衢宁铁路三分部监控量测方案

1、新建衢宁至宁德铁路客货共线(福建段2标鹫峰山一号隧道监控量测方案 编制:复核:审批:中铁隧道集团一处有限公司新建衢宁至宁德客货共线(福建段2标三分部二一五年十一月二十日目录第一章编制依据. - 1 - 第二章工程概况. - 1 -1、地理位置及工程范围. - 1 - 第三章工程地质及水文地质. - 2 -1、工程地质. - 2 -2、水文地质. - 3 - 第四章隧道监控量测方案. - 3 -1、监控量测的目的和任务. - 3 -2、监控量测的项目和方法. - 3 -3、监控量测断面布置. - 5 -4、监控量测频次. - 6 - 第五章隧道各区段监控量测项目统计. - 12 - 第六章信息反

2、馈及对策. - 15 - 第七章监控量测资源配置. - 18 -1、组织机构. - 18 -2、人员配置. - 18 -3、投入仪器设备. - 18 - 第八章监控量测质量保证措施及数据提交方式. - 18 -1、质量保证措施. - 18 -2、报告的提交方式. - 19 -第一章编制依据(1铁路隧道设计规范(TB 10003-2005;(2铁路隧道工程施工技术指南,(TZ204-2008;(3铁路隧道监控量测技术规程(TB10121-2007;(4新建铁路衢州至宁德线(福建段2标投标书;(5新建铁路衢州至宁德线(福建段2标设计文件及图纸;(6工程测量规范(GB50026-2007;(7国家一

3、、二等水准测量规范(GB12897-2006;(8新建铁路工程测量技术规范(TB10101-99;(9铁路隧道喷锚构筑法技术规则(TBJ108-92(10国家其他相关技术规范。第二章工程概况1、地理位置及工程范围本工程为衢宁铁路(福建段2标,其中鹫峰山一号隧道位于福建省屏南县境内,工程范围包括鹫峰山一号隧道出口、娜洋坪斜井、大碑溪大桥,路基工程及附属工程,起讫里程为:DK284+561.94DK301+208,正线长度为16.64616km。隧道设计为单洞单线隧道。其中计划鹫峰山一号隧道出口段承担8428m施工任务(DK292+780DK301+208,大碑溪大桥长176.27m,路基长917

4、.73m隧道正洞开挖均在设计院布设的投影面为1190000,大地投影高560m。设计院整体部网采取二等GPS、二等水准点;鹫峰山1号隧道均在投影面560m中,隧道出口段均在直线上。洞内导线全部采用二等导线闭合环网、三等水准来控制整个隧道加密控制网。2、地形地貌项目位于闽东北地区,中低山区,地形起伏较大,山体陡峻,山坡自然坡度3060,相对高差636.3m左右,植被发育,山坡多可见基岩出露,峰顶高程2001780m,群峰耸峙,山岭蜿蜒,地形陡峻,坡度大,沟谷切割深;山间谷地相对平缓。进口山体地形陡峭,自然坡度4045,左高右低,存在偏压;横洞洞口地形较陡,场地较小;桃源斜井井口山体地形较缓;娜洋

5、坪斜井进口地形较陡,左低右高,存在偏压;出口山体地形较缓,自然坡度2535。第三章工程地质及水文地质1、工程地质沿线地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应谱特周期为0.35g。管段主要地质构造包括:17条断层、14条节理密集带、2处构造破碎带,4处岩性侵入接触带,其中鹫峰山一号隧道12条断层、12处节理密集带、2处岩性侵入接触带。表3-1序号隧道名称岩石类型里程范围长度1鹫峰山一号隧道强风化黑云母花岗岩DK284+561.84DK284+580 18.16 弱风化黑云母花岗岩DK284+580DK287+630 3050弱风化凝灰熔岩DK287+630DK293+310 5680弱风化细粒花

