黄土隧道监控量测施工总结

1、科技论文黄土隧道监控量测施工总结黄土隧道监控量测技术总结中国铁建大桥工程局集团第三工程有限公司蒙华铁路项目一工区 【摘要】：蒙西至华中地区铁路运煤通道MHTJ-13标一工区黄土隧道在施工过程中隧道监控量测的实施情况，阐述隧道监控量测的施测与数据分析、掌握初支变形，指导现场处置、保障施工安全、为调整施工方法提供参考、为二次衬砌施作时机提供指导以及在施工生产过程中所要注意的一些问题，从而为今后其他项目类似的工程提供借鉴。【关键词】：地表下沉 拱顶下沉 水平收敛 监测频率 数据分析1. 工程概况蒙华铁路MHTJ13标一工区管段全长5.498km，起止里程DK633+608-DK639+106.18。

2、其中隧道四座（前磨1#隧道、前磨2#隧道、张裕1#隧道、张裕2#隧道）1934m，均为级围岩浅埋湿陷性黄土隧道，最小埋深5.7m，最大埋深43.2m。2. 监测目的1）掌握初支变形，指导现场处置，保障施工安全；2）为调整施工方法提供参考; 3）为二衬施作时机提供指导；4）为动态设计提供参考。3. 监测项目根据设计图和建设单位要求，在施工过程中只对隧道做必测项目（表5.1）。 蒙华铁路隧道施工监测必测项目 表5.1序号监测项目监测范围常用仪器1洞内、外观察全线隧道（正洞和辅助导坑）罗盘仪等2拱顶下沉全站仪3水平收敛全站仪4地表沉降特殊情况的浅埋段全站仪备注：1）“特殊情况的浅埋段”是指隧道浅埋段

3、有构（建）筑物、等级道路情况；2）非上述情况，但当地表出现开裂、沉降等异常情况时，须进行地表沉降监测。4. 断面布设原则4.1隧道拱顶沉降和水平收敛断面一工区所有隧道均为级围岩，拱顶下沉和水平收敛监测断面间距为5m。各断面布设间距误差控制在“断面间距10%”以内。4.2地表沉降断面 地表沉降监测断面间距 表4.2隧道埋深与开挖宽度断面间距（m）2BH0 2（H+B）20BH0 2B10H0 B5H0-隧道埋深；H-隧道开挖高度；B-隧道开挖宽度。注：1） 地表沉降测点应在隧道开挖前布设；2） 地表沉降断面与洞内监测断面布设在同一断面。5. 测点布设原则5.1拱顶下沉和水平收敛测点根据设计图要求

4、，隧道采用三台阶法施工，其点位布设按图5.1进行布置。三台阶法图5.1拱顶下沉还和水平收敛测点布置图5.1.1测点布设要求1）拱顶下沉和水平收敛测点应布置在同一断面上；2）初支应与围岩密贴，测点埋设在钢架、格栅等初期支护上；3）测点应在初支支护后立即埋设，测点需在开挖后8h内埋设完成，初始读数应在测点埋设12h内读取；4）；拱顶下沉测点应埋设在拱顶轴线附近，数值采用绝对高程，周期性复核后视点，保证其数据可靠性。 5.2地表沉降测点测点应在隧道开挖前布设，横向间距为25m，按图5.2所示进行布置，在隧道中线附近测点应适当加密，隧道中线两侧测量范围应不小于H0+B。图5.2 地表沉降横向测点布置图

5、6. 变形监测网6.1洞外控制基准点布设洞外独立监测网应设置不少于3个稳定可靠的基准点。尽量使用施工控制网，当施工控制网不能满足要求时，需建立独立的监测网，并与施工控制网联测。工作基点应选在比较稳定的位置。当基准点能满足监测要求时可以不设工作基点。6.2洞内工作基点布设隧道洞内工作基点采用天宝电子水准仪Trimble DiNi03按照二等水准技术标准进行闭合水准路线施测。6.3变形观测网的复测要求1）在基准网组建且工程施工后3个月时进行一次复测，此后每6个月复测一次。2）工作基点的复测应每3个月至少一次，施测过程中根据控制点的稳定性和实际需要进行调整。7. 监测频率7.1洞内外观测每施工循环需

6、要记录一次，必要加大观测频率。7.2拱顶下沉和水平收敛1）正常施工时1次/天；2）出现异常情况时，根据现场实际情况，加大监测频率；3）当变形趋于稳定时，监测频率按照按照表7.2执行。 变形趋于稳定时的监测频率 表7.2支护状态平均变形速率持续时间监控频率初支全环封闭2mm/d3天1次/3天初支全环封闭1mm/d7天1次/7天初支全环封闭1mm/d15天1次/15天4）在初期支护稳定后，可停止该断面的监测。初期支护稳定须同时满足以下条件：初期支护表观现象正常；拱顶下沉和水平收敛平均变形速率小于1mm/d，且持续1个月以上；变形时态曲线已经收敛。7.3地表沉降监测1）一般为1次/天。2）出现异常情

7、况时，应加大监测频率。3）在二次衬砌施工通过监测断面 H0 +B距离后（H0为该断面隧道埋深，B为该断面隧道开挖宽度），且地表沉降变形时态曲线已经收敛，可停止该断面监测。8. 监测方法8.1拱顶下沉和水平收敛监测拱顶下沉和水平收敛监测采用全站仪配合反射膜片进行。测点埋设：采用直径不小于20mm的螺纹钢，尾端（隧道洞内方向）进行45°斜切形成斜切面或者端部焊接钢板，斜切面处或钢板上面粘贴测量专用反射膜片（不小于1cm×1cm）。标识要求：测点布设以后，在测点位置用红色油漆做醒目标识，每个断面左右侧各布设1个标示牌，及时记录展示相关信息，监测点上严禁悬挂物品。保护要求：测点及时

