常现象，要详细记录发现的时间、具体的里程位置以及对异常情况的描述。2.1.4测试仪器地质罗盘仪，地质锤，放大镜，数码照相机或摄像机2.1.5监测频率每次开挖后及初期支护后及时进行观察，暂定平均按每2m一个断面观察成果。2.2隧道周边收殓监测2.2.1监测内容隧道周边收殓监测，是监测隧道内壁两点连线方向的相对位移或监测点的绝对位移量。2.2.2监测目的对隧道周边进行收殓观测，主要有以下目的：1） 周边位移是隧道围岩应力状态变化的最直观反映，监测周边位移可为判断隧道空间的稳定性提供可靠的信息，以确定初期支护的安全性；2） 根据变位速度、变位加速度判断隧道围岩的稳定程度，为二次衬砌提供合理的支护时机；3） 判断初期支护设计与施工方法选取的合理性，用以知道设计和施工。2.2.3监测方法在隧道内设置监控量测断面，每个断面分别在侧墙和拱顶设置测点，利用收殓计，采用一根在重锤作用下被拉紧的普通钢尺作为传递位移的媒介，通过百分表测读隧道周边某两点相对位移的变化。测点应在距开挖面2m的范围内尽快安设，在爆破后24h内或下一次爆破前测读初期读数。2.2.4测试仪器隧道收殓仪2.2.5监测精度监测的最小精度1.0mm。2.2.6测点布置本隧道平均63米布设一个监测断面，每监测断面设置不少于4条测线。其中v级围岩15米做一次检测，测线点分别布置在拱顶及两侧。如图2-1所示2.2.7水平收殓警戒值根据公路隧道设计规范（jtg d70-2004）锚喷衬砌和复合式衬砌初期支护的允许洞周水平相对收殓值如表2-1所示。表2-1允许洞周水平相对收殓值（%）围岩级别埋深（m）50503005003010.10.30.20.50.41.20.150.50.41.20.82.00.20.80.61.61.03.0注：1)水平相对收殓值系指收殓位移累计值与两测点间距离之比；2）硬质围岩隧道取表中较小值，软质围岩的隧道取表中较大值；3）本表所列数值，可在施工过程中通过实测和资料积累作适当修正；4）拱定下沉允许值，一般按本表数值的0.51.0倍采用；5）vi、ii、i级围岩可按工程类比初步选定允许值范围。2.2.8监测频率本隧道拱顶沉降和周边收殓监测按表2-2所列频率进行。表2-2隧道收殓位移和拱顶下沉监测位移速度（mm/d）距工作面距离频度备注10（01）d12次/1天注：d为隧道宽度510（12）d1次/1天51（25）d1次/2天15d1次/1周注：1）从不同测线得到的位移速度不同，监测频率应按速度高的取值；2）若根据位移速度和据工作面距离两项指标分别选取的频率不同，则从中取高值；3）后期监测时，间隔时间可加大到几个月或半年监测一次。2.3隧道拱顶下沉监测2.3.1监测内容拱顶下沉监测，是指对隧道拱顶的实际下沉位移值进行监测，是相对于不动点的绝对位移。2.3.2监测方法在隧道内设置监测断面，在隧道内设置监测断面，在隧道拱顶设置测点，安设隧道拱部监测测点，将钢尺或收殓计挂在作为隧道拱部测点上作为标尺，后视点可设在稳定的部位，用水平仪观测。测点应在距开挖面2m的范围内尽快安设，并应保证爆破后24h内或下一次爆破前测读初次读数。2.3.3测试仪器精密水准仪、钢尺等仪器。2.3.4监测精度监测的最小精度1.0mm.2.3.5测点布置本隧道平均15米布设一个监测断面，和隧道周边收殓布设于同一断面上。每监测断面设置在拱顶处设置监测测点。如图2-1所示。2.3.6拱顶沉降警戒值根据隧道埋深及围岩类别确定拱顶沉降控制值，按表2-1要求读取。2.3.7监测频率按表2-2所列频率进行。2.4围岩体内位移监测2.4.1监测内容在隧道围岩内钻孔，在孔内安设测试元件，监测沿钻孔不同深度岩层的位移值。