大丽北衙隧道监控量测作业指导书

1、大丽北衙隧道监控量测作业指导书大丽铁路N7标(北衙隧道)监控量测作业指导书拟制： 复核： 大丽铁路N7标项目经理部二工区北衙隧道监控量测作业指导书监控量测是信息化设计与施工的重要内容，应将监控量测纳入工序管理,作为隧道施工的有机组成部分。由于地下工程的受力特点及其复杂性，通过施工现场的监控量测所得到的信息，为判断围岩稳定性，支护、衬砌可靠性，二次衬砌合理施作时间，以及调整施工方法、改变支护设计参数、调整预留变形量等修正设计提供原始依据，同时将量测等到的结果迅速反馈到设计施工中去，以提高隧道施工的安全性、经济性。一、监测内容及监测方法1、监测内容根据隧道围岩地质情况和设计文件及相关规范要求，北衙

2、隧道确定的量测内容见下表。 监测内容汇总表序号监测项目监测仪器监测目的1地表下沉DS32型水准仪、塔尺掌握隧道施工时地表沉降的规律2隧道拱顶下沉DS32型水准仪，钢挂尺、塔尺了解隧道施工过程中隧道支护结构变位规律3隧道水平收敛数显式收敛仪(SGS-1收敛仪)4支护状态观测每次开挖后对开挖面进行观测，如发现异常应立即进行处理；对已施工的区段每天至少观察一次，发现结构开裂、突出等异常应立即采取应急措施。了解隧道支护结构及围岩地稳定情况2、测点布置净空变化、拱顶下沉和地表下沉（浅埋地段）等必测项目应设置在同一断面，其量测断面间距及测点数量应根据围岩级别、隧道埋深、开挖方法等，沿隧道纵向在拱顶及内轨顶

3、布设测点，单线测点间距：V级围岩510米，级围岩1030米，级围岩3050米；双线或三线大跨测点间距：按单线围岩级别降一级处理。预埋环采用22钢筋（或购买膨胀螺栓），长30cm，制环材料采用6钢筋，将环焊接在22钢筋尾端。按照围岩级别以相应的间距埋设预埋环，打30cm深风钻孔，用水泥将直杆部分埋入孔中，环外露即可。拱顶点应布置在隧道中线上。拱顶点、水平收敛点布设在同一里程断面上。全断面开挖水平收敛点高度布设在轨顶标高处。示意图如下：图1 测点布置示意图台阶法开挖水平收敛点高度布设在上半断面拱脚标高上1m处。示意图如下：图2 测点布置示意图3、量测频率、变形管理等级、量测管理取值标准量测频率与结

4、束标准见下表： 量测频率表位移速度（mm/d）量测断面距开挖面距离量测频率5（01）B2次/d15（12）B1次/1d0.51（12）B1次/23d 0.20. 5（25）B1次/3d 5B1次/7d 注：B表示隧道开挖宽度变形管理等级标准表管理等级管理位移施工状态U0Un/3可正常施工Un/3U02 Un/3加强支护、及时支护U02Un/3采取特殊措施注：U0为变形实测值，Un容许实测值，见“结构容许相对位移表”。Un的确定应考虑围岩类别、隧道埋深等因素选择。结构允许相对位移表（）拱脚水平相对净空收敛值围岩类别50m50m300m拱顶相对下沉值围岩类别50m50m300m0.010.04注：

5、1、水平相对收敛值系指实测收敛与两测点间距离之比； 2、硬质围岩的隧道取表中较小值，软质围岩的隧道取表中较大值；3、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；当施工中出现下列情况之一时，应立即停止施工，采取措施处理。（1）支护结构及其背后土体坍塌、滑移及开裂。（2）监测数据有不断增大的趋势。（3）支护结构变形过大，超过控制基准或出现明显的受力裂缝并不断发展。（4）时态曲线长时间没有变缓的趋势等。各量测作业均应持续到变形基本稳定后23周结束，变形基本稳定应符合隧道周边位移速度有明显减缓趋势。参照我国现行锚喷支护规范：拱脚水平收敛变化速度小于0.2mm/d,拱顶相对下沉速度小于0.1