6、岗岩DK293+310DK300+830 7520弱风化凝灰熔岩DK300+830DK301+150 320粉质黏土、全强风化凝灰熔岩DK301+150DK301+208 58表3-2鹫峰山一号隧道高地温、岩爆地质构造统计表名称里程长度(m影响高地温DK288+150DK296+700DK298+190DK298+8009160地温超过规定上限28(最高地温为43.97,局部DK293+350DK296+680侵入岩区,可能为地热与异常区,地温可能更高。岩爆凝灰岩地段DK287+680DK287+930 250 埋深261m,高应力区。DK287+930DK293+360 5430 埋深457

7、m,极高应力区。DK287+365DK287+460DK294+015DK297+055DK298+115DK298+900DK299+510DK300+000X2DK0+000X2DK1+0904410(正洞/1090(斜井埋深377m,高应力区。DK293+360DK294+115DK295+590DK295+7901245 埋深660m,极高应力区。名称里程长度(m影响花岗岩地段DK296+020DK296+310DK285+985DK286+635DK285+800DK287+275DK297+100DK297+260DK297+690DK298+070DK299+010DK299+4

8、40DK300+135DK300+760X1DK2+100X1DK2+290X2DK1+140X2DK1+3603720(正洞/410(斜井埋深220m,可能发生弱岩爆。DK286+635DK286+800DK287+275DK287+700DK294+115DK295+590DK295+790DK296+020DK296+310DK297+100DK297+260DK297+690DK298+070DK299+010DK299+440DK300+135X1DK2+050X1DK2+100X2DK0+000X2DK1+1405120(正洞/1190(斜井埋深330m,可能发生中等岩爆。2、水文

9、地质项目位于闽北地区,该地区由于山势陡峭,雨量充沛,气候温湿,属典型的中亚热带海洋性湿润季风气候,冬无严寒,夏无酷暑。年平均降水量为1673.5 mm,年最大降水量为 2249.1 mm,年最小降水量为 1189.3mm,雨量集中于春、夏两季,以36月最多,约占全年雨量的46.6%;平均气温19.0。灾害性天气种类繁多,活动频繁,如暴雨、雷暴、台风、冰雹、春寒、六月寒、秋寒及霜、雪、寒潮、干旱等。第四章隧道监控量测方案隧道工程通过地区内地形地质复杂,主要地质问题有:突水、突泥现象;膨胀性岩土;断层破碎带;高地应力等,为确保施工过程的安全,将可能发生的事故防范与未然,切实做好施工过程监控量测工作

10、是必不可少的。1、监控量测的目的和任务(1、通过施工和环境监测进行信息反馈及预测预报,优化施工组织设计,指导现场施工,确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会、经济和环境效益;(2、在施工过程中对前进的开挖工作面附近围岩的岩石性质、状态进行目测,掌握围岩动态,以及围岩的施工力学性能,了解支护结构在不同情况是的受力状态和应力分布,及时改进支护,对围岩稳定性,安全性作出评价来指导现场施工。(3、验证支护结构型式、支护参数的合理性,对支护结构施工方法的合理性及其安全性作出评价及建议,为确定二次支护时间提供依据。(4、为修改变更设计、调整施工方法提供科学依据。(5、有效地避免坍方等工程事故。(6、为本

11、地区后续的类似工程积累宝贵经验和提供科学资料。2、监控量测的项目和方法(1、洞内外地质及支护状态观察通过洞内、外观察,了解地表信息,混凝土和钢拱架的工作状况,及时发现问题。(2、净空收敛采用全站仪+发射膜片对隧道支护后的初支进行收敛监测。(3、拱顶下沉采用采用全站仪+发射膜片对隧道初支后的拱顶下沉进行监测。(4、拱脚下沉采用采用全站仪+发射膜片对隧道初支后的拱脚下沉进行监测(拱脚临近部位的收敛测点兼做拱脚下沉测点。(5、地表下沉采用全站仪对隧道上方地表进行观测,在隧道埋深小于2.5倍隧道开挖宽度的范围进行布点监测。具体量测项目及内容见表4。表4-1 量测内容序号主要量测项目类别量测仪器主要内容

