第一项目队隧道监控量测方案上报

1、车道峪、片石峪隧道监控量测专项方案1.编制依据1.1编制依据铁路隧道监控量测技术规程（TB10121-2007）。铁路隧道施工规范关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知（铁建设2010120号）。1.2编制目的及时掌握地表沉陷围岩和支护结构的工作状态 进行日常施工管理。经过对量测数据的分析处理与必要的计算和判断后，进行下一阶段的施工预测。掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈指导施工作业，以确保施工安全和隧道的稳定。通过对围岩和支护的变位、应力量测修改支护系统设计。将已有的工程量测结果应用到其它类似工程中，作为今后设计和施工的类比依据。1.3编制范围适用于中铁四局集团有

2、限公司张唐铁路项目经理部第一项目队车道峪、片石峪隧道围岩监控量测。2.工程概况张唐线位于我国冀北、冀东地区。线路起自张家口市的孔家庄，向东至承德西部后折向南经唐山西部至北方重要的煤炭运输港口曹妃甸；线路分别与京通线、京承线、京哈线联络；预留与多虎线、津山线联络条件。线路全长528.5km，设站16座。线路等级为级，正线数目为双线，新建电气化重载铁路，设计速度目标值120km/h。本标段ZTSG-6标段第一项目队位于承德市兴隆县内，起讫里程为DK351+500DK356+000（土建工程），正线长度4.5km。主要工作内容为：标段范围内的路基、桥涵、隧道、站场、房屋建筑、站场建筑物及设备工程、大

3、临及过渡工程、配合辅助工程及相关内容。3.监控量测小组成立及工作职责成立专门的监控量测机构，抽调对隧道软岩量测具有丰富经验的人员组成量测小组。制定量测计划，采用精密仪器，制定量测具体实施工艺及步骤。监控量测小组组长直接领导监控量测工作。分部成立监控量测小组组织机构如下：一组组长： 孙卫卫成 员： 杨磊 杨伟 吴宪强 第三方监测单位人员职责分工：组长负责现场监控量测协调管理，并定期组织召开相关会议，指导、监督、检查现场监控量测工作进行情况，组织监控量测工作的现场实施和数据处理。人员职责组长作为此项工作的主要负责人，负有督促、检查、指导职责。应经常深入施工现场，指导、帮助各量测小组开展监控量测工作

4、。组长根据量测工作的需要，及时提供材料和设备计划，报相关领导审批后，组织采购。加强各个小组量测仪器、设备的管理，定期进行标定，并建立健全仪器设备台帐。各工区技术主管协助组长开展工作，对量测小组上报的量测数据、地质素描等应及时进行分析处理，绘制图表，原则上于当日18：00之前将各量测小组上报的日报及时上报项目各生产部门及相关领导。每周出监控量测周报，周报资料应由组长复核，复核后以技术交底的形式下发到施工班组，便于各班组领导指导现场施工。数据处理应有分析结果、施工建议、对应措施等内容。由组长负责每天在早交班会上通报上一天的量测结果，以及进出口开挖掌子面的地质情况（含岩性、裂隙发育程度、渗漏水情况及

5、地表构筑物情况等），并提出合理化建议以及应采取的施工措施。各小组人员职责按照设计文件、量测方案的要求，组织小组技术人员及时埋设量测点，进行数据的采集、观测。各小组一般应于当天下午17：00之前将数据提交工程部，由工程部主管工程师负责进行数据分析处理。在围岩软弱或变化较大时，应加大量测频率，上报时间和频次由工程部另行确定。量测小组技术人员应做好量测桩点的保护工作，并进行标示，根据本小组的实际情况，可制定桩点保护办法。同时对当天的量测数据应及时归档整理，建立健全量测资料台帐。各量测小组组长对所上报的各种资料（包括量测、地质素描资料）的真实性、及时性负责，确保资料真实可靠、完整有效。并按照仪器使用管

