石川坑隧道监控量测方案

二广高速公路三水段至怀集第二十八合同段 石川坑隧道监控量测方案第一章 工程概况1.1 地理位置、地形情况 石川坑隧道位于广宁县古水镇湘下村与怀集县坳仔镇璃玻村交界处，左线隧道里程LK99+512-LK100+024.47,长512.47m,右线隧道里程RK99+502-RK100+005.89m,长503.89m,属小间距隧道。隧道穿过丘陵地貌区，山体走向总体呈近北东向,隧道线路经过最大高程约为314.0m。山体植被茂密，主要生长竹林、松树和杂草，隧址地面标高170.0-314.0m,最大相对高差144.0m,最大埋深约128 m。石川坑左线隧道怀集端位于R=1350圆曲线上,右线隧道怀集端位于R=1444.97m的圆曲线上,右线隧道路面设有超高,超高横坡变化点处的桩号为RK99+734.687。1.2 工程地质设计情况1.2.1 V级围岩地质V级围岩地质分布里程为LK99+512-LK99+556.21、LK99+992.45-LK100+024.47、RK99+502-RK99+527.6、RK99+979.73-RK100+005.89段，长度共为127.99米。围岩属于第四纪残坡积亚粘土及全-强风化变质粉砂岩，结构松散，顶部及侧壁均不稳定，浅埋时易出现地表下沉或坍塌，地下含水量较小，雨季时沿裂隙有渗水现象。1.2.2 IV级围岩地质IV级围岩地质分布里程为LK99+556.21-LK99+605.74、LK99+930.35-LK99+992.45、RK99+527.6-RK99+546.6、RK99+969.73-RK99+979.73段，长度共为140.63米。围岩由强-弱风化变质粉砂岩组成，围岩波速2880 m/S，裂隙极发育，岩石极破碎，强度低度，应预防坍塌问题，隧道开挖时有滴水、渗水，雨季局部会出现涌水现象。1.2.3 III级围岩地质III级围岩地质分布里程为LK99+605.74-LK99+632.01、LK99+901.51-LK99+930.35、RK99+546.6-RK99+578.32、RK99+911.56-RK99+969.73段，长度共为145米。围岩属于弱-微风化变质粉砂岩，裂隙发育，岩石破碎，强度一般，围岩波速35923766 m/S，应预防掉块、坍塌问题，含水量不大，隧道开挖时有滴水、渗水现象。1.2.4 II级围岩地质II级围岩地质分布里程为LK99+632.01-LK99+901.51、RK99+578.32-RK99+911.56段，长度共为602.74米。围岩属于微风化变质粉砂岩岩石完整，围岩波速4407 m/S，裂隙发育一般，应预防掉块、剥落及楔形坍塌问题，地下水以基岩裂隙潜水为主，含水量不大，隧道开挖时有滴水、渗水现象。1.3 技术标准1.3.1 公路等级：高速公路1.3.2 设计速度：80km/h1.3.3 隧道内轮廓净高：7.83m；内轮廓净宽：14.66m1.3.4 汽车荷载等级：公路-I级第二章 监控、量测管理和方法2.1 项目管理组织机构本标段石川坑隧道单洞全长1016米，为小净距分离式隧道，为本标段的重点控制项目。监控、量测必须严格按设计要求进行，为了保证该工程的施工质量、进度和安全，特成立监控量测管理小组，实施对该隧道监控、量测的全过程管理。监控量测小组机构见下表：组长：张贵波中交一公司厦门工程有限公司二广高速公路三水至怀集段28合同段项目经理部现场负责人高诚珠测量负责人王伟试验负责人郑绪国安全负责人吴志华测量员鄢建欣试验员王少峰绍荣试验员高诚珠测量员黄祖强志隧道施工队负责人陈明生监控量测小组机构图 图2.12.2 监控、量测的目的与意义 2.2.1 监控量测的意义和依据本隧道是按双向六车道高速公路标准设计的分离式隧道，单洞净宽达14.55m。因隧道开挖断面大，结构受力复杂，对结构设计和施工有很高的要求。现场监控量测是监视围岩稳定，判断支护、衬砌结构设计是否合理，施工方法是否正确的一种手段；同时为施工中可能有的工程变更提供科学依据。为按时、优质、高效完成该工程，防止施工工艺不当造成围岩失稳，甚至可能发生大的塌方，给工程带来不可弥补的经济和时间损失，有必要对本大断面隧道施工进行全过程监控。因此，隧道施工时开展监控量测具有十分重要的意义。