隧道围岩监控量测实施专项方案.doc

1 目目 录录 1.编制依据、目的及范围.3 1.1.编制依据3 1.2.编制目的3 1.3.编制范围3 2.工程概况.3 2.1.工程简介3 2.2.地质概况4 2.2.1.地形地貌4 2.2.2.气象条件4 2.2.3.地质条件4 2.2.4.水文地质4 3.围岩监控量测.5 3.1.监控量测监测内容5 3.2.监控量测布点要求及监测方法6 3.2.1.洞口浅埋段监控点位置及监测方法6 3.2.2.洞内上下台阶施工法控制点布置及监测方法8 3.2.3.洞内全断面施工法控制点布置及监测方法10 4.监控量测实施与管理.11 4.1.管理小组及实施人员11 4.2.监控量测设备12 5.监控量测数据分析与应用.12 5.1.数据分析主要内容12 5.2.数据分析主要方法12 5.3.数据处理分析要求12 5.4.变形管理等级13 5.5.二衬施做时间确定13 2 6.质量保证措施.14 8.安全保证措施.14 3 城东隧道围岩监控量测施工方案城东隧道围岩监控量测施工方案 1.1.编制依据、目的及范围编制依据、目的及范围 1.1.1.1.编制依据编制依据 公路工程质量检验评定标准JTG F801-2012 公路隧道施工技术规范JTG F60-2009 纵三线周宁城关段公路工程两阶段施工图设计 福建省普通公路施工标准化指南（隧道分册） 本工程实施性施工组织设计 类似工程的施工经验 1.2.1.2.编制编制目的目的 通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的动态变化，把握施工过程中结构 所处的安全状态，判断围岩的稳定性、支护、衬砌的可靠性，确保施工安全及结构的长 期稳定性； 用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足，并把监测结果反馈设计，指 导施工，为修改施工方法，调整围岩级别、变更支护设计参数提供依据，验证支护结构 效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为支护参数和施工方法提供依据； 通过监控量测对施工中可能出现的事故和险情进行预报，以便及时采取措施，防 患于未然； 通过监控量测，判断初期支护稳定性，确定二次衬砌合理的施做时间； 通过监控量测了解该工程条件下所表现、反映出来的一些地下工程规律和特点， 为今后类似工程或该施工方法本身的发展提供借鉴，依据和指导作用，积累量测数据， 为信息化设计与施工提供依据。 1.3.1.3.编制范围编制范围 适用于纵三线周宁城关段城东隧道（ZK65+763ZK66+435/ YK65+760YK66+425） 隧道围岩监控量测的实施。 2.2.工程概况工程概况 2.1.2.1.工程工程简介简介 城东隧道位于周宁县城东，采用单向双洞布置，其中左线隧道起讫桩号为 ZK65+763ZK66+435，长度 672 米；右线隧道起讫桩号为 YK65+760YK66+425，长度 665 米。最大埋深 106 米。隧道采用单向坡，左线纵坡 0.5%/970.92，右线纵坡 4 0.5%/900。 隧道采用小净距设计，进口线间距 11.5m，出口线间距 12.3m，净空为：11.55m， 洞门均为削竹式。 隧道围岩等级以级围岩为主，具体围岩等级划分如下：洞门 40 米，明洞 33 米， 级围岩 77 米，级围岩 82 米，级围岩 195 米，级围岩 910 米。 2.2.2.2.地质概况地质概况 2.2.1.2.2.1.