2.4.2监测目的对隧道内部位移进行观测，主要有以下目的：1） 确定围岩位移随深度变化曲线；2） 找出围岩的移动范围，深入研究支架与围岩相互作用的关系；3） 判断开挖后的松动区、强度下降区以及弹性区的范围；2.4.3测量方案 沿隧道周边布置钻孔，在孔内埋设多点位移计，使各测点与钻孔壁紧密结合，岩层移动时带动测点一起移动，监测各测点钢带在孔口的读数。假定最远测点布置在稳定围岩内，进而可以求出各测点相对于最远测点的位移值。当最远测点的埋设深度愈大，本身受开挖的影响愈小，所测得的位移值愈接近绝对值。2.4.4监测仪器采用多点位移计。2.4.5监测精度监测的最小精度1.0mm。2.4.6测点布置根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求地段或业主监理认为有必要监控的地段。在左右线洞内各设置2个监控量测断面，断面位置暂定于隧道洞口地段和隧道中部。洞口地段的监测断面，每个断面在侧壁和拱顶设置3个测孔，每测孔内设置3个测点，如图2-3所示：2.4.7监测频率如表2-3所示。表2-3锚杆轴力、多点位移监测频度表开挖（天）频度开挖（天）频度11512次/天30901次/周16301次/1天901次/月注：对于机械式多点位移计，二衬施作后即结束监测。2.5锚杆轴力监测2.5.1监测内容测试锚杆轴力的大小2.5.2监测目的1）了解锚杆受力状态及轴向力的大小，为确定合理的锚杆参数提供依据；2）判断围岩变形的发展趋势，概略判断围岩内强度下降区的界限；3）评价锚杆的支护效果；4）掌握岩体内应力重分布的过程；2.5.3监测方法沿隧道周边钻孔，布置与锚杆材质相同的监测锚杆，沿锚杆不同长度上布置元件，监测沿锚杆长度各点的轴力。2.5.4监测仪器由钢筋应力传感器连接而成的锚杆轴力计。2.5.5监测精度1/100（f.s）2.5.6测点布置根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求地段或业主及监理认为有必要检测的地段。在左右线洞内各设2个监控测量断面，断面位置暂定于隧道洞口地段和隧道中部。洞口地段的检测断面，每个断面在侧壁和拱顶设置5个测孔，每测孔内设置3个测点，如图2-2所示。由于隧道围岩变化情况不大，隧道中部的检测断面，每个断面在侧壁和拱顶设置3个测孔，每测孔内设置3个测点，如图2-3所示。2.5.7检测频率如表2-3所示。2.6锚杆长度及砂浆饱和度检测2.6.1检测内容检测锚杆的长度和砂浆的饱和程度。2.6.2检测目的1）了解锚杆长度是否满足设计要求。2）检测砂浆的饱和程度。2.6.3检测方法m-10b型锚杆测试仪是用于检测锚杆杆体长度和握裹砂浆密实度的专用仪器。由激发器、换能器和主机三部分组成，激发器击发锚杆产生的反射波通过换能器，经衰减、滤波、放大、a/d转换，送cpu处理，把结果显示在液晶屏上。通过分析判释检测锚杆长度及握裹砂浆密实度。2.6.4检测仪器m-10b型锚杆测试仪2.6.5测点布置本工程沿隧道轴线每10米检测一个断面的锚杆，且锚杆根数不少于3根。2.7模筑二次衬砌应力监测2.7.1监测内容监测二次衬砌内、外表面的应变，从而计算二次衬砌截面内的轴力和弯矩。2.7.2监测目的1）了解二次衬砌的受力条件。2）判断支护长度长期使用的可靠性以及安全程度。3）检验二次衬砌设计的合理性，积累资料为经验类比提供依据。2.7.3监测方法沿隧道周边在二次衬砌内、外侧对称地埋设入式混凝土应变传感器进行监测。2.7.4监测仪器xjh-2埋入式混凝土应变传感器。