2.2.2 监控量测的目的现场监控量测的目的主要包括：1、通过施工和环境的监测进行信息反馈及预测预报，优化施工组织设计，指导现场施确保隧道施工安全与质量；2、掌握围岩动态，了解支护结构在不同工况时的受力状态和应力分布，对围岩稳定性作出评价；3、验证支护结构形式、支护参数的合理性，评价支护结构、施工方法的合理性和安全确定支护时间；4、为修改优化设计提供依据，为调整施工方法提供依据；5、为节省工程投资，提高大断面公路隧道的设计和施工水平提供科学依据和技术保证。2.3 监控、量测的内容和方法2.3.1 监控量测的内容为及时提供施工所需的围岩稳定程度和支护结构的受力状态，以保证施工安全，提高施工效率，根据设计要求，将监控量测项目分为必测项目和选测项目。1、必测项目必测项目是为了在设计施工中确保围岩稳定、判断支护结构工作状态、指导设计施工的经常性量测，包括围岩地质和支护状态观察、锚杆内力及抗拔力量测、拱顶下沉量测、水平收敛量测。其量测方法简单，量测密度大，量测信息直观可靠，贯穿于整个施工过程中，对监视围岩稳定，指导设计和施工有巨大的作用，土建施工完成量测工作亦告结束。其点位布置根据设计规定进行，量测结果作为施工组织的依据。必测项目除项目部自身进行监控量测外，第三方监测项目部对其中的拱顶下沉量测、周边收敛量测作大范围的平行量测，以对项目部的工作质量进行检查。必测项目及方法一览表 表2.3.1-1 项目名称方法及工具布置量测间隔时间115d16d1个月13个月3个月必测项目地质及支护状态观察岩性、结构面产生支护裂缝观察或描述，地质罗盘及规尺开挖后及初期支护后进行每次爆破后进行周边位移收敛计每1050m一个断面，每断面2对测点2次/天1次/2天2次/周3次/月拱顶下沉水平仪、水准尺每1050m一个断面，每断面3对测点2次/天1次/2天2次/周3次/月锚杆抗拔力各类电测锚杆、锚杆测力计及拉拔器每10米一个断面，每个断面至少做三根锚杆1） 地质及支护状态观察爆破后立即进行工程地质、水文地质状况的观察和记录，并进行地质素描，地质变化处和重要地段进行拍照片记录。 代表性测试断面的位置形状、位置、尺寸及编号； 岩石名称、结构、颜色； 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； 岩脉穿插情况及其与围岩接触关系，软硬程度及破碎程度； 岩石风化程度、特点、抗风化能力； 地下水的类型、出露位置、水量大小及锚喷支护施工的影响等； 施工开挖方式方法、锚喷支护参数及循环时间； 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； 溶洞等特殊地质条件描述； 喷层开裂、起鼓、剥落情况描述2） 拱顶下沉、地表下沉及底板下沉的测量在地表稳定处设一固定点并引入高程，并采用混凝土固定保护，埋设测点后即可进行地表下沉、拱顶下沉及底板下沉观测，量测使用精密水准仪测量，读数精确到0.1mm。3） 锚杆抗拔力量测在安设锚杆后，使用各类电测锚杆、锚杆测力计及拉拔器进行锚杆抗拔力试验，并做好试验记录。4） 周边相对位移的测量 隧道开挖后，围岩向坑道方向的位移是围岩动态的最显著表现，最能反映出围岩的稳定性。因此对周边位移的量测是最直接、最直观、最有意义、最经济的量测项目。坑道周边位移用收敛仪量测其中两点之间的相对位移值，来反映围岩的动态。 测试方法及注意事项A、开挖完成后尽快埋设测点，并在24小时内完成测取初读数。B、测点尽量靠近开挖断面，在2m以内。C、整个过程做好记录，并随时检查有无错误。记录内容包括断面位置、测点编号、初始读数、各次测试读数、当时温度、以及开挖面距量测断面距离等。 数据整理量测数据整理包括数据计算、列表或绘图表示各种关系。A、坑道周边相对位移计算式为 i=Ri-R0式中：R0初始观测值 Ri第i次观测值 i第i次观测时，该两点间的相对位移B、绘制位移时间t关系曲线图及位移速度v时间t关系曲线。 2、选测项目及量测断面的布设原则 （1）洞口及浅埋段地表沉降观测 测点的横向布置按设计图要求布设。 地表下沉量测断面的纵向间距按施工技术规范要求，当隧道埋深（h）开挖宽度（B）时，断面间距为5-10m；Bh2B时，断面间距为10-20m；2Bh时，断面间 距为20-50m。阶梯式套拱段为5m。 第一个断面设在仰坡开挖线附近，最后一个断面设在h3B范围以外。（2）洞内监测断面 综合设计及规范要求，阶梯式套拱段不大于10m；级围岩断面间距为15m；级围岩加强段20m，一般地段不大于30m；级围岩不大于50m。 