地形地貌地形地貌 城东隧道主要位于低山地貌中，高程 9101010m，位于该山体分水岭处，山体坡度 2040，植被发育，洞身最大埋深 106m；在隧道出口处为凹谷地貌，地势相对低缓，地 表积水严重。 2.2.2.2.2.2.气象条件气象条件 城东隧道所属中亚热带海洋性季风山地气候，四季分明。夏长冬短，雨量充沛。 2010 年平均气温 15.5，极端最高气温 32.9，极端最低气温-5.2，年降水量 2130.7 毫米。 2.2.3.2.2.3.地质条件地质条件 地层岩性及地质构造：城东隧址区基底为燕山晚期岩浆侵入岩，地表大部分覆盖第 四系坡积层粉质粘土及局部表部的耕植土。根据物探及钻探揭露，城东隧址区未发现有 断层破碎带分布。 2.2.4.2.2.4.水文地质水文地质 (1)地表水 线路在 YK65+920(隧道进口处)左侧 90100m 外为东门水库，水库正常水位为 935m，高出隧道设计高程约 32m。根据地质调绘及钻探揭露，城东隧道仅在进口处周边山 体岩体破碎，渗水透水性强，因此隧道开挖后水库地表水可能通过破碎的风化岩层渗入 涌入隧道，对隧道施工影响较大；隧道洞身段为较完整的微风化岩层，节理裂隙不甚发 育，为相对隔水层，水库地表水对洞身影响较小；隧道出口处距离水库较远，受水库影 响较小，但出洞口处因地势相对较低，邻近山体地下水及地表水排泄至该处形成地表积 水，积水深 0.10.2m。 (2)地下水 城东隧道隧址区地下水赋存主要受地质构造控制，其均匀性及规律性较差，地下水 5 位高程约为地下水类型主要为基岩风化层孔隙裂隙水及基岩构造裂隙水，总体呈带状分 布，在节理密集带中地下水水量中等，部分水量受季节性影响，主要接受大气降水下渗 补给，沿地形向邻近山间盆地、凹地及凹谷径流排泄。 3.3.围岩监控量测围岩监控量测 本隧道支护结构用新奥法原理采用复合衬砌，在施工过程中必须进行现场监控量测， 及时掌握开挖过程中围岩和支护结构力学形态的变化和规律，评估围岩和支护结构的稳 定状态，提供有关隧道施工的全面、系统信息资料，以便及时调整支护参数，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监控和预测，并据此制定相应 的施工措施，以确保洞室周边岩体的稳定以及支护结构的安全。 围岩监控量测是隧道工程动态设计和动态施工的重要内容，是按照新奥法原理施工 隧道工程的“眼睛” 。通过施工现场的监控量测，是为判断围岩的稳定性，支护、衬砌的 可靠性，二次衬砌合理施作时间以及修改施工方法、调整围岩级别、变更支护设计参数 提供依据，指导日常施工管理，确保施工安全和质量。 3.1.3.1.监控量测监测内容监控量测监测内容 根据本隧道的实际情况，监控量测可分为洞内监控量测和地面监控量测两大类，每 类监控量测项目可分为必测项目与选测项目两大类。 洞内监控量测的对象主要是围岩、衬砌、锚杆、拱架及其他支护结构，检测部位 包括围岩与围岩净空、衬砌与衬砌净空、衬砌等。其必测项目主要有以下 4 项： 洞内观测：对岩层、岩层产状、结构面进行描述，对地下水类型、是否涌水及水 量大小、涌水位置及压力等进行观察和说明，对溶洞、断层等不良地质情况进行重点说 明，对支护结构进行不间断地观测； 水平收敛及拱顶下沉：对隧道拱顶下沉情况进行监视，了解断面的变形状态，判 断隧道拱顶的稳定性； 仰拱隆起：对隧道仰拱隆起情况进行观测，判断隧道底部的稳定性； 周边位移：根据位移、收敛状况、断面变形状态等量测，对周边围岩体的稳定性、 初期支护的设计与施工方法是否妥当、二次衬砌的浇筑时机等进行判断。 