6、理规定，加强各种量测、测量仪器的使用和管理，确保仪器精度满足要求。4.监控量测内容和要求4.1监控量测的方法监控量测计划应根据围岩条件、支护参数、施工方法、周围环境及监控量测目的制定。监控量测计划的内容包括：监控量测项目、人员组织、元器件及设备、监控量测断面、测点布置、监控量测频率及监控量测基准、数据处理及预测方法、信息反馈及对策、数据记录格式等。情况及时调整监控量测的项目和内容。监控量测分为必测项目和选测项目两类。必测项目是隧道工程应进行的日常监控量测项目；选测项目为满足设计与施工的特殊要求进行的监控量测项目。隧道开挖后及时进行地质素描及数码成像，必要时进行物理力学试验。初期支护完成后进行喷

7、层表面裂缝及其发展、渗水、变形观察和记录。4.2量测项目隧道监控量测的项目应根据隧道工程的地质条件、围岩类别、跨度、埋深、开挖方法和支护类型、工程特点、规模大小和设计要求等综合选定。量测项目可分为必测项目和选测项目两大类。车道峪、片石峪隧道监控量测必测项目有监控量测工作必须紧跟开挖、支护作业。按设计要求布设测点，并根据具体情况及时调整或增加量测的内容。在隧道工程中进行量测，绝不是单纯地为了获取信息，而是把它作为施工管理的一个积极有效的手段，因此量测信息应能：确切地预报破坏和变形等未来的动态，对设计参数和施工流程加以监控，以便及时掌握围岩动态而采取适当的措施（如预估最终位移值、根据监控基准调整、

8、修改开挖和支护的顺序和时机等）。满足作为设计变更的重要信息和各项要求，如提供设计、施工所需的重要参数（初始位移速度、作用荷载等）。根据以上所述并结合本标段隧道的实际情况，拟进行：地表下沉、拱顶下沉、净空收敛、洞外观测4个施工监测项目。测内容见监测项目一览表（表4-1）。序号监测项目监测仪器及设备监测目的监测精度1地表沉降自动安平水准仪、铟钢尺或全站仪了解施工过程中地表下沉情况1mm2拱顶下沉全站仪（或水准仪）了解施工过程中结构的变位情况1mm3净空收敛全站仪、收敛仪同上0.01mm4洞内外观察现场观察、数码相机了解围岩及支护情况根据本线隧道的特点，必测项目包括：洞内、外观察；二次衬砌前净空变化

9、；拱顶下沉；地表下沉（浅埋隧道必测，H02B时）。选测项目应根据工程规模、地质条件、隧道埋深、开挖方法及其他要求，有选择地进行。地质和支护状况观察对开挖后没有支护的围岩的观测：a、观察节理裂隙发育程度,用地质罗盘仪测量裂隙的方向。b、观察开挖的稳定状态,顶板有无坍塌现象。c、查看是否有涌水现象，确定涌水的位置、涌水量等。d、是否有底板隆起的现象。对已开挖已支护地段围岩动态的观测a、喷射混凝土是否发生裂缝剥离或剪切破坏。b、钢拱架是否有受挤压变形情况。c、锚喷支护施工质量是否符合规范要求。观察围岩破坏形态分析a、危险性不大，不会发生急剧破坏，加之临时支护即可稳定的情况。b、应当引起注意的破坏，如

10、拱顶混凝土喷层因受弯曲压缩出现裂缝。c、危险征兆的破坏，如拱顶混凝土喷层出现有对称性局部的崩落，侧墙内移等。洞外观察a、观察洞口地表情况、边坡及仰坡的稳定以及地表水的渗透等。地质调查在每个开挖面进行的同时进行，开挖后立即进行地质调查，绘制开挖工作面地质素描略图，设专人对已支护和未支护地段每天至少进行两次观测，若遇特殊不稳定情况时，设专人进行不间断的观测。周边位移量测周边位移量测采用SL-3型隧道收敛仪量测隧道断面净空收敛情况。量测测点布置断面间距不超过下表4.2-1规定值。必测项目监控量测断面间距围岩级别断面间距（m）不大于10m不大于5m测点布置在距开挖面2米范围内并尽快安设读数。初读数在开

