隧道的监控量测设计

监控量测 一 采用新奥法修建的隧道 应将现场监控量测项目列入施工组织中 并作为施工工序中不可缺少内容认真实施 监控量测不仅检测施工各 阶段围岩和支护动态 确保施工安全 而且可为调整初期支护设计参 数 确定二次衬砌的施工时机 了解隧道施工对附近既有构筑物的影 响 提供反馈 并作为信息化设计的依据 同时积累资料 为以后的设 计 施工提供参考 二 监控量测计划与内容 1 监控量测计划应根据隧道的规模 地形地质条件 支护类型和 参数 开挖方式及机械设备等因素制定 并根据 铁路隧道监控量测 技术规程 TB10121 2007 进行 监控量测作业应根据下图 图 1 所 示进行 监控量测计划的内容包括 两侧项目及方法 量测仪器的选择 测点布置 量测频率 数据处理及量测作业人员的组织等 施工过程中 当地质条件发生显著变化时 应及时修订监控量测 计划 2 监控量测应达到以下目的 1 掌握围岩和支护状态 进行日常施工管理 2 验证支护结构效果 确认或调整支护参数和施工方法 3 确保隧道工程的安全性 经济性及结构的长期稳定性 确定 二次衬砌施做时间 4 将监控量测结构反馈与设计及施工中 5 掌握隧道施工对周围环境的影响 6 积累量测数据 为信息化设计与施工提供依据 图 1 监控量测反馈程序图框 隧道设计 监控量测实施细则现场调查与资料调研 隧道施工 监控量测 环境及工程安全性评价判定基准 经验类比 理论分析 特殊要求 环境及安全是否满足要求 调整设计参数 提出变更设计建议 报监理 业主 设计单 位 变更设计 否 是 3 监控量测项目 1 监控量测项目分为必测项目和选测项目 2 必测项目是隧道工程应进行的日常监控量测项目 具体监控量测 项目见表 1 3 选测项目是为满足隧道设计与施工的特殊要求进行的监控量测项 目 具体监控量测项目见表 2 表 1 必测项目 序号监控量测项目常用量测仪器备注 1洞内 外观察现场观察 数码相机 罗盘仪 2拱顶下沉水准仪 钢挂尺或全站仪 3净空变化收敛仪 全站仪 4地表沉降水准仪 钢挂尺或全站仪隧道浅埋段 表 2 选测项目 序号监控量测项目常用量测仪器 1围岩压力压力盒 2钢架内力钢筋计 应变计 3喷射混凝土内力混凝土应变计 4二次衬砌内力混凝土应变计 钢筋计 5初期支护与二次衬砌间接接触压力压力盒 6锚杆轴力钢筋计 7围岩内部位移多点位移计 8遂底隆起水准仪 铟钢尺或全站仪 9爆破振动振动传感器 记录仪 10孔隙水压力水压计 11水量三角堰 流量计 12纵向位移多点位移计 全站仪 4 隧道开挖后应及时进行地质素描及数码成像 必要时应进行物理 力学实验 5 初期支护完成后应进行喷层表面裂缝及其发展 渗水 变形观察 和记录 6 对软岩大变形可能发生时可对围岩内部位移 锚杆轴力 初期支 护内力 锚杆拉拔试验等进行量测 7 对围岩为土砂质时可对围岩内部位移 锚杆轴力 初期支护内力 锚杆拉拔试验等进行量测 8 对地下水发育断层破碎带等地质构造带可进行水量 孔隙压力等 进行量测 9 对隧道附近存在隧道施工爆破影响的构筑物时 可进行隧道振动 监控量测 10 对于一般硬质岩 软岩认为可以优化设计 减少支护结构数量时 必要时可对锚杆轴力 初期支护与二次衬砌间接触压力等进行量测 三 监控量测作业 1 洞内观察可分为开挖工作观察和已施工区段观察两部分 开挖工 作观察应在每次开挖后进行一次 观察后应绘制开挖工作面略图 地 址素描 填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡 在观察中如发 现地质条件恶化 应立即通知施工负责人采取紧急措施 对已施工区 段的观察也应每天至少进行一次 观察内容包括喷射混凝土 锚杆 钢架的状况 洞外观察包括对洞口及浅埋段地表情况 地表沉陷 边 仰坡的稳定 地表水渗漏的观察 2 