地面监控量测的主要对象是洞口段及洞口浅埋断的地表情况，其必测项目有以下 2 项： 地表观察：对地表地质、水文进行日常观察对地表异常进行观察； 6 地表下沉：从地表设点观测，根据地表下沉量判断开挖对地表下沉的影响，确定 隧道支护结构。 选测项目为：围岩内部位移量测、锚杆内力量测、钢支撑内力量测、喷射混凝土 应力量测、二次衬砌应力量测、围岩压力量测及两次衬砌间接触压力量测等。 选测项目应结合本隧道围岩性质，开挖方式有选择的进行：围岩压力、支护及衬砌 应变等项目的量测频率开始时应与同一断面的变形量测频率相同，当量测变化不大时可 适当降低量测频率。 3.2.3.2.监控量测布点要求及监测方法监控量测布点要求及监测方法 拱顶下沉、仰拱隆起及洞室周边位移变形的监测断面应按以下原则设置：级围 岩每 1520 米一个、级围岩每 2040 米一个、级围岩每 4060 米一个、级围岩每 50100 米一个。 隧道拱顶下沉、仰拱隆起及周边位移监测断面须尽量靠近开挖面，一般测点距开 挖面 2m 的范围内应尽快安设，并应保证爆破后 24 小时内或下一次爆破前测读初次读数， 同时量测过程中应保证测点布设牢固、稳定；测试数据应准确可靠。 地表观察重点应在洞口段和洞浅埋段，其观察内容应包括：地表开裂、地表沉陷， 应特别关注地表贯通性裂缝的排查；边坡及仰坡稳定状态；地表积水、渗透以及排水情 况。 浅埋隧道地表沉降测点应在隧道开挖前布设，地表下沉断面应布置在洞内净空收 敛量测测点所在横断面上，每个隧道口至少应布置 1 个纵向断面；测点横向间距为 25m，纵向间距根据围岩级别及隧道埋深确定，可按下述原则选取： h1.0D（h 为隧道埋深，D 为隧道开挖宽度，下同） ，小于 1.0 倍的开挖宽度，对 级围岩取为 10m，对级围岩取为 5m； 1.0Dh2.0D，对级围岩取为 20m，对级围岩取为 10m； 2.0Dh3.0D，对级围岩取为 10m，IIIV 级围岩或坚硬陡峭段可不设置，但 应加强洞内拱顶下沉与收敛位移量测。 隧道监控量测与信息反馈是新奥法施工的一个重要环节，因此应采用合理准确地 方法及时对实测数据进行现场分析、处理，并及时向参见各方提供分析资料，直接服务 于隧道施工；在实施过程中监测、施工、监理、设计、业主等单位必须紧密配合，共同 研究、分析各项量测信息或修正设计参数与施工方法。 7 3.2.1.3.2.1.洞口浅埋段监控点位置及监测方法洞口浅埋段监控点位置及监测方法 监控点布置图见图 3.2-1。 监测位置布置在洞口浅埋段，设置 4-6 个观测横断面沿衬砌中线每 2-3 米一个测点。 图 3.2-1 监控点布置图 监测工具：水平仪、水准尺 监测频率:开挖面前30m,1 次/2 天；开挖面前后80m,1 次/7 天。 监测精度:h=0.1mm 测量数据的整理、分析 绘制每一横断面沉降槽随时间的变化关系图 绘制每一横断面最大沉降量随时间的变化关系图 绘制每一横断面最大沉降量与开挖面距离关系图 对横断面沉降槽垂直位移进行回归分析 对纵断面沉降槽垂直位移进行回归分析 根据隧道顶部地表沉降及拱顶沉降值对土体内部垂直位移进行回归分析 根据回归分析数据求出每一断面沉降稳定值 根据回归分析数据分析出土体的内摩擦角及内聚力 在整理资料时,若发先地表位移量过大或下沉速度无稳定趋势时,对下部结构应采 取补强措施: 8 增加喷混凝土厚度,或加长加密锚杆,或加挂更凑密更粗的钢筋网. 提前施作二次衬砌,要求通过反分析较核二次衬砌强度. 提前施作仰拱. 在整理资料时,若发先地表下沉速度具有稳定趋势时,应据此求出隧道结构初期支 护及二次衬砌上的最终荷载,以便对结构的安全度作出正确的判断。 