6、5mm/d时，作为围岩稳定标志之一。对于洞口段软弱围岩，位移长期没有减弱趋势时，应适当延长量测时间。二监测数据处理与信息反馈施工期间，监测人员在每次监测后，及时根据监测数据绘制拱顶下沉、水平收敛位移随时间及工作面距离变化的时态曲线，了解其变化趋势。在取得足够的数据后，还应根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值和变化速率，综合判断围岩和支护结构的稳定性，并根据变形的等级管理标准及时反馈施工，作出结构安全性、经济性评价，提出合理化建议。1、可采用的回归函数有：U= A +Blnt或 （U= A + Blg（1+t）U=t/（A+ Bt）

7、U=Ae-B/t U=A（e-Bt-e-Bt0） U=Alg（B+t）/（B+t0）式中： U 变形值 A、B 回归系数 t、t0 测点的观测时间（day）2、量测数据处理回归分析在现场测试中，由于测试条件、人员等因素的影响，给测试数据造成偶然误差，使散点图上下波动，应用中必须进行数学处理，以某一函数式来表示，进而获得能较准确反映实际情况的典型曲线，找出测试数据随时间变化的规律，并推算测试数据的极值，为监控设计提供重要信息。21一元线性回归一元线性回归是研究被测物理量随时间呈线性变化的规律，若被测物理量（位移）为y,观测时间为x，找出一直线函数式来表示两个变量Y与X的关系，即：y=a+bx。实

8、测数据散点一般都不在直线上，要使选择的直线与实际散点相差最小，最有代表性，故采用最小二乘法原理来判别。即使平方和:达到最小的回归线是最好的。使上述平方和达到最小的回归线的A、B分别为：b=Lxy/Lxx其中：； 22 一元非线性回归在现场测试中，两变量之间多数不是线性关系，而是某种曲线关系，如何选择适当类型的曲线，进行一元非线性回归，可按下述步聚进行： 选择能代表两变量X与Y之间内在关系的函数类型。在选择中，主要是从散点图的分布特征，变化点是否具有收敛性等特点，进行选择，具体工程应用中，选择何种曲线函数，不能单纯依靠理论上的推导，还要借鉴以往的经验，才能选出满意的函数类型。求出两不变量x与y相

9、关函数中的未知参数。欲求非线性函数中的未知参数，首先是通过把非线性的函数转化为线性函数关系（Y=A+BX），然后按线性函数求未知参数的方法求出未知参数，再由参数变换式求得选定的曲线函数的未知参数，而得到曲线函数的回归方程。经过剩余标准离差分析，感到精度不够理想时，则可另选择一种曲线函数按上述步聚在进行重新分析。2.3算例(以北衙隧道某断面处拱顶位移为例)1、用指数函数进行回归（）：求未知参数a、b 将取自然对数：Lny=Lna-b/x,令y=Lny;x=1/x；a=Lna;b=-b则有：y=a+bLnx用一元线性回归列表计算方法，求出线性回归系数a、 b。具体算法见表1、见表2、见表3用常对数

10、函数进行回归（）：求未知参数a、b，令y=y;x=Lnxa=a;b=b则有：y=a+bx用一元线性回归列表计算方法，求出线性回归系数a、 b。具体算法见表1、见表4、见表5注：因该函数无极限值，需根据经验判别围岩稳定时间。 沉 降 观 测 记 录 表1施工单位：中铁隧道集团大丽铁路项目部一工区 编号：DL7BY2DK75+350工 程 名 称北衙隧道观测点布置简图水 准 点 编 号BM75+350水准点所在位置DK75+350水准点高程(m)观测日期：06-5-29自 05 年11 月 29 日起至 05 年 12 月 18 日止观 测 点观测时间实测标高(m)本期沉降量(mm)总沉降量(mm

11、)说 明月日时拱顶112900初始读数1130113112112212312412512111218监理： 复核： 计算： 测量： 收敛位移回归(Y=ae(-b/x)计算表 表2编号及算式XYXi=1/XiYi=LnYiXi2XiYiYi2111.0000 -0.6931 1.0000 -0.6931 0.4805 220.5000 -0.2231 0.2500 -0.1116 0.0498 330.3333 0.4700 0.1111 0.1567 0.2209 440.2500 0.5878 0.0625 0.1469 0.3455 550.2000 0.7419 0.0400 0.148

12、4 0.5505 660.1667 0.9163 0.0278 0.1527 0.8396 770.1429 0.9555 0.0204 0.1365 0.9130 8130.0769 1.0647 0.0059 0.0819 1.1336 9203.0 0.0500 1.0986 0.0025 0.0549 1.2069 61.00 17.80 2.72 4.92 1.52 0.07 5.74 N=9LXX=Xi'21/N(Xi')20.70 LX'Y'=XiYi1/N(Xi')(Yi')-1.41 LYY=Yi'21/N