12、1 洞内、外观察 A 目测观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作状况。洞外观察重点为洞口段和洞身浅埋段,包括地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况、泥石流沟雨季监测等,同时对地面建(构筑物进行观察。2 净空收敛 A 全站仪+反光膜片根据收敛情况判断:1.围岩稳定性;2.支护设计和施工方法的合理性;3.二衬施作时机。3 拱顶下沉 A 全站仪+反光膜片监测拱顶下沉值,了解断面变化情况,判断拱顶的稳定性,防止塌方。4 拱脚下沉 A 全站仪+反光膜片监测拱脚下沉值,了解断面变化情况,判断拱脚的稳定性,防止塌方。5 地表下沉 A 全站仪+反光膜片1、洞口及浅埋段地表下沉

13、情况;2、判断隧道开挖对地表产生的影响及防止沉降措施的效果。 3、监控量测断面布置(1、地表沉降观测点布置垂直隧道轴线在洞口浅埋段设置监测断面,隧道范围内从拱顶位置左右间隔25m对称布设沉降观测点(视现场情况定,隧道中线两侧量测范围不应小于H+B,其测点布置如图1所示。45OH2-5m测量范围B基准点图1 地表沉降横向测点布置示意图(2、洞内拱顶下沉、拱脚下沉和净空收敛测点布置全断面和台阶法开挖隧道内拱顶沉降和净空收敛测点布置见图2、3及表5(拱脚临近部位的收敛测点兼做拱脚下沉测点:图2 全断面开挖隧道位移监测点布置图图3 台阶法开挖隧道位移监测点布置图表4-2 净空收敛量测测线布置开挖方法测

14、线布置全断面法一条水平测线台阶法每台阶一条水平测线4、监控量测频次按铁路隧道监控量测技术规程(TB 10121-2007要求,监测项目的量测频率应根据测点距开挖面的距离及位移速度分别按表4-3和表4-4确定。由位移速度决定的监空量测频率和由距离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4-3 按距开挖面距离确定的监控量测频率量测断面距开挖工作面距离量测频率(01B 2次/d(12B 1次/d(25B 1次/23d5B 1次/7 d说明:B为隧道开挖宽度表4-4按位移速度确定的监控量测频率变形速度(mm/d 量测频率5 2次/d1

15、5 1次/d0.51 1次/23d0.20.5 1次/3d0.2 1次/7d5、测试工作(1、监控量测施工工艺见图4。图4 监控量测施工工艺 2、现场量测要求(1初期支护施做2h 后立即埋设测点,进行第一次量测数据采集。(2测试前检查仪表设备是否完好,如发现故障应及时修理或更换;确认测点是否松动或人为损坏,只有测点状态良好时方可进行测试工作。(3测试中按各项量测操作规程安装好仪器仪表,每测点一般测读三次;三次读数相差不大时,取算术平均值作为观测值,若读数相差过大则应检查仪器仪表安装是否正确、测点是否松动,当确认无误后再按前述监控量测要求进行复测。(4多次测试都要认真做好原始数据记录,保持原始记

16、录的准确性。每次观测后立即对观测数据进行校核,若发现变位较大时,应及时通知现场施工负责人,以便采取相应的处理措施。(5测试完毕后检查仪器、仪表,做好养护、保管工作。及时进行资料整理。施工准备开 挖初期支护状况观察 开挖面岩性的观察初期支护喷砼埋设监测点初 读 数拱顶下沉和净空收敛按设计频率量测数据整理和计算机处理加 强 支 护变形曲线出现反常 施作二次衬砌围岩变形趋于稳定3、施工监测 (1洞内外观察对已施工区段的观察每天至少进行一次,观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等的工作状况。洞外观察重点为洞口段和洞身浅埋段,包括地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况、泥石流