若经过对地表及隧道内的量测数据联合反分析后,发现初期支护或二次衬砌结构安 全系数较大,在经过设计人员同意后,可对下一段与此地质类型相近的支护参数作适当调 整。 3.2.2.3.2.2.洞内上下台阶施工法控制点布置及监测方法洞内上下台阶施工法控制点布置及监测方法 上下台阶施工法监控点布置图见图 3.2-2。 图 3.2-2 上下台阶施工法监控点布置图 监控量测项目及方法一览表见表 3.2-1。 表 3.2-1 监控量测项目及方法一览表 项目名称方法及工具布置超前地质预报量测间隔时间 超前地 质预报 地质雷达或其它方 法 、级围岩及估计前方 有断层破碎带或溶洞等不 良地质处 在需要地段约每 20 米一次 地质及 支护状 态观察 岩性,结构面产状及 支护裂缝观察或描 述, 地质罗盘及规 尺等 开挖后及初期支护后进行每次爆破后进行 爆破后 24 小时内进行 018m1836m3690m90m 应 测 项 目 水平收 敛及拱 顶下沉 各种类型的收敛剂 断面布置见图，级围岩 每 15-20 米一个，级围 岩每 20-40 米一个12 次/1 次/天1 次/2 天1 次/周 9 测量天 仰拱开挖后 12 小时内进行 115 天 16 天1 个月 13 个月3 个月仰拱隆 起测量 水平仪、水准尺 断面布置见图，级围岩 每 15-20 米一个，级围 岩每 20-40 米一个 1 次/天1 次/2 天 12 次/ 周 13 次/ 周 爆破后 24 小时内进行 018m1836m3690m90m 围岩内 部位移 量测(洞 内设点) 洞内钻孔安设多点 杆式位移计 每一类围岩段选一断面每 断面 311 个测点 12 次/ 天 1 次/天1 次/2 天1 次/周 锚杆施作后开始 018m1836m3690m90m锚杆内 力量测 各类电测锚杆,锚杆 测力计及拉拔器 每一类围岩段选一组每组 35 根12 次/ 天 1 次/天1 次/2 天1 次/周 钢支撑施作后开始 018m1836m3690m90m 钢支撑 内力量 测 应变片及支柱压力 计 每 2030 品钢支撑中选一 品,每段钢支撑均测12 次/ 天 1 次/天1 次/2 天1 次/周 喷混凝 土应力 量测 表面应力解除法 每一类围岩段选一组每组 35 个测点 二次衬砌施作前进行 二次衬砌施作后开始 115 天 16 天1 个月 13 个月3 个月 选 测 项 目 二次衬 砌压应 力量测 各类型压力盒 每一类围岩段选一组每组 25 个断面每断面 711 个 测点 1 次/天1 次/2 天 12 次/ 周 13 次/ 周 测量数据的整理、分析 绘制位移量随时间变化的曲线; 绘制位移速度随时间变化的曲线; 绘制位移量与开挖面距离关系曲线; 找出位移-时间回归曲线,求出最终净空位移量; 根据各类围岩量测数据求出围岩的 E,c, 等物性参数; 当隧道水平位移收敛速度为 0.10.2mm/天,拱顶下沉位移速度为 0.1mm/天可以认 为围岩已基本稳定.对于、级围岩,二次衬砌按承受部分围岩压力设计,应根据量测结 果确定二次衬砌施作的适当时间,施作过早可能使二次衬砌承受过大的荷载,施作过迟则 可能使初期支护破坏； 在监测过程中,若发先净空位移量过大或收敛速度无稳定趋势时,对结构应采取补 10 强措施: 增加喷混凝土厚度,或加长加密锚杆,或加挂更密更粗的钢筋网. 提前施作二次衬砌,要求通过反分析较核二次衬砌强度. 按更低一级围岩类别施作衬砌. 