11、挖后12h内读取，最迟不超过24h，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读数。地表沉降测点布置见图1地表沉降横向测点布置图，洞内水平相对收敛测点布置见图2洞内水平相对收敛测点布置示意图。根据开挖方法不同，拱顶下沉、水平相对收敛测量应采用不同的布置方式，测点应根据施工情况进行合理布置，并能反映围岩、支护稳定状态，以指导施工。 拱顶下沉拱顶下沉采用水平仪、水准尺测量。于隧道洞口地形稳固处设一水准基点量测拱顶下沉位移情况。拱顶下沉测点与周边位移测点布置在一个断面内，如周边位移测点布置图中A点为拱顶下沉测点。拱顶下沉量测初读数在开挖后12h内读取，最迟不超过24h，而且在下一循环开挖前，必须完成

12、初期变形值的读数。 地表下沉地表下沉观测点按普通水准点基点埋设。并在预计破裂面以外34倍洞径处设水准基点，作为各观测点高程测量的基准，从而计算出各种观测点的下沉量。地表下沉观测点应与水平相对收敛，拱顶下沉等监控必测项目设置在同一断面。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隧底隆起水准仪、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5.量测方法和要求变形监控

13、量测可采用接触量测或非接触量测方法。隧道净空变化量测可采用收敛仪或全站仪进行。用收敛仪量测时，测点挂钩应做成闭合三角形，保证牢固不变形。采用全站仪量测时，测点应采用膜片式回复反射器作为测点靶标，靶标粘附在预埋件上，量测方法包括自由设站和固定设站两种。拱顶下沉、水平收敛量测起始读数宜在36h内完成，其他量测应在每次开挖后12h内取得起始读数，最迟不得大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护，严禁爆破损坏。拱顶下沉、地表沉降采用精密水准仪（或全站仪）进行沉降观测。观测周期及观测时间根据现场实际情况确定。观测计划及观测方案应征得监理批准，观测结果异常时应立即报设计

14、单位拿出处理意见，情况紧急时，应果断采取措施，确保施工安全。隧道浅埋地段地表下沉的量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内。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，取算术平均值作为观测值；每次测试都要认真做好原始数据记录，并记录开挖里程、支护施工情况以及环境温度等，保持原始记录的准确性。各项量测作业均应持续到变形基本稳定23周后结束。对于膨胀性和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间。5.1测点布置浅埋隧道地表沉降测点应在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。一般条件下，地表沉降测点纵向间距应按表5-1的要求布置；净空量测测线

15、数，可参考表5-2。表5-1 地表沉降测点纵向间距隧道埋深与开挖宽度纵向测点间距（m）2BH。2.5B2050BH。2B1020H。B510注：H。为隧道埋深，B为隧道开挖宽度横断面方向地表沉降测量的测点间隔应取23m。地表沉降的量测频率应和拱顶下沉及水平相对净空收敛的量测频率相同。地表沉降测量应在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直到衬砌结构封闭，沉降基本停止为止。表5-2 净空变化量测测线数 地段开挖方法一般地段特殊地段全断面法一条水平测线台阶法每台阶一条水平测线每台阶一条水平测线，两条斜测线分部开挖法每分部一条水平测线CD或CRD法上部、双侧壁导坑法左右侧部，每分部一

16、条水平测线，两条斜测线、其余分部一条水平测线表5-3 必测项目监控量测断面间距围岩级别断面间距（m）3050105注：级围岩视具体情况确定间距地表沉降横向测点布置图见（图1）、洞内水平相对收敛测点布置示意图见（图2）。根据开挖方法不同，拱顶下沉、水平相对收敛测量应采用不同的布置方式，测点应根据施工情况进行合理布置，并能反映围岩、支护稳定状态，以指导施工。水平相对收敛，拱顶下沉和地表沉降（浅埋地段）等监控必测项目，应设置在同一断面。表5-4 量测项目及要求表项目名称方法、要求及工具观测点布置应测项目地质及支护状态观察岩性、结构面产状及支护裂缝观察和描述。全长度开挖及初期支护进行中。洞内周边水平相

