隧道现场监控量测技术交流会.doc

隧道现场监控量测施工工艺适用于采用复合式衬砌的隧道。为了掌握围岩在开挖过程中的动态和支护结构的稳定状态，必须进行现场监控量测，通过对量测数据的分析和判断，对围岩支护体系的稳定状态进行预测并据此确定相应的施工措施，以确保围岩结构的稳定。1、施工准备1.1、技术准备1）根据隧道的围岩条件、支护类型和参数、施工方法以及所确定的量测目的，编制量测计划。量测计划的内容应包括：现场量测的主要手段、量测仪表和工具及其选用、量测项目及方法的确定；施测部位和测点布置及测量人员组织；测试方案和实施计划的测定；量测数据处理与应用、量测管理等。监控量测应符合设计要求。隧道现场量测项目及量测方法见表1.1所列。表1.1 隧道现场监控量测项目及量测方法序号项目名称方法及工具布置量测间隔时间1-15d16d-1个月1-3个月大于3个月1地质和支护状况观察岩性、结构面产状及支护裂缝等观察或描述，地质罗盘等开挖及初期支护后进行每次爆破后进行2周边位移各种类型收敛计每10-50m一个断面，每断面2-3个对测点1-2次/天1次/2天1-2次/周1-3次/月3拱顶下沉水平仪、水准尺、钢尺或测杆每10-50m一个断面1-2次/天1次/2天1-2次/周1-3次/月4地表下沉水平仪、水准尺每5-50m一个断面，每个断面至少7个测点开挖面距量测断面前后2B 时，1-2 次/天；开挖面距量测断面前后5B 时，1 次/周5地表水平位移经纬仪、测距仪、全站仪、位移计等根据地形地貌和地表建（构）筑物的分布情况确定同地表下沉要求6钢支撑内力及外力支柱压力计或其他测力计每代表性地段1-2个断面，每断面钢支撑内力3-7个测点，或外力1对测力计1-2次/天1次/2天1-2次/周1-3次/月7围岩体内位移（洞内设点）洞内钻孔中安设单点、多点杆式或钢丝式位移计每代表性地段1-2个断面，每断面3-7个钻孔1-2次/天1次/2天1-2次/周1-3次/月8围岩体内位移（地表设点）地面钻孔中安设各类位移计每代表性地段1-2个断面，每断面3-5个钻孔同地表下沉要求9围岩压力各种类型岩土压力盒每代表性地段1-2个断面，每断面3-7个测点1-2次/天1次/2天1-2次/周1-3次/月10两层支护间压力压力盒每代表性地段1-2个断面，每断面3-7个测点1-2次/天1次/2天1-2次/周1-3次/月11锚杆或锚索内力各类电测锚杆、锚杆测力计每代表性地段1-2个断面，每断面3-7个锚杆（索）；每个锚杆2-4个测点1-2次/天1次/2天1-2次/周1-3次/月12支护、衬砌内应力、表面应力及裂缝量测各类混凝土内应变计、应力计、测缝计及表面应力解除法每代表性地段1-2个断面，每断面3-7个测点1-2次/天1次/2天1-2次/周1-3次/月13围岩弹性波测试各种声波仪及配套探头在有代表性地段设置14爆破震动测振及配套传感器随爆破进行注:上表中， 1 、2 ， 3 、11 项为必测项目，其余为选测项目。2）对专职量测人员进行技术培训，要求量测人员持证上岗，确保现场量测、数据处理等工作的顺利进行。1.2、机具准备1）单点或多点锚头和传递杆，配以机械式百分表或电测位移计(如滑阻式、电感式、差动变压器式等形式的位移计)。2）单点或多点锚头和传递钢丝，配以机械式百办表、挠度计或电测位移计。3）各种类型的收敛计，应考虑到既简易可靠，又具有规定的精度，便于掌握使用和具有长期稳定的性能。4）精密水准仪、精密水准尺和挂钩式钢尺。5）地质罗盘和地质锤等。1.3、材料准备埋设测点所用的钢钎；或22mm 螺纹钢、带孔钢板、水泥锚固剂等。1.4、作业条件1）量测前应根据围岩条件、隧道工程规模、覆盖层厚度、支护类型和施工方法等选择测试项目。2）做好对量测人员的技术、安全交底工作。