17、沟雨季监测等,同时对地面建(构筑物进行观察。(2净空收敛量测 测点埋设:测点由基座和反射膜片组成,基座由5cm*5cm 钢板及20mm 20mm 的钢筋焊接而成(见图5,待掌子面开挖完毕后,将基座固定在初支上或锚固在岩壁上,然后把反射膜片粘贴到基座上面。12钢筋5CM*5CM钢板图5 预埋件示意图(单位:mm 数据采集:采用全站仪自由设站的方式进行数据采集,在能看到测点的地方自由架设全站仪,对中整平,量测收敛水平线两端点的相对坐标为(Xa 、Ya 、Za 和(Xb 、Yb 、Zb 。收敛计算:采用测点的三维坐标,通过两点间计算公式计算出收敛侧线的长度,前后两次收敛侧线长度之差就是本次收敛变形,

18、本次收敛侧线长度与初始收敛侧线长度之差即为累计收敛变形,即:1i i L L L -=-222(i a b a b a b L X X Y Y Z Z =-+-+-L 本次收敛变形; i L 第i 次侧线长度; 1i L -第i-1次侧线长度;a X 、a Y 、a Z 分别为收敛侧线A 测点的三维坐标;b X 、b Y 、b Z 分别为收敛侧线B 测点的三维坐标。(3拱顶下沉、拱脚下沉量测 测点埋设:测点由基座和反射膜片组成,基座由5cm 钢板及20mm 20mm 的钢筋焊接而成,待掌子面开挖完毕后,将基座固定在初支上或锚固在岩壁上,然后把反射膜片粘贴到基座上面。测点示意图见图5所示。数据采

19、集:测点埋设完毕后,采用全站仪自由设站的方式进行测量,每次测量时,将全站仪架设于后视点与量测断面的中间位置,对中整平,后视基点1,(基点高程H1已知,随着隧道向前开挖,基点一直向前变化,得到相对高程Z1,再前视量测断面拱顶(拱脚反射片,得到相对高程Z0,则量测断面拱顶反射片中心的高程:H=H1+Z0-Z1沉降计算:采用相对高程法计算测点高程,测点前后两次相对高程之差就是本次沉降值,本次相对高程与初始相对高程之差即为累计沉降值。即:H=Hi-Hi-1式中:Hi 第i 次相对高程 Hi-1第i-1次测得相对高程 H 第i 次测得沉降值 (4地表下沉量测 基点基点应埋设在沉降影响范围以外的稳定区域,

20、并且应埋设在视野开阔、通视条件较好的地方;基点数量不少于3个,基点要牢固可靠。沉降点的埋设测点由基座和反射膜片组成,基座由5cm*5cm 钢板及20mm 20mm 的钢筋焊接而成,钢筋长300500mm 。沉降点的埋设时先用冲击钻在地表钻孔,然后插入沉降点,测点四周用水泥砂浆填实,然后把反射膜片粘贴到基座上面。沉降值计算监测时通过测得各测点与基点的高程差H ,可得到各监测点的高程ht ,然后与上次测得高程进行比较,差值h 即为该测点的沉降值。即Ht (1,2=ht (2-ht (1 (5布点间距表4-5监控量测断面间距围岩级别断面间距(m 5 10 30 II50对于特殊和不良地质段(如斜井与

21、正洞相交处,断层段、破碎带监测频率根据变形速率适当加密。速率大于10mm/d 时,监测频率增加为3次/d 。4、量测资料整理使用电子计算机对量测资料进行整理分析,具体流程见图6。图6 电子计算机量测处理系统图5、围岩量测判释标准 (1开挖阶段开挖爆破、通风排烟结束后立即对开挖面进行观察,观察掌子面围岩地质条件方面与地下水状况等是否有变化,当围岩地质条件发生变化时需进行围岩级别修正。根据有关技术规范规定条件进行判定与修正。 (2支护阶段A 、现场监控量测的各类数据均应及时绘制成时态曲线,当位移时间关系趋于平缓时,应进行绘图软件地表沉降历时曲线图 净空变化历时曲线图 围岩变形历时曲线图 其它打印机