13、(Yi')23.05 b'=LX'Y''/LX'X'-2.02 a'=1/NYi'-b/NXi'1.16 b=-b'2.02 a=ea'3.18 Y=ae(-b/x)Y=3.18e(-2.02/x)-0.97 计算：复核：监理：日期： 监控量测数据处理分析表 表3施工单位：中铁隧道集团大丽铁路项目部一工区 编号：DL7BY2- DK75+350工 程 名 称北衙隧道测点布置简图测 点 编 号BY2-350测点所在位置拱顶水准点高程(m)观测日期： 05-11-29 数据处理日

14、期：05-12-18 水平、沉降位移随时间或工作面距离变化的时态曲线图：时态曲线回归分析处理（判断位移量大小和变化速率，综合判断围岩和支护结构的稳定性）：对以上数据处理采用指数函数曲线拟合时间位移曲线，运用最小二乘法原理,采用EXCEL表进行计算，得到指数回归方程：Y=3.18e(-2.02/x) ，相关系数r= 0.97 ,预测总沉降量（极限位移）为y=3.18 mm。变形基本稳定，拱顶下沉变化速率小于0.15mm/d。围岩趋于稳定，且收敛较快。 级围岩最大允许沉降位移值U0= 108500.1=10.85mm, V V0/3。 数据处理结论: 管理等级 级，可以按原施工方案进行施工,同时将

15、设计预留变形量由7cm调整为2cm。监理： 复核： 计算： 分项技术负责人： 收敛位移回归(Y=a+bLnX)计算表 表3编号及算式XiYiXi=LnXiYi=YiXi2XiYiYi2110.50 0.00 0.50 0.00 0.00 0.25 220.80 0.69 0.80 0.48 0.55 0.64 331.60 1.10 1.60 1.21 1.76 2.56 441.80 1.39 1.80 1.92 2.50 3.24 552.10 1.61 2.10 2.59 3.38 4.41 662.50 1.79 2.50 3.21 4.48 6.25 772.60 1.95 2.60

16、 3.79 5.06 6.76 8132.90 2.56 2.90 6.58 7.44 8.41 9203.00 3.00 3.00 8.97 8.99 9.00 61.00 17.80 14.09 17.80 28.75 34.15 41.52 N=9LXX=Xi'21/N(Xi')26.70 LX'Y'=XiYi1/N(Xi')(Yi')6.29 LYY=Yi'21/N(Yi')26.32 b'=LX'Y''/LX'X'0.94 a'=1/N

17、Yi'-b/NXi'0.51 b=b'0.94 a=a'0.51 Y=a+bLnX0.97 预测第30天总沉降位移3.71 计算：复核：监理：日期： 监控量测数据处理分析表 表5施工单位：中铁隧道集团大丽铁路项目部二工区 编号：DL7BY2- DK75+350工 程 名 称北衙隧道测点布置简图测 点 编 号BY2-350测点所在位置拱顶水准点高程(m)观测日期： 05-11-29 数据处理日期：05-12-18 水平、沉降位移随时间或工作面距离变化的时态曲线图：时态曲线回归分析处理（判断位移量大小和变化速率，综合判断围岩和支护结构的稳定性）：对以上数据处

18、理采用常对数函数曲线拟合时间位移曲线，运用最小二乘法原理,采用EXCEL表进行计算，得到指数回归方程：y=0.51+0.94Lnx ，相关系数r= 0.97 ,预测第30天总沉降量为y=3.71 mm。变形基本稳定，拱顶下沉变化速率小于0.15mm/d。围岩趋于稳定，且收敛较快。 级围岩最大允许沉降位移值U0= 108500.1=10.85mm, V= V0/3。 数据处理结论: 管理等级 级，可以按原施工方案进行施工,同时将设计预留变形量由7cm调整为2cm。监理： 复核： 计算： 分项技术负责人：3、用卡西欧4800（或4850）计算器对量测数据按常对数函数（）进行回归分析：随着电子技术的