3）确保各类仪器仪表在使用有效期内，保持良好的使用状态。2、工艺流程图 (图2)图2 隧道现场监控量测工艺流程图3、操作方法3.1、开挖根据设计文件及地质超前预报成果，选择合理的开挖方式。监控量测内容和方法，埋设适宜的量测元件，为观测围岩变化和支护情况。3.2、开挖面岩性的观察开挖后应及时进行开挖面岩性的观察，特别是在软弱围岩条件下，开挖后应立即进行开挖面的地质调查，并绘出地质素描图，必要时进行拍照或录像。若遇特殊不稳定情况时，应派专人进行不间断地观察。观察的主要方面包括：节理裂隙发育程度及其产状；开挖工作面的稳定状态，顶板有无坍塌；涌水的位置、涌水量、水压等；底板是否有隆起现象，地质素描应详细准确，如实反映情况，一般除前述洞内观察内容外，还应包括以下内容的描述：1)代表性测试断面的形状、位置、尺寸及编号。2) 岩石名称、结构与颜色。3) 层理、片理、节理裂隙、断层等各种软弱面的产状、宽度、延伸情况、连续性、间距等；各结构面的成因类型、力学属性、粗糙程度、充填的物质成分和泥化、软化情况。4) 岩脉穿插情况及其与围岩接触关系，软硬程度及破碎程度。5) 岩石风化程度、特点与抗风化能力。6) 地下水的类型、出露位置、水量大小及对锚喷支护施工的影响等。7) 施工开挖方式方法、锚喷支护参数及循环时间。8) 围岩内鼓、弯折、变形、岩爆、掉块、坍塌的位置、规模、数量和分布情况、围岩的自稳时间等。9) 溶洞等特殊地质条件描述。10) 喷层开裂、起鼓、剥落情况描述。3.3、初期支护喷砼按设计要求进行初期支护，如果地质情况与设计资料不相符，应及时提出变更，按变更后的设计进行初期支护。3.4、初期支护状况观察初期支护完成后，对初期支护的状况进行观察，内容包括：有无锚杆被拉断或垫板脱离围岩现象；喷射砼有无裂隙和剥离或剪切破坏；钢拱架有无被压变形情况；锚杆注浆和喷射砼施工质量是否符合规定的要求。洞外观察包括对洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定以及地表水渗透等的观察。3.5、安装量测预埋件1) 量测部位布置安设量测部位包括测试试验段、测试断面、测试线等的布设。(1)测试试验段布置测试试验段通常只在重要的、特长的和大断面隧道中设置，或者在有必要进一步检验支护参数和施工稳定性的隧道设置。测试试验段是专为设计和科研目的而开辟的隧道试验段，或在有条件的重点隧道工程中，采用各种先进仪器测试多种量测项目及监控多项内容(任务)时，才有必要考虑布设试验段。(2) 测试断面布置一般均沿隧道纵向间隔布设。根据各量测项目的要求，测试断面的间距按以下三种情况设置:隧道洞顶地表下沉量与埋深关系很大，其测试断面间距可参照表3.5.2-1 所列。表3.5.2-1 地表下沉量测的测点纵向间距埋深h与隧道开挖宽度B2BhBh2Bh2B测点间距20-50m10-20m5-10m拱顶下沉、周边位移量测，测点一般应布设在同一断面，其测试断面间距见表3.5.2-2所列。表3.5.2-2净空位移、拱顶下沉的测点间距(单位:m) 条件围岩洞口附近埋深小于2B施工进展200m前施工进展200m后硬岩地层(断层破碎带除外)10102030软岩地层(不产生很大塑性地压)10102030软岩地层(产生很大塑性地压)10102030土、砂101010-2020注:B 为隧道开挖宽度。其它量测项目，一般都可布设在代表性测试断面上，10-50m设一个断面。凡是地质条件差或是重要工程，应从密布点。(3) 坑道周边位移量测线布置隧道开挖坑道周边相对位移的量测线的布置方法和要求，参照表3.5.3-1 和图3.5.3-1。拱顶下沉量测的测点，一般可与周边位移测点共用。