22、和有限元解分析的对比预测变形量解析其它 资料存档现场量测现场资料记录计算机分析软件资料录入PC数据处理和回归分析,以推算最终位移和掌握位移变化规律;当位移时间关系曲线出现反弯点时,则表明围岩和支护已呈不稳定状态,此时应密切监控围岩动态,并加强支护,必要时立即暂停开挖,采取停工加固并进行支护处理。位移时间的正常曲线和反常曲线,详见图7所示。其中反常曲线是指非工序变化所引起的位移急剧增长现象。(a正常曲线 (b反常曲线图7 时间-位移特征曲线(a图表示绝对位移值逐渐减小,支护结构趋于稳定,可施作模筑混凝土衬砌。(b图表示位移变化异常,出现反弯点初期支护出现严重变形,这时应及时通知施工管理人员,该段

23、支护须采取加强措施,确保隧道不坍方;严重时施工人员须迅速撤离施工现场,保证施工人员安全。B 、根据位移时间曲线形态来判别围岩稳定性标准。岩体变形曲线可分为三个阶段: -基本稳定阶段主要标志是变形速度不断下降,即d 2u/dt 20,称为三次蠕变区,曲线出现反弯点,表示围岩已达到危险状态,必须立即停工加固。围岩稳定性判别标准,是比较复杂的,它不仅同围岩类别以及其他地质因素有关,而且还同施工方法、支护手段等人为因素有关。因此,在评价围岩稳定程度时应根据隧道工程的具体情况,采用上述三种判别标准综合分析并反馈于设计与施工应用,比较符合实际。时间t(min位移(min位移时间t(3二衬施作应在围岩量测达

24、下列三项标准时进行(断层破碎带施工除外:A、隧道周边水平收敛速度小于0.2mm/d;拱顶或底板垂直位移小于0.1mm/d。B、隧道周边收敛速度,以及拱顶或底板垂直位移速度明显下降。C、隧道位移相对值已达到总相对位移量的90%以上。(4隧道二衬稳定判据二衬后位移速度趋近于零,支护结构的外力和内力的变化速度趋近于零。第五章隧道各区段监控量测项目统计根据鹫峰山一号隧道各水文及工程地质条件及可能存在的风险因素,按铁路隧道监控量测技术规程(TB10121-2007,将三分部施工范围监控量测内容列表如下:表5-1 正洞里程段监控量测项目序号起讫里程长度围岩级别施工工法1 292780 292785 5 全

25、断面2 292785 292810 25 全断面3 292810 293218 408 全断面4 293218 2932235 全断面5 293223 293228 5 全断面6 293228 293310 82 全断面7 293310 293340 30 全断面8 293340 293371 31 全断面9 293371 293376 5 全断面10 293376 293382 6 全断面11 293382 293670 288 全断面12 293670 293710 40 全断面13 293710 293920 210 全断面14 293920 293960 40 全断面15 293960

26、 294191 231 全断面16 294191 294196 5 全断面17 294196 294201 5 全断面18 294201 294330 129 全断面19 294330 294344 14 全断面20 294344 294349 5 全断面21 294349 294355 6 全断面22 294355 294360 5 全断面23 294360 294400 40 台阶法24 294400 294405 5 全断面25 294405 294430 25 全断面26 294430 295040 610 全断面27 295040 295055 15 台阶法28 295055 295

27、060 5 台阶法29 295060 295120 60 V 全断面法30 295120 295125 5 台阶法31 295125 295160 35 台阶法32 295160 295180 20 全断面33 295180 295218 38 全断面34 295218 295223 5 全断面35 295223 295228 5 全断面36 295228 295371 143 全断面37 295371 295376 5 全断面38 295376 295382 6 全断面39 295382 295585 203 全断面40 295585 295625 40 全断面41 295625 29612

28、0 495 全断面42 296120 296160 40 全断面43 296160 296218 58 全断面44 296218 296223 5 全断面法45 296223 296228 5 全断面法46 296228 296371 143 全断面法47 296371 296376 5 全断面法48 296376 296382 6 全断面法49 296382 296440 58 全断面法50 296440 296480 40 全断面法51 296480 296675 195 全断面法52 296675 296680 5 全断面法53 296680 296710 30 台阶法54 296710