若发先净空位移收敛速度具有稳定趋势时,应据此求出隧道结构初期支护及二次衬 砌上的最终荷载,以便对结构的安全度作出正确的判断； 若经过对各种量测数据联合反分析后,发现初期支护或二次衬砌结构,在经过设计 人员同意后,可对下一段与此地质类型相近的支护参数作适当调整； 对围岩类别的变更及对支护参数的调整均必需有相应的量测数据并得到设计方同 意。 3.2.3.3.2.3.洞内全断面施工法控制点布置及监测方法洞内全断面施工法控制点布置及监测方法 全断面施工法监控点布置图见图 3.2-3。 图 3.2-3 全断面施工法监控点布置图 控制测量项目及方法一览表见表 3.2-2。 3.2-2 控制测量项目及方法一览表 项目名称方法及工具布置超前地质预报量测间隔时间 地质及支护状 态观察 岩性,结构面产状 及支护裂缝观察 或描述, 地质罗 盘及规尺等 开挖后及初期支 护后进行 每次爆破后进行 爆破后 24 小时内进行 018m1836m3690m90m 应 测 项 目水平收敛及拱 顶下沉量测 各种类型的收敛 计 断面布置见图, 级围岩每 4060 米一个, 级围岩每 50100 米一个 12 次/天1 次/天 1 次/2 天 1 次/周 11 爆破后 24 小时内进行 018m1836m3690m90m 围岩内部位移 量测(洞内设 点) 洞内钻孔安设多 点杆式位移计 每一类围岩段选 一断面每断面 311 个测点12 次/天1 次/天 1 次/2 天 1 次/周 锚杆施作后开始 018m1836m3690m90m 锚杆内力量测 各类电测锚杆,锚 杆测力计及拉拔 器 每一类围岩段选 一组每组 35 根 12 次/天1 次/天 1 次/2 天 1 次/周 喷混凝土应力 量测 表面应力解除法 每一类围岩段选 一组每组 35 个 测点 二次衬砌施作前进行 二次衬砌施作后开始 115 天 16 天1 个月 13 个 月 3 个月 选 测 项 目 二次衬砌压应 力量测 各类型压力盒 每一类围岩段选 一组每组 25 个 断面每断面 711 个测点1 次/天 1 次/2 天 12 次/ 周 13 次/ 周 测量数据的整理、分析 绘制位移量随时间变化的曲线; 绘制位移速度随时间变化的曲线; 绘制位移量与开挖面距离关系曲线; 找出位移-时间回归曲线,求出最终净空位移量; 根据各类围岩量测数据求出围岩的 E,c, 等物性参数; 当隧道水平位移收敛速度为 0.10.2mm/天,拱顶下沉位移速度为 0.1mm/天可以认 为围岩已基本稳定.对于、级围岩,二次衬砌按承受部分围岩压力设计,应根据量测结 果确定二次衬砌施作的适当时间,施作过早可能使二次衬砌承受过大的荷载,施作过迟则 可能使初期支护破坏； 在监测过程中,若发先净空位移量过大或收敛速度无稳定趋势时,对结构应采取补 强措施: 增加喷混凝土厚度,或加长加密锚杆,或加挂更密更粗的钢筋网. 提前施作二次衬砌,要求通过反分析较核二次衬砌强度. 按更低一级围岩类别施作衬砌. 若发先净空位移收敛速度具有稳定趋势时,应据此求出隧道结构初期支护及二次衬 砌上的最终荷载,以便对结构的安全度作出正确的判断； 若经过对各种量测数据联合反分析后,发现初期支护或二次衬砌结构,在经过设计 人员同意后,可对下一段与此地质类型相近的支护参数作适当调整； 12 对围岩类别的变更及对支护参数的调整均必需有相应的量测数据并得到设计方同 意。 4.4.监控量测实施与管理监控量测实施与管理 4.1.4.1.管理小组及实施人员管理小组及实施人员 为了切实抓好本项目隧道围岩监控量测工作，成立纵三线周宁城关段项目经理部隧 道围岩监控量测实施管理小组，如下表： 表表 4.1-14.1-1 监控量测实施管理小组监控量测实施管理小组 序号姓名职务职责备注 1康思敬项目部总工总体负责 2蔡金良工程部长技术负责、检查指导 3梁浩测量主管具体实施、数据分析整理 4刘丹名测量员数据采集分析 5李其峰测量员数据采集分析 4.2.4.2.