图3.5.3-1 净空变形量测和拱顶表3.5.3-1 周边位移测线数 地段开挖方法一般地段特殊地段洞口附近埋深小于2B有膨胀压力或偏压选测项目量测位置全断面开挖1条水平测线3条或6条3条或6条短台阶开挖2条水平测线4条或6条4条或6条4条或6条4条或6条多台阶开挖每台阶1条水平测线每1台阶3条每1台阶3条每1台阶3条每1台阶3条2) 量测孔与测点布置安设测点应距开挖面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。(1)围岩内位移测孔布置围岩内部相对位移的量测孔，一般与周边位移量测线相应布置，布置方法如图3.5.3-2所示。图3.5.3-2 选测项目的量测仪器布置示例(2) 声波量测孔布置声波量测孔宜布置在有代表性的部位，应考虑围岩层理、节理的方向与声波测试孔方向的关系，可采用单孔、双孔两种测试方法;或在同一部位，呈直角相交布置 3 个测试孔，以便充分掌握围岩结构对声波测试结果的影响。(3) 地表和地中沉降测点布置地表和地中沉降测点，主要应布置在坑道中轴线上方的地表或地中(指钻孔中) ，在主点的横向上也应布置必要数量的测点。在沉降区以外还应设置测点作为参照及协同分析和应用。(4) 轴力量测锚杆布置如图4.2.5-2 所示轴力量测锚杆在断面上的布置位置，要根据隧道工程设计的支护锚杆位置来确定，一般可参照围岩内位移测孔布置。(5) 内应力与接触应力测点布置初期支护及二次衬砌的内应力及其与围岩的接触应力量测的测点的布置，一般应力量测应在有代表性部位，如拱顶、拱腰、拱脚(墙顶)、边墙腰、墙脚等布置测点，并应考虑与锚杆应力量测作对应布置。在有偏压、底鼓等特殊情况下，则应视具体情形调整测点位置和数量。3.6、现场量测根据量测计划，按设计图和施工规范的要求进行各项现场量测。1) 拱顶下沉或地表下沉(1)由已知高程的水准点(通常借用隧道高程控制点)，使用精密水准仪测出拱顶或浅埋隧道上方地表各测点的下沉量及其随时间的变化情况。(2) 浅埋隧道洞顶地表下沉量测，应在隧道尚未开挖前就开始进行，借以获得开挖过程中的全部位移曲线。(3) 拱顶下沉量测点，一般布置在拱跨中处和两侧拱腰，每断面3 个测点，当受通风管或其他障碍时，可适当移动位置。2) 周边位移(1)断面里程与量测拱顶下沉断面一致，量测断面应与隧道轴线垂直。(2) 采用收敛仪量测时，将带有销孔或圆球测头的长度为20 -30cm 的钢筋锚固于岩壁内，锚固方向同早强水泥砂浆锚杆，测出测头的位移即可代表岩壁表面该测点的位移。3) 锚杆内力(1)采用与设计锚杆强度相等，且刚度基本相等的各式钢筋计(多采用电测式)来量测锚杆的应力一应变值。(2) 测试过程中应注意仪器调校，应做好检测记录，并及时整理。3.7、数据整理和分析处理现场量测后，应及时对现场量测数据绘制时态曲线(或散点图)和空间关系曲线。当位移一时间曲线趋于平缓时，应进行数据处理或回归分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律。当位移-时间曲线出现反弯点时，则表明围岩和支护已呈不稳定状态，此时应密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖。1 )周边位移的分析处理根据记录绘制位移u与时间t的关系曲线，根据曲线图评价围岩稳定性和确定二次衬砌施作时间。2) 围岩位移与松动区段的分析处理绘制孔内各测点(11 、12 、)位移u与时间t不同时间（t1、t2、)位移u 与深度(测点位置1 )的关系曲线图。根据图形大致能确定围岩的松动范围。当围岩松动区半径超过允许位移值时，围岩就可能出现松动破坏，此时必须加强支护或改变施工方法，以减少松动区范围。