进洞第一个断面设在距明暗交界线5m处。 断面布设时，必须考虑施工顺序，进入不同级别的支护类别时，尽量早设测点，以及时取得数据，确定二次衬砌时机，一般设在进入级围岩5m、级围岩10m、级围岩20m。 应综合考虑不同支护类型段落、围岩分界、断面间距，统筹精心布设，一般不宜在不同衬砌类型交界处设点。 2.3.2 洞口及浅埋段地表监控量测1、监测断面布置左线广宁端洞口及浅埋段里程为LK99+532 +562，共长30米；怀集端洞口及浅埋段里程为LK99+998LK100+008，共长10米；右线广宁端洞口及浅埋段里程为RK99+502 +532，共长30米；怀集端洞口及浅埋段里程为RK99+982 +992，共长10米根据设计要求，隧道进出口均设置12个监测横断面的要求和实际地形情况，在广宁端洞口设置3个监测断面，怀集端洞口设置2个监测断面。具体设置里程见表2.3.2-1。 洞口监测断面一览表 表2.3.2-1石川坑隧道序号监控里程桩号围岩级别备注左线1LK99+536V级仰坡侧2LK99+548V级暗洞段3LK99+560V级暗洞段4LK99+998V级暗洞段5LK100+003V级仰坡侧右线6RK99+505V级仰坡侧7RK99+520V级暗洞段8RK99+532V级暗洞段9RK99+982V级暗洞段10RK99+990V级仰坡侧2、断面测点布置具体布点位置及量测方法详细见图2.3.1-1说明：1、监测项目：地表沉降2、监控工具：水平仪，水准尺； 3、监测频率：开挖面前30m,1次/2天; 开挖面前后30m,2次/1天;开挖面后3080m,1次/2天;开挖面后80m,1次/7天。4、监测精度：0.1mm5、注意事项：（1）施工前应做好监测准备工作：设置测点，引入高程控制点，配置必要的人员及仪器；（2）在布置测点时应注意在位移量大的地段将测点布置密一点；（3）地表量测与地下洞室各项量测应同步进行，以利于资料的相关分析；（4）量测资料及分析结构全部纳入竣工资料备查。6、在整理资料时，若发现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。（1）增加喷射混凝土厚度，或加强锚杆，或加挂更密更粗的钢筋网。（2）提前施作二次衬砌，要求通过反分析较核二次衬砌强度。（3）提前施作仰拱。7、在整理资料时，若发现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判断。8、若经过对地表及隧道内的量测数据联合分析后，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，可对下一段与次类地质相近的支护参数作适当调整。3、量测数据的整理（1）绘制每一横断面沉降槽随时间变化曲线;（2）绘制每一横断面最大沉降量随时间变化曲线;（3）绘制每一横断面最大沉降量与开挖面距离关系图;（4）对横断面沉降槽垂直位移进行回归分析;（5）对纵断面沉降槽垂直位移进行回归分析;（6）根据拱顶地表沉降及内部沉降值对土体内部垂直位移进行分析;（7）根据回归分析数据求出每一断面沉降稳定值。2.3.3 暗洞开挖监控量测1、侧导坑坑监控量测测点布置具体布点位置及量测方法详细见图2.3.3-1。侧导坑监测断面测点布置图 图2.3.3-1说明：1、监测项目：拱顶下沉与水平收敛、底板下沉量测、地质及支护状态观察、地质预报2、监控工具：水准仪、水准尺、收敛计、地质罗盘及规尺、地质雷达；3、监测频率：详见表2.3.1-14、注意事项：（1）在施工初期或在地质较差时，或位移下沉量及速度较大时，应适当增加量测断面及量测频率；（2）测点设置应可靠，并妥善保护，测量仪器使用前应标定；（3）各测量项目应尽量布置在同一断面，测量点应尽量选择具有代表性的地方，以便对量测数据的分析及为今后的工作提供经验；（4）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。5、对量测资料的整理（1）绘制位移量随时间变化的曲线；（2）绘制位移速度随时间变化的曲线；（3）绘制位移量与开挖面距离关系曲线；（4）找出位移-时间回归曲线，求出最终净空位移量；（5）必要时根据围岩量测数据推求出围岩E、C等物性参数。6、当隧道水平位移收敛速度为0.10.2mm/天,拱顶下沉速度为0.1mm/天时可以认为围岩基本稳定。