净空变形量测断面的间距应根据围岩级别 隧道断面尺寸 埋置深 度及工程重要性等因素确定 在 级围岩地段可根据需要酌情设置测 点 监控量测断面间距可参考下表 3 进行 表 3 必测项目监控量测断面间距 围岩级别断面间距 m 5 10 10 30 3 净空变形量测应在每次开挖后尽早进行 初始读数应在开挖后 12h 内读取 最迟不得超过 24h 而且在下一循环开挖前 必须完成变形 量的读取 4 测点应牢固可靠 易于识别并妥善保护 拱顶量测后视测点必须埋 设在稳定岩面上并和洞内水准点建立关联 5 量测应选用精度适当 性能可靠 使用及携带方便的仪器 如拱顶 沉降量测 应采用水准仪 水准尺和挂钩钢尺等 有条件时周边位移 宜采用非接触量测仪器进行量测 锚杆或围岩内部变形量测可采用单 点或多点式锚头和传递杆 配以机械式或分表式点测位移计 变形量 测可选用电阻或电感式仪器 一般使用前必须经过严格标定 6 水平相对净空变化量测线的布置应根据施工方法 地质条件 量测 断面所在位置 隧道埋置深度等条件确定 在地质条件良好 采用全 断面开挖方式时 可设一条水平测线 当采用台阶开挖方式时 可在 拱腰和边墙位置各设一条水平测线 7 拱顶下沉量测应与水平相对净空量测在同一量测断面内进行 可 采用水准仪等测定下沉量 当地质条件复杂 下沉量大或偏压明显时 除量测拱顶下沉外 尚应量测拱腰下沉及基地隆起量 8 必测项目的监控量测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度 分别按下表 4 表 5 确定 由位移速度决定的监控量测频率和由距开 挖面的距离决定的监控量测频率之中 原则上采用较高的频率值 出 现异常情况或不良地质时 应增大监控量测频率 表 4 按距开挖面距离确定的监控量测频率 监控量测断面距开挖面的距离 m 监控量测频率 0 1 B2 次 d 1 2 B1 次 d 2 5 B1 次 2 3d 5B 1 次 7d 注 B 为隧道开挖宽度 表 5 按位移速度确定的监控量测频率 位移速度 mm d 监控量测频率 52 次 d 1 51 次 d 0 5 11 次 2 3d 0 2 0 51 次 3d 0 21 次 7d 9 地表沉降量测应根据隧道埋置深度 地质条件 地表有无构筑物 所采用的开挖方式等因素确定 地表沉降量测的测点应与水平净空相 对变化和拱顶下沉量测的测点在同一横断面内 沿隧道中线地表下沉 两侧缎面的距离可按下表 6 采用 表 6 地表下沉量测测点纵向距离 隧道埋深与开挖宽度纵向测点间距 m 2 5B H0 2B20 50 B H0 2B10 20 H0 B5 10 注 1 无地表构筑物时取表中上限值 2 H0 为隧道埋深 B 为隧道开挖宽度 横断面方向地表沉降量测测点横向间距 2 5m 在一个量测断 面内应设 7 11 个测点 在隧道中线附件测点应适当加密 隧道中线 两侧两侧范围应不小于 H0 B 地表有控制性建 构 筑物时 量测范 围应适当加宽 地表沉降量应在开挖工作面前方 H0 B 处开始 直至 衬砌结构封闭 沉降基本停止为止 地表沉降的量测频率应和拱顶下 沉及水平相对净空的量测频率相同 10 锚杆轴力 围岩压力 衬砌应力等的量测 开始时应和同一断面的 变形量测频率相同 当量测值变化不大时 可降低量测频率 从每周 一次到每月一次 直至无变化为止 11 各项量测作业均应持续到变形基本稳定后的 1 3 周 四 监控量测控制基准及位移管理等级 监控量测控制基准应根据地质条件 隧道施工安全性 隧道结构 的长期稳定性及周围建 构 筑物特点和重要性等因素制定 包括隧道 内位移 地表沉降 爆破振动等 位移控制基准根据测点距开挖面的距离 由初期支护极限相对位 移按下表 7 要求确定 表 7 位移控制基准 类别 据开挖面 1B U1B 据开挖面 2B U2B 