8、进行布设，并做好保护，防止破坏。现场监测与施工必须紧密配合，施工现场应提供监测工作时间，保证监测工作的正常进行，监测测点的埋设计划应列入工程施工进度控制计划中。破坏与松动处理要求：如果测点被破坏，应在被破坏测点附近补埋，重新进行数据采集；如果测点出现松动，则应及时加固，重新读取初读数。8.2地表沉降监测地表沉降监测可采用全站仪进行，沉降测点埋设时先在地表钻孔，然后埋入沉降测点，外露12cm，四周用混凝土填实。测点一般采用直径2030mm，长50100cm半圆头钢筋制成。9. 测试精度要求拱顶下沉、水平收敛、地表沉降测试精度为±1.0mm。采用测距精度不小于2±2ppm的全站

9、仪，自由设站非接触进行监测能满足测试精度要求，但当设站点与监测点距离增大时，测量中误差会逐步增大。因此，施测时设站点与监测点距离不宜过大，应控制在100米范围以内，同时保障测试环境的其他要求。10. 监测信息反馈1）应用隧道施工监测信息化平台系统，及时反馈监测信息。2）根据反馈信息，分析监测数据，核查现场情况，提出相应的工程对策与建议。3）按周、月或季进行阶段分析，分析总结监测数据，了解和掌握支护结构变形规律，对施工情况进行评价，形成阶段分析报告，指导后继施工。图10.1 监测信息反馈程序框图11. 监测管理值采用变形总量、变形速率、初期支护表观现象和变形时态曲线等4项对隧道施工安全进行综合等

10、级管理。变形总量与变形速率应控制在管理等级范围内，及时巡视观察初支表观有无异常，同时结合变形时态曲线形态进行综合分析处理。11.1管理等级及对应措施管理等级及对应措施 表11.1管理等级对应措施正常（绿色）正常施工预警二级（黄色）加强监测，密切关注发展情况, 分析原因，调整施工，使隧道变形趋稳,并制定应急方案和对策预警一级（红色）暂停施工，加强监测，启动应急预案，采取相应工程措施11.2变形总量管理值一般地段变形总量管理等级 表11.2变形总量/（mm）管理等级围岩级别正常预警二级预警一级（绿色）（黄色）（红色）拱顶下沉双线正洞双车道辅助坑道9090120120水平收敛45456060备注：本

11、表所建议变形总量管理等级应结合现场施工情况进行动态调整；台阶法开挖时拱顶下沉和水平收敛变形总量管理值分配 表11.3基准值工法分部1分部2分部3台阶法40%70%三台阶法30%50%70%备注：本表按隧道各分部开挖工序制定，其中（%）为各分部累计变形量相对于对应变形总量的百分比。黄土地段变形总量管理等级 表11.4变形总量/（mm）管理等级正常（绿色）预警二级（黄色）预警一级（红色）拱顶下沉9090120120110110150150水平收敛3535505045456060备注：本表所建议变形总量管理等级不包含特殊施工工法(如预切槽法等)，并应结合现场施工情况进行动态调整。11.3变形速率管理

12、值黄土地段变形速率管理等级 表11.3变形速率/（mm/d）管理等级正常（绿色）预警二级（黄色）预警一级（红色）开挖过程中拱顶下沉10.010.020.020.015.015.030.030.0水平收敛、5.05.010.010.0仰拱封闭后拱顶下沉水平收敛、2.02.04.04.0备注：本表所建议变形总量管理等级不包含特殊施工工法(如预切槽法等)，并应结合现场施工情况进行动态调整。11.4变形时态曲线特征tututu（a）正常 （b）预警二级 （c）预警一级图11.4 变形时态曲线特征图变形时态曲线在管理等级中的体现 表9.8序号管理等级体现1正常（绿色）无变形异常加速，变形特征曲线趋于收敛

13、2预警二级（黄色）变形异常加速，变形特征曲线无收敛迹象，日均变形速率差值连续2天增大，且均大于2mm/d时。3预警一级（红色）变形异常加速，变形特征曲线无收敛迹象，日均变形速率差值连续3天增大，且均大于2mm/d时。12. 数据分析12.1数据分析公式由于隧道开挖过程中地表纵向沉降、拱顶下沉及净空变化等位移受开挖工作面的时空效应的影响，多采用指数函数进行回归分析。多数情况下，单个曲线进行回归时不能全面反映沉降历程，通常采用以拐点为对称的两条分段指数函数进行回归分析。S=A1e-B(x-x0)U0 (x>x0)S=A1e-B(x-x0)U0 (xx0)式中 A ，B-回归参数；x-距开挖面的距离；S-距开挖面X处的地表沉降；X0 ，U0-拐点X0处的沉降值U0。本项目隧道地表、拱顶和净空变化采用以下公式进行回归分析：S=A(1-e-BX)12.2数据处理监控量测数据的分析处理包括数据的校核、数据整理及数据分析，在每次观测后应立即对观测数据进行校核，如有异常应及时补测。监控量测数据的分析应包括以下主要内容：1） 根据量测值绘制时态曲线；2） 选择回归曲线，预测最终值，并与控制基准进行比较；3） 对支护围岩状态、工法、工序进行评价；4） 及时反馈评价结论，并提出相应工程对策