19、广泛应用工程单位，工程单位大多数拥有卡西欧4800（或4850）计算器，现将采用4850计算器的计算过程叙述如下：开机按“FUNCTION”键“6（DSP/CLR）”-“6(SCL) ”-“EXE”；按“MODE”键“4（LR）”；按下列句法输入数据：“Ln”数据x值“，”数据y值“M+”,结合本算列具体如下：Ln1,0.5;Ln2,0.8;Ln3,1.6;Ln4,1.8;Ln5,2.1;Ln6,2.5;Ln7,2.6; Ln13,2.9; Ln20,3.0;输入结束后,按“FUNCTION”-“8(RESULTS)”后屏幕显示：Regression预测第30天的总沉降量：按“EXIT”键“l

20、n”-输入数值“30” “FUNCTION”“7（STAT）”-“倒三角”键“倒三角”键“5（）”“EXE”后屏幕显示：Ln30屏幕显示的数值“”即为第30天的预测总沉降量。具体计算过程可参考CASIO计算器fx-4850用户说明书。监控量测数据处理分析表（略）。总结：从以上采用的三种算法来看，无论采用何种算法，其结果都非常接近，但在具体应用过程中又各有其特点， 采用第一种方法（指数函数回归）可以直接求出极限位移值，较明确；采用第二种方法（常对数函数回归）处理起来简单明了，但极限位移值不能直接求出，往往使得到的结果偏大；采用第三种方法（采用计算器）进行回归分析，不需要了解计算过程就能直接得到结

21、果，不要用到高等数学知识，一般人都能用，所以实用性更强；三监测管理体系针对本工程监测项目的特点拟由23人组成监控量测及信息反馈小组，负责北衙隧道2号横洞监控量测日常工作。为确保监测结果的质量，加快信息反馈速度，全部监测数据均由计算机管理，每次监测必须有监测结果，及时上报监测日报表，并按期向施工监理、局项目部提交监测月报或周报，并附上相对应的测点位移或应力时态曲线图，对当月的施工情况进行评价并提出施工建议。并根据当前的施工方法修改监测方案，提高监测数据的可靠性和及时性。监测反馈程序见图4。四质量保证措施为保证量测数据的真实可靠及连续性，特制定以下各项质量保证措施：1）、监测组与监理工程师、技术负

22、责人密切配合工作，及时向监理工程师、技术负责人报告情况和问题，并提供有关切实可靠的数据记录。2）、制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制计划中。3）、量测项目人员要相对固定，保证数据资料的连续性。4）、量测仪器采用专人使用、专人保养、专人检校的管理。5）、量测设备、元器件等在使用前均应经过检校，合格后方可使用。6）、各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的实施细则。7）、量测数据均要经现场检查，室内两级复核后方可上报。8）、量测数据的存储、计算、管理均采用计算机系统进行。9）、各量测项目从设备的管理、使用及资料的整理均设专人负责。五强化量测数据在隧道施

23、工中的作用1、评价围岩稳定性，确保施工安全评价围岩稳定性主要是应用围岩位移、位移速率及围岩位移加速度（有变位时间曲线看出）等数据。我国锚喷支护规范规定，当隧洞支护上任何部位的实测收敛相对值达到上述结构允许相对位移表中所列数值的70或用回归分析进行预报的总收敛值接近上述结构允许相对位移表中数值时，必须立即采取补强措施，并改变原支护参数，同时分析原因看是否由施工方法不当造成的，如由施工不当引起的，应立即改变施工方法。从监视施工中位移稳定的角度看，尤其注意围岩位移加速度的出现，在时态位移曲线上出现明显的反弯点（及拐点）时应采取紧急加固措施。对于浅埋隧道则应根据地表下沉量来判断位移稳定性。2、评价围岩

24、达到稳定的标准，确定仰拱浇注时间及二衬施作时间。我国喷锚构筑法规范规定，确定二衬(隧道最终支护)施作时间应在围岩达到稳定以后，即应满足下述要求：（1）周边收敛速度明显下降；（2）收敛量已达到总收敛量的8090；（3）收敛速率小于0.2mm/d,或拱顶位移速率小于0.15mm/d。一般软弱围岩仰拱灌注时间可在围岩稳定以后进行；对于极差的围岩，当位移量和位移速度很大时，为维持围岩稳定，仰拱灌注应尽早施作。3、调整施工方法 当测得的位移速率或位移量超过容许值时，除加强支护外还应调整施工方法，如采用台阶法开挖，缩短台阶长度和增加台阶层数，缩短进尺节约循环时间以提前锚喷支护的时间，提前施作仰拱等。4、调整锚杆支护参数及喷砼厚度 当测得的位移速率或位移量超过容许值时一般应增加锚杆数量和长度、锚杆类型或加大锚杆直径等。当喷砼出