17、对收敛位移量测采用隧道周边位移计、收敛仪（或全站仪非接触观测法）量测。隧道周边监测基线，沿纵布点见图2所示，测点布置位置尽可能与地面观测点相一致。拱顶下沉量测各测点设固定桩，其设置应在开挖或第一次喷射混凝土完成后迅速完成，采用水平仪、水准尺抄平测量。尽可能和地面相应位置点同时进行。拱顶设一测点，沿纵布点见表图1所示，测点布置位置尽可能与地面观测点相一致。洞口及浅埋段、洞顶地表沉降量测采用精密水准仪，混凝土桩及水准基点要求按“铁路隧道监控量测技术规程”办理。沉陷抄平应按以下几个阶段进行：进洞前应将所有纵、横断面方向桩全部抄平一次。开挖至量测断面20m、 10m 、5m时、开挖至量测断面时、开挖超

18、过量测断面5m、10m、20m时、至衬砌前每天测量一次。当出现沉陷值突然变大时，应酌情增加量测次数，进行监视。衬砌后，应根据沉陷情况继续量测一段时间。纵向沿隧道中线每1020米左右设一个混凝土桩，横向按图所示布点安设混凝土桩。横断面位置依据衬砌类型并结合实际地形选择在横向地形变化较小和不受仰坡开挖影响的部位。并在洞顶山体变形范围以外设两个水准点，供洞顶测点抄平使用。图1.洞顶地表下沉测点布置图图2.大拱脚台阶法周边收敛点布置图5.2监控量测频率表5-1 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的距离（m）监控量测频率（01）B2次/d（12）B1次/d（25）B1次/2d3d5B1

19、次/7d表5-2 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/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d注：、B为隧道开挖宽度；、当变形项目的累计变化值接近或超过报警值时，应加大检测频率；、当变形曲线趋于平缓时，在有充足的数据判断变化趋于稳定，可以停止相应项目的监测工作，并经工程师批准。5.3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以及周围建筑物特点和重要性等因素制定。见表5-3跨度7mB12m隧道初期支护极限相对位移值 表5-3围岩级别隧道埋深h（m）h5050h300300h50

20、0拱脚水平相对净空变化值（mm）0.200.500.402.001.803.00拱顶相对下沉（mm）0.080.160.141.100.801.40注：硬质围岩取表中较小值，软质围岩取表中较大值。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法按表7要求确定。位移控制基准 表5.5类别距开挖断面1B（U1B）距开挖断面2B（U2B）距开挖断面较远允许值65%U090%U0100%U0注：B-隧道开挖宽度U0-极限相对位移值，在缺乏实测资料时，可先按预留变形量作为U0控制值，在施工中加以调整。根据位移控制基准，位移管理按表8分为三个等级。 变形管理等级 表8管理等级管理位移施工状态U

21、U03可正常施工U0/3U2U0/3应加强支护U（2U0/3）应采取特殊措施注：U实测位移值；U0最大允许位移值。根据位移变化速度来判断，变形速度是由大变小的递减过程，从变形曲线可分为三个阶段：变形急剧增长阶段：变形速度大于1mm/d，应加强初期支护系统；变形缓慢增长阶段：变形速度10.2mm/d；围岩基本稳定阶段；变形速度小于0.2mm/d；根据位移时态曲线的形态来判别，由于岩体的流变特性，岩体破坏前变形曲线可分位三个阶段：基本稳定区，主要标志为变形速率逐渐下降，即UU03，该区亦称“一次蠕变区”，表明围岩趋于稳定；过渡区，变形速率保持不变，U0/3U2U0/3，该区亦称“二次蠕变区”，表明

22、围岩向不稳定状态发展，须发出警告，加强支护系统。破坏区，变形速率逐渐增大，即U（2U0/3），亦称“三次蠕变区”，表明围岩已进入危险状态，须立即停工，进行加固。（注：U实测位移值；U0最大允许位移值）围岩稳定性判别是一项很复杂的也是非常重要的工作，必须结合具体工程情况采用上述几种判别准则进行综合评判。5.4 监测资料整理、数据分析及反馈现场量测所取得的原始数据，不可避免的会具有一定的离散性，其中包含着测量误差。因此，应对所测数据进行一定的数学处理。数学处理的目的是：将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确定量测数据的可靠性；探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化的规律，判定围岩