3) 锚杆轴力量测的分析处理根据测试锚杆测得的应变，按下列公式求得锚杆的轴力：式中：N锚杆轴向力；锚杆直径(mm)；E锚杆的弹性模量;1 、2测试部位对称的一组应变片量得的两个应变值。根据锚杆极限抗拉强度与锚杆应力的比值K(安全系数)做出判断。当Kl 时，符合要求，当Kl 时，应考虑改用高强钢材加工的锚杆或增加锚杆数量或加粗直径。4) 围岩压力量测的分析处理由量测数据所得围岩压力分布曲线，可知围岩压力的大小及分布状况。当围岩压力很大并且变形量也很大时，应加强支护，限制围岩变形和控制围岩压力的增长；当围岩压力较大，但变形量并不很大时，表明支护时机和支护的封底时间可能过早或支护尺寸及刚度太大，这时应作适当调整，修正支护设计参数;当围岩压力很小，但其变形量却很大时，围岩将会失去稳定，此时应立即停止开挖，加强围岩支护和采取辅助施工措施进行加固处理。5) 喷层应力量测的分析处理绘制喷层应力(指切向应力，径向应力一般较小)与时间的关系曲线图，若喷层应力太大，或出现明显裂损或剥落、起鼓等现象时，一般应适当增加初始喷层厚度，若喷层厚度已较厚时，仍然出现上述现象时，则不一定再增加喷层厚度，而应增强锚杆(加长、加粗等)、改变封底时间、调整施工措施，再继续加强量测。6) 浅埋隧道地表下沉量测的分析处理若量测结果表明地表下沉量较大，或出现增加的趋势，则应采取加强支护和调整施工措施，可考虑适当增加喷混凝土、增设锚杆、加挂钢筋网、加钢支撑、超前支护、缩短开挖循环进尺、提前封闭仰拱或预注浆加固围岩等。7) 声波测试的分析处理通过绘制各测孔岩波速度与孔深的关系曲线图，确定围岩松动区的范围。量测数据分析时，应与围岩内位移量测数据分析结果相互对照，相互验证，综合分析和判断围岩的松弛情况，修正支护参数和调整施工措施。4、质量标准4.1、隧道周边任意点的实测相对位移值或用回归分析推算的总相对位移值均应小于表4.1 所列的数值。当位移速率无明显下降，而此时实测位移值已接近该表所列数值，或者喷层表面出现明显裂缝时，应立即采取补强措施，并调整原支护设计参数或开挖方法。表4.1 隧道周边允许相对位移值(%) 覆盖层厚度（m）围岩等级5050-300300III0.10 -0.300.20 -0.500.40 -1.20IV0.15 -0.500.40 -1.200.80 -2.00V0.20 -0.800.60 -1.601.00 -3.00注：相对位移是指实测位移值与两测点间距离之比。或拱顶位移实测值与隧道宽度之比； 性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值； UI 、VI 级围岩应按设计要求采用； 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。4.2、二次衬砌的施作应在满足下列要求时进行：1) 各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定。2) 已产生的各项位移预计总位移量的80% -90% 。3) 周边位移速率小于0.1 -0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07 - O.15mm/d。4.3.、成品保护1）各预埋测点应牢固可靠，易于识别并妥善保护，不得任意撤换和破坏。发现问题及时进行测点恢复或重新布设。2）每次测试时都要做好记录，并记录环境温度、掘进里程以及施工情况等，并保持原始记录的准确性。4.4、质量记录表4.4.1 现场监控量测记录表隧道名称: 埋设日期:量测项目名称: 开挖日期:测点里程: 初读数日期:表4.4.2 现场监控量如l记录表桩号: 距洞口距离: 量测断面编号: 量测单位名称:4.5超前地质预报作业工艺标准 适用于探测隧道施工掌子面前方未开挖地