2.7.5测点布置根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求地段或业主和监理认为有必要监控的地段。在左右线洞内各设置2个监控两侧断面，断面位置暂定于隧道洞口地段和隧道中部，和多点位移计埋设于同一断面。每个断面在侧壁和拱顶设置5个対测点，如图2-4所示。2.7.6监测频率同锚杆轴力监测。2.8围岩压力及层间支护压力监测2.8.1监测内容测试围岩与初期支护之间以及初七支护与二次衬砌之间的压力。2.8.2检测目的1）了解初期支护对围岩的支护效果，判断复合式衬砌中围岩荷载的大小。2）了解初期支护与二次衬砌的实际承载情况及各自分担围岩压力情况。4） 检验隧道偏压，保证施工安全，优化支护参数。2.8.3监测方法根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的地段或业主及监理认为有必要监控的地段，在左右线洞内设置监控量测断面，每个监控断面沿隧道周边在围岩与初期支护之间以及初七支护与二次衬砌之间埋设土压力盒进行监测。2.8.4监测仪器xyj-4压轴式双膜土压力传感器。2.8.5测点布置根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的地段或业主及监理认为有必要测控的地段。在左右线洞内各设置2个监控两侧断面，断面位置暂定于隧道洞口地段和隧道中部，和多点位移计埋设于同一断面。每个断面在侧壁和拱顶设置5个対测点，如图2-7所示。2.8.6监测频率同锚杆轴力监测。2.9钢支撑内力2.9.1监测内容测试钢架的轴力，从而计算钢架所受的轴力和弯矩。2.9.2监测目的1）了解钢架与喷混凝土对围岩的组合支护效果。2）了解钢架的实际工作状态，视具体情况决定是否需要采取加固措施。3）判断初期支护承载能力，保证施工安全，优化支护参数。2.9.3测试方法根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求的停车、通道交叉地段或业主及监理认为有必要测控的地段，在每座隧道均设置监控量测断面，每个监控断面沿隧道周边在钢架内、外侧侧壁对称地设置钢筋应力计进行监测。2.9.4测试仪器xjg-2型钢铉式钢筋应力传感器。如图2-8所示。2.9.5监测精度1/100（f.s）2.9.6测点布置根据不良地质、突水、洞口浅埋等及有特殊要求地段或业主及监理认为有必要监控的地段。在左右线洞内各设置2个监控两侧断面，断面位置暂定于隧道洞口地段和隧道中部，和多点位移计埋设于同一断面。每个断面在侧壁和拱顶设置5个対测点，如图2-9所示。2.9.7监测频率同锚杆轴力监测2.10洞口浅埋段地面沉降监测2.10.1监测内容测试洞口浅埋段隧道开挖时对地面沉降的影响及其影响范围。2.10.2监测目的1）判断开挖时对地面沉降的影响及其影响范围。2）根据监测结果决定对该区段设计、施工刚发的调整和变更。3）保证施工安全，优化支护参数。2.10.3测试方法用精密水准仪、全站仪对测点的高程进行测量，计算其高程的变化量。2.10.4测试仪器精密水准仪、铟钢尺、全站仪、反光片等仪器。2.10.5测点布置垂直隧道轴线在洞口设置监控断面，隧道范围从拱顶位置左右间隔2m对称布设沉降观测点。本隧道在进出口左右线各布置两个监测断面，对于洞口坡度较缓的，设置两个沉降监测断面，每个断面不少于7个监测测点。洞口坡度较陡的，设置一个沉降监测断面，不少于7个检测测点，和一个水平位移检测断面，不少于4个检测测点。三.