监控量测设备监控量测设备 为满足本项目隧道工程监控量测需要，拟投入以下监控量测设备，并根据工程需要 及时调整，监控量测设备配置情况如下表中所示。 表表 4.2-14.2-1 监控量测设备监控量测设备 序号设备名称单位数量监控量测项目备注 1精密水准仪台1地表沉降、拱顶下沉配套铟钢尺 2全站仪台1净空收敛、拱顶下沉 3收敛计台1净空收敛 4数码相机台2洞、内外观察 5.5.监控量测数据分析与应用监控量测数据分析与应用 5.1.5.1.数据分析主要内容数据分析主要内容 监控量测数据分析主要内容包括： 根据量测值绘制时态曲线； 选择回归曲线，预测最终值，并与控制基准进行比较； 对支护及围岩状态、工法、工序进行评价； 及时反馈评价结论，并提出相应工程对策建议。 5.2.5.2.数据分析主要方法数据分析主要方法 监控量测数据分析处理主要采用回归分析法，拟采用双曲函数模型或采用专用软件 分析。双曲函数模型如下： ut/(A+Bt) 式中 u-变形值；A、B-回归系数；t-测点的观测时间（d） 13 5.3.5.3.数据处理分析要求数据处理分析要求 施工时应按时准确的进行现场监控测量，在对量测数据进行分析处理与必要的计 算后，给出曲线，根据所绘曲线的变化情况与趋势，判定围岩的稳定性，及时预报险情， 确定施工时应采取的措施，为修正和确定隧道初期支护参数、二次衬砌施工时间提供参 考依据。 对初期的时态曲线进行回归分析，预测可能出现的最大值和变化速度，建立最大 日变形量和累计变形量的风险预警机制。 当数据出现异常时，及时分析原因，拟定支护加固措施，并当天报告建设、设计、 监理单位，以便及时制定针对施工方案。 5.4.5.4.变形管理等级变形管理等级 监控量测实施三级管理，三级管理可通过极限位移值、位移速度、位移速度变化率 综合考虑，一旦达到 I 级管理状态，应立即停止掌子面掘进，及时分析原因，采取处理 措施，确保施工安全。 通过极限位移值管理 主要根据测点的累计位移值 U、测点距开挖面的距离来判定，如下表所示。 表表 5.4-15.4-1 位移管理等级位移管理等级 等级管理距开挖面 1b距开挖面 2b采取措施 IIIUU1b/3UU2b/3可减少监测频率，继续施工 II U1b/3U2U1b/ 3 U2b/3U2U2b/ 3 加强监测频率，加强支护措施 IU2U1b/3U2U2b/3加强监测频率，暂停掘进施工 注：U 为实测位移值 通过位移速度管理 III 级：净空变化速度小于 0.2mm/d，拱顶下沉速度小于 0.15mm/d，围岩基本达到稳 定。可正常施工。 II 级：净空变化速度在 0.2mm/d1.0mm/d 之间，应加强监控量测频率。加强支护措 施。 I 级：净空变速度持续大于 1.0mm/d（或位移累计达到 100mm）时，围岩处于急剧变 形状态。应立即停止掘进施工，分析原因，采取处理措施。 通过位移速度变化率来管理 14 III 级：当围岩位移速速度不断下降时（du2/d2t0） ，围岩趋于稳定状态； II 级：当围岩位移速度保持不变时（du2/d2t0） ，围岩不稳定，应加强支护； I 级：当围岩位移速度不断上升时（du2/d2t0） ，围岩进入危险状态，必须立即停 止掘进，加强支护。 5.5.5.5.二衬施做时间确定二衬施做时间确定 深埋段二次衬砌横筑混凝土施工应在围岩和初期支护变形基本稳定，并具备以下条 件时施作： 隧道周边位移速率有明显减缓