29、 296715 5 全断面法55 296715 297065 350 全断面法56 297065 297080 15 全断面法57 297080 297085 5 全断面法58 297085 297115 30 台阶法59 297115 297120 5 全断面法60 297120 297135 15 全断面法61 297135 297218 83 全断面法62 297218 297223 5 全断面法63 297223 297228 5 全断面法64 297228 297371 143 全断面法65 297371 297376 5 全断面法66 297376 297382 6 全断面法67

30、297382 297765 383 全断面法68 297765 297780 15 全断面法69 297780 297785 5 全断面法70 297785 297815 30 台阶法71 297815 297820 5 全断面法72 297820 297835 15 全断面法73 297835 298318 483 全断面法74 298318 298323 5 全断面法75 298323 298328 5 全断面法76 298328 298471 143 全断面法77 298471 298476 5 全断面法78 298476 298482 6 全断面法79 298482 299280 79

31、8 全断面法80 299280 299320 40 台阶法81 299320 299418 98 全断面法82 299418 299423 5 全断面法83 299423 299428 5 全断面法84 299428 299571 143 全断面法85 299571 299576 5 全断面法86 299576 299582 6 全断面法87 299582 299900 318 全断面法88 299900 300100 200 全断面法89 300100 300115 15 全断面法90 300115 300120 5 全断面法91 300120 300150 30 台阶法92 300150

32、300155 5 全断面法93 300155 300170 15 全断面法94 300170 300175 5 全断面法95 300175 300202 27 全断面法96 300202 300207 5 全断面法97 300207 300283 76 全断面法98 300283 300288 5 全断面法99 300288 300318 30 全断面法100 300318 300323 5 全断面法101 300323 300399 76 全断面法102 300399 300404 5 全断面法103 300404 300431 27 全断面法104 300431 300436 5 全断面法

33、105 300436 300450 14 全断面法106 300450 300830 380 全断面法107 300830 300845 15 全断面法108 300845 300850 5 全断面法109 300850 300900 50 台阶法110 300900 300905 5 全断面法111 300905 300920 15 全断面法112 300920 301039.5 119.5 全断面法113 301039.5 301076.5 37 全断面法114 301076.5 301120 43.5 全断面法115 301120 301150 30 全断面法116 301150 301

34、170 20 台阶法117 301170 301180 10 台阶法118 301180 301195 15 V 三台阶临时仰拱法119 301195 301208 13 V 明挖法表5-2 斜井里程段监控量测项目序号起讫里程长度围岩级别施工工法1 0000 150 150 全断面2 150 600 450 全断面3 600 640 40 全断面4 640 1460 820 全断面5 1460 1500 40 全断面6 1500 1961 461 全断面7 1961 1981 20 全断面8 1981 2006 25 全断面9 2006 2028 22 V 全断面第六章信息反馈及对策监控量测信

35、息反馈应根据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与建议。监控量测信息反馈可按图6-1规定的程序进行。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断基准理论分析经验类比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、设计单位变更设计是否图6-1 监控量测信息反馈程序框图根据设计文件要求及工管中心铁路隧道监控量测标准化管理实施意见,采用变形总量和变形速率对隧道安全进行等级管理。位移管理等级见表6-2。表6-1 位移管理等级安全等级变形量/mm正常(绿色预警二级(黄色预警一级(红色备注围岩级别III 80 不包括高地应力软岩和膨胀岩隧道IV100 V150当变形总量未达到控制基准值时,采用变形速率的大小对稳定状态进行判断和控制。 测点速率5mm/d 时,由监理工程师组织施工现场分析原因并采取措施;速率连续2天大于10mm/d 时,由监理单位组织施工单位进行原因分析和制定措施并上报建设单位批准;当速率大于15mm/d 时由建设单位组织设计、监理和施工单位进行原因分析和制定措施。施工过程中应进行监控量测数据的实时分析和阶段分析: 实时分析每天根据监控量测数据及时进行分析,发现安全隐患应分析原因并提交异常报告;阶段分析按周、月进行阶段分析,总结监控量测数据的