距开挖面较远 允许值60 U090 U0100 U0 注 1 B 为隧道开挖宽度 2 U0 为极限相对位移值 在缺乏实测资料时 可参照相关规范在施工加以 调整 根据位移控制基准 位移管理分为三个等级 根据将监控量测数 据分析结果 对工程安全性进行评价 并提出相应工程对策建议 以 此作为设计施工变更最重要的依据 做到信息化设计与施工 根据位 移管理等级 将工程安全性评价相应分为三级进行 并采取相应的应 对措施 具体位移管理等级及应对措施见表 8 表 8 位移管理等级 管理 等级 据开挖面 1B 据开挖面 2B 应对措施 U U1B 3U U2B 3可正常施工 U1B 3 U 2 U1B 3 U2B 3 U 2 U2B 3 综合评价设计施工措施 加强监 控量测 必要时采取相应措施 U 2U1B 3U 2U2B 3暂停施工 采取相应工程措施 注 U 为实际位移值 工程安全性评价可按流程图进行 图 2 工程安全性评价流程 监控量测结果 位移 内力 是否 超过 级管理 位移 内力 达 到 级管理 位移 内力 是否 超过 级管理 综合评价设计施工措 施 加强监控量测 工程对策 暂停施工 继续施工 是 是 否 否 安全 不安全 地表沉降控制基准根据地层稳定性 周围建 构 筑物的安全要求 分别确定 取最小值 钢架内力 喷射混凝土内力 二次衬砌内力 围 岩压力 换算成内力 初期支护与二次衬砌间接触压力 换算成内力 锚杆轴力等控制基准应满足 铁路隧道设计规范 TB10003 2005 相 关规定 1 根据控制基准 结合时态曲线形态判定围岩与支护结构稳定性 2 一般情况下二次衬砌的施做应在满足下列要求时进行 1 隧道周边水平收敛速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降 2 隧道位移相对值已达到总相对位移量的 90 以上 3 对浅埋 软弱围岩等特殊地段 应视现场具体情况确定二次衬砌的 施做时机 五 监控量测资料的整理与反馈 1 掌子面的地质状况表 周边收敛 拱顶下沉测试数据按 铁路隧道 监控量测技术规程 附表 A B C 格式记录 2 应及时根据量测数据绘制水平相对净空变化 拱顶下沉时时态曲 线及水平相对净空变化 拱顶下沉与据开挖工作面的关系图等 根据 现场量测数据绘制位移 时间曲线图或散点图 在位移 时间曲 线趋平缓时进行回归分析 选择与实测数据拟合好的函数进行回归 预测可能出现的最大拱顶下沉及水平相对净空变化值 并推算最终位 移和掌握位移变化频率 当位移 时间曲线出现反弯点 即位移出 现反常的急骤增加现象 表明围岩和支护已呈现不稳定状态 应及时 加强支护必要时应停止掘进 采取必要的安全措施 3 根据位移变化速率判定围岩稳定状态 变形基本稳定应符合下列 条件 隧道水平净空变化速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降 隧道位移相对值已达到总相对位移量的 90 以上 4 围岩及支护的稳定性应根据开挖工作面的状态 净空水平收敛值 及拱顶下沉量的大小和速率综合判断 并及时反馈于设计和施工中 根据水平相对净空变化值进行判断时 应符合现行 铁路隧道监控量 测技术规程 TB1021 2007 的有关规定 并结合隧道跨度修正考虑 5 设计单位可根据施工单位所提供的监控量测数据反分析求算初始 应力 岩体似弹簧 塑性区范围 作用在二次衬砌上的荷载及岩体流 变参数等 为动态设计提供信息和资料 6 测量过程中如发现异常现象或与设计不符时 应及时提出 以便修 改支护参数 7 根据量测结果及 铁路隧道监控量测技术规程 的有关规定 可按 表 8 位移管理等级 指导施工 六 根据监控量测结果所反映的不同情况及其对应的工程管理等级 可采取加强超前预支护 喷射混凝土稳定开挖面 调整施工方法 调 整初