对于软弱围岩，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具体时间，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。7、在监测过程中，若发现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。（1）增加喷射混凝土厚度，或加强锚杆，或加挂更密更粗的钢筋网。（2）提前施作二次衬砌，要求通过反分析较核二次衬砌强度。（3）提前施作仰拱。8、若发现净空位移量具有稳定趋势时，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判断。9、若经过对各种量测数据联合反分析后，发现初期支护或次衬砌结构安全系数较大，在经过设计人员同意的情况下，可对下一段与此地质相近的支护参数作适当调整。10、对围岩级别的变更及对支护参数的调整均需有相应的量测数据并得到设计方同意。2、洞内施工监控量测具体布点位置及量测方法详细见图2.3.3-2。洞内监测断面测点布置图 图2.3.3-2说明：1、监测项目：拱顶下沉与水平收敛、地质及支护状态观察2、监控工具：各种类型的敛计、地质罗盘及规尺；3、监测频率：详见表2.3.1-14、注意事项：（1）在施工初期或在地质较差时，或位移下沉量及速度较大时，应适当增加量测断面及量测频率；（2）测点设置应可靠，并妥善保护，测量仪器使用前应标定；（3）各测量项目应尽量布置在同一断面，测量点应尽量选择具有代表性的地方，以便对量测数据的分析及为今后的工作提供经验；（4）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。5、对量测资料的整理（1）绘制位移量随时间变化的曲线；（2）绘制位移速度随时间变化的曲线；（3）绘制位移量与开挖面距离关系曲线；（4）找出位移-时间回归曲线，求出最终净空位移量；（5）必要时根据围岩量测数据推求出围岩E、C等物性参数。6、当隧道水平位移收敛速度为0.10.2mm/天,拱顶下沉速度为0.1mm/天时可以认为围岩基本稳定。对于软弱围岩，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具体时间，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。7、在监测过程中，若发现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。（1）增加喷射混凝土厚度，或加强锚杆，或加挂更密更粗的钢筋网。（2）提前施作二次衬砌，要求通过反分析较核二次衬砌强度。（3）提前施作仰拱。8、若发现净空位移量具有稳定趋势时，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判断。9、若经过对各种量测数据联合反分析后，发现初期支护或次衬砌结构安全系数较大，在经过设计人员同意的情况下，可对下一段与此地质相近的支护参数作适当调整。10、对围岩级别的变更及对支护参数的调整均需有相应的量测数据并得到设计方同意。3、量测数据的整理1）根据量测时间及位移量绘制曲线，如下图所示：正常曲线反常曲线反常曲线是指非工序化所引起的位移急骤增长现象。此时应加密监视，必要时应立即停止开挖并进行施工处理。2）根据量测时间及位移速度绘制曲线，如下图所示：3、）根据位移量及开挖面距离绘制曲线，如下图所示：2.3.4、量测管理1、量测管理系统流程（见图2.3.4-1）分析、研究地质勘察资料制订监控量测计划施工监控量测开挖工作面状态评价数据处理稳定性判别修改支护参数施工是否完成结束量测管理系统流程图 图2.3.4-12、量测数据处理与应用（1） 量测数据处理1）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。2） 当位移-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。3） 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。4） 隧道周壁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2.3.4-2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。