23、和初期支护系统稳定状态。在取得监测数据后，及时由专业监测人员整理分析监测数据。结合围岩、支护受力及变形情况，进行分析判断，将实测值与允许值进行比较，及时绘制各种变形（位移）或应力时间关系曲线，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况，并将结果反馈给局指挥部、设计、监理，从而实现动态设计、动态施工。根据现场量测数据绘制位移时间曲线图或散点图，在位移时间曲线趋势平缓时应进行回归分析，以推算最终位移和掌子面位移变化规律，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。根据位移变化速率判定围岩稳定状态，变形基本

24、稳定应符合下列条件：隧道周边水平相对位移速率有明显减缓趋势，拱脚水平相对净空变化速度小于0.2mm/d，拱顶相对下沉速度小于0.15mm/d。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。监控量测数据的分析包括以下内容：根据测量值绘制时态曲线；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。监控量测数据可采用指数模型、对数模型、双曲线模型等进行分析，并预测最终值。指数模型对数模型双曲线模型式中 U变形值A、B回归系数，测点的观测时间（d）目前，回归分析是量测数据数学处理的主要方法，通过对量测

25、数据回归分析预测最终位移值和各阶段的位移速率。具体方法如下：将量测记录及时输入计算机系统，根据记录绘制纵横断面地表下沉曲线和洞内各测点的位移u-时间t的关系曲线，见图5-4-1。u(mm)u(mm)t(d)t(d)正常曲线反常曲线ab图5-4-1 位移u-时间t的关系曲线图若位移-时间关系曲线如上图中b所示出现反常，表明围岩和支护已呈不稳定状态，加强支护，必要时暂停开挖并进行施工处理。 (3)当位移-时间关系曲线如上图中a所示趋于平缓时，进行数据处理或回归分析，从而推算最终位移值和掌握位移变化规律。(4)各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定后，进行二次衬砌的施作。报监理、业主设计单位调整

26、设计参数，提出变更设计建议变更设计监控量测监控量测细则 隧道施工环境工程安全性评价隧道设计判定基准经验类比环境及安全是否满足要求特殊要求理论分析图5-4-2监控量测信息反馈程序流程图6.监控量测管理结束安全分析测点埋设初期支护施工量测数据采集人员、仪器设备隧道开挖已施工段支护加强措施项目制定管理基准的设定监测总结施工建议量测数据分析修改支护设计参数修改管理基准值不满足6-1监控量测管理工作流程图围岩稳定性的综合判别，应根据量测结果按以下方法进行。按位移控制基准和位移管理等级指导施工（见表6-2和表6-3）。表6-2 位移控制基准类别距开挖面1B (U,B)距开挖面2B ( U2B )距开挖面较

27、远允许值65% Uo90% Uo100% Uo注:B为隧道开挖宽度，U。为极限相对位移值表6-3 位移管理等级管理等级距开挖面1B距开挖面2BU /3U2/3U 2/3注：U为实测位移值；、为最大允许位移值。根据位移变化速度判别当拱顶下沉、水平收敛速率达5mm/d或位移累计达100mm时，应暂停掘进，并及时分析原因，采取措施。水平收敛（拱脚附近）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。在浅埋地段以及膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用监控量测分析判别。根据位移时态曲线的形态来判别当围岩位移速率不断下降时（du2/d2t0），围岩趋于稳定状态；当围岩位移速率保持

28、不变时（du2/d2t=0），围岩不稳定，应加强支护；当围岩位移速率不断上升时（du2/d2t0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。围岩稳定性判别是一项很复杂的也是非常重要的工作，必须结合具体工程情况采用上述几种判别准则进行综合评判。7.工程安全性评价及应对措施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建议，以此作为设计施工变更最重要的依据，做到信息化施工。根据位移管理等级，将工程安全性评价相应分为三级进行，并采取相应的措施。工程安全性评价可按图7-1进行。根据监控量测结果所反应的不同情况及其对应的工程管理等级，可采取加强超前支护、喷砼稳定开挖面、调整施工方法、调整