监测数据的处理分析和报送3.1监测数据的处理与分析本监测工程采用地下工程智能检测软件处理检测数据并进行分析，以数值和图形、图表等多种形式描述各项检测项目的变化趋势。根据各个两侧项目采集的数据，进行数据处理分析，提供各监测项目内容时程变化图和断面分布图及其监测结果分析给设计、施工方作为变更设计和改变施工方法的依据。根据监测数据分析结果进行下列分析，提供作为变更设计和施工方法的依据，实现检测的根本目的随时把握施工的安全性，提供解析结果及评价月报。对解析结果进行理论分析。 根据监测数据分析结果，确认、评价施工方法对构造物的影响，确保其安全。 根据监测数据分析结果，确认、评价地下水位变化对结构的影响。 根据监测数据分析结果，确认、评价施工方法的合理性，探讨优化施工方法。 根据检测数据分析结果，提高完整的检测结果分析报告书，总结评价给区段的设计、施工合理性、经济性、为以后类似工程在计划、设计及施工阶段参考。3.2监测杲杲的内容及报送时限 月报主要是工程监测阶段性总结报告，每月25日报送到业主代表和监理工程师。简报是在日程监测过程中出现的突变或雷击变化达到警戒值时，先以电话或口头形式报告业主代表和监理工程师，本次监测工作结素后，必须以纸质文件形式出现简报。四.监测主组机构及质量管理体系4.1监测组织机构4.1.1主要人员名单。组 长: *副组长: *组 员: * * * * * 4.1.2监测组织主要职责 负责监测方案和检测计划制定；监测仪器的选择和调试、仪器保养维修工作；负责量测计划的安排与实施。包括量测断面选择、测点埋设、日常量测、资料管理等；监测数据的搜集、整理和分析；负责及时进行量测值的计算和绘制图表。并快速、及时准确地将信息（量测结果）反馈给现场施工指挥部，以指导施工。现场监控量测，按监测方案认真组织事实，并与其他环节紧密配合，不得中断。及时向业主和监理工程师提交监测报告。4.1.3监测流程检测数据分析为达到预定的监测目的，要进行科学合理的组织安排，监测需严格按监测流程进行，如图4-1所示。图4-1 监测流程框图4.2 质量管理及资料反馈体系监测管理水平及管理体制如表4-1所示。表4-1 管理水平及管理体制上表中管理水平级按控制标准的50%，管理水平级按控制标准的70%，管理水平级按控制标准的100%考虑。上述标准将视实际量测项目和其重要程度作适当的调整。日常工作采用图4-2流程进行管理。同时，建立健全监测工作的质量保证体系，确保各项监测工作严格监测方案及规范实施，保证监测数据的准确性和真实性。4.3监测工作制度为保证监测工作顺利有效并安全地实施，建立一套健全的安全工作保证体系，严格其规定程序执行和各项监测作业。 总结以往监测施工过程中的安全生产经验教训，对于成功的控制方法进行总结推广。 监测的过程中必须具有合理的安全设计和安全技术措施，并认真执行。 监测设备必须符合技术和安全规定。 监测的人员必须经过安全教育培训。 监测方案和安全技术措施必须给参加本项目的人员进行交底。安全技术措施交底作到人人明白，心中有数。 监测工作的各级各类人员的安全责任制必须落实。 在监测工作前，必须制定安全预防措施。并对不安全因素制定有效的控制措施。4.4确保施工监测质量的措施建立监测专业组；建立专业监测小组，以现场负责人为直接领导，由具备丰富施工经验、监测经验的工程技术人员组成。除及时搜集、整理和各项监测资料外，尚需对这些资料进行计算分析对比。制定详细的监测计划：根据施工监测的要求制定检测计划，并报业主和监理工程师。这份报告的容包括施测方法和计算方法，操作规程，观测仪器设备的培植和测量专业人员的设置等。采购元器件及有关监测元件和仪器的标定：根据监测计划，在施