（2）周边位移分析与反馈以围岩的位移来判断其稳定状态，关键是确定一个“判断标准”（或称为收敛标准），即是判断围岩稳定与否的界限。包括三个方面：位移量、位移速度、位移加速度。1）我国公路隧道施工技术规范（JTJ04294）规定了以下几项允许值作为围岩位移收敛标准。 隧道周边允许相对位移值见表2.3.4-2 隧道周边允许相对位移值(%) 表2.3.4-2 覆盖层厚度(m)围岩类别50503003000.100.300.200.500.401.200.150.500.401.200.802.00V0.200.800.601.601.003.00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。 脆性围岩取表中较小值，塑性围岩取表中较大值。 III、类围岩可按工程类比初步选定允许值范围。 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。允许位移速度，规定为周边位移0.1mm/日0.2mm/日；拱顶下沉速度0.1mm/日。位移加速度，如果位移速率呈典型的蠕变曲线特征，即先减速，后等速或明显的加速趋势，则表明围岩正向不稳定方向发展或已出现破坏。2）根据以上判断标准，如果围岩不超过、两项允许值，即不出现蠕变趋势，则可认为围岩是稳定的，初期支护是成功的。如果表现稳定性好，则可以加大循环进尺。3）浅埋隧道暗挖法施工时，应特别注意对拱顶下沉即地表下沉量的控制，控制标准见表2.3.4-3。隧道周边允许相对位移值(%) 表2.3.4-3指标内容日本、法国、德国规范综合值推荐基准值城市地铁山岭隧道地面最大沉陷50mm30mm60mm地面沉陷槽拐点曲率1/3001/5001/300地层损失系数5%5%5%洞内边墙水平收敛20mm40mm20mm(0.10.2)D%洞内拱顶下沉75mm229mm50mm(0.30.4)D%注：D开挖洞室最大跨度(m)如果位移值超过允许值不多，且初期支护中的喷射砼不出现明显开裂，一般可不予补强。如果位移情况与上述情况相反，则应采取处理措施。 4）根据量测资料进行回归分析得出围岩总位移值及变化规律后，将其值与规范规定值进行比较：当计算值小于或等于规范规定值时，可将回归分析值作为围岩变形控制依据，建立管理等级，见表2.3.4-4。 量测管理等级表 表2.3.4-4管理等级管理位移施工状态备注u0 un /3可正常施工u0：实测变形值un：允许位移值un /3u02 un /3采取特殊措施5） 二次衬砌的施作应在满足下列要求时进行： 各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定； 已产生的各项位移预计总位移量的80%90%； 周边位移速率小于0.10.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.1mm/d。3、量测过程注意事项（1） 各预埋测点牢固可靠，易于识别并妥善保护，不得任意撤换和破坏，并建立量测点埋设的记录资料。（2）量测工作按计划实施，不得中断。（3）量测数据要及时、准确，量测结果及时报告，以便掌握动态信息。（4）记录要正规，资料要齐全，计算要正确，以便为竣工文件积累资料。4、结束量测的时间根据监控量测的实际操作目的和意义，监控量测的结束时间定为：当围岩达到基本稳定后，以1次/3天的频率量测2周，若发觉无明显变形，便结束该点的量测工作。对于膨胀性围岩，位移长期不能收敛时，量测至变形速率小于每月1mm时，即可结束量测。不同的围岩地质条件，从开挖到变形收敛的时间各不相同，因此量测时间就有长有短，在稳定性好的围岩中，其变形收敛快，一般量测约一周时间就可以判断围岩稳定状态；而在塑性流变岩体中，其变形收敛时间长达二个月以上，则需进行较长时间的观测。对变形量大，持续时间长的，其量测时间就要长一些；量测开始时间应尽量提早。一般要求应能保证在开挖后24h内和下一循环开挖之前测读初次数，以获取围岩开挖初始阶段的变形动态数据。2.3.5 地质预报隧道施工过程的地质超前预报预测，主要是根据地表和已经开挖的隧道的地质调查和各种探测方法取得的资料，以及地质推断法预测开挖工作面前方一定长度范围内围岩的